防爆工房稱重子站箱過熱報警解決方式研究與優化

邱文凱

摘 要：優化防爆工房現場因溫度過高，導致現場防爆電氣子站箱內電氣元件因溫度原因引起的信號失真等情況。

關鍵詞：防爆工房;香精香料;稱重模塊

在煙草行業中，香精香料的配制過程因為原料與稀釋劑屬于易燃物，所在調配工房均按甲類工房設計，工房內現場所有電控子站箱按防爆等級定制，為了更好起到防爆的效果，防爆子站箱通常都是設計成密閉、不通風，外殼厚實不利于散熱。

在香精香料的配制生產中，稱量設備的精確及穩定性直接影響整個香精香料的配制過程，防爆工房內存在大量的稱量設備。實際在香精香料配制生產過程中發現稱重模塊稱重超限報警頻繁（高精度稱重模塊在出廠時設定有上、下重量臨界值，當稱上重量不滿足所設置的重量區間系統將報警提示操作人員并停止該高精度稱所有動作直到報警復位），操作人員根據系統查詢前一工序記錄重量，并沒有超過稱重模塊所設定的臨界值，在進行現場確認時發現稱重模塊所在子站外壁膚感溫度較高，通過車間電子溫度計測量子站內溫度高達50℃以上，根據電子元器件的10℃法則表明當溫度升高10℃，器件的可靠性降低一倍，工房內設有恒溫空調，控制溫度25℃左右，溫差過大可靠性下降過多;通過與廠家專家聯系，確認了高溫會導致稱重模塊信號失真，輸出錯誤重量導致超限報警。由于模塊報警頻繁需人工多次手動復位，嚴重影響生產進度與生產效率。

1通過對稱重模塊所處子站與子站所處的現場環境進行分析

經過詳細的討論分析問題的根因，得出導致模塊過熱以下原因：

（1）子站密閉環境：生產工房屬于甲類工房，根據甲類工房生產安全標準，內部涉及電氣設備需符合防爆要求，高精度稱重模塊防爆子站內部屬于密封環境，子站內部器件熱損耗產生的熱量沒有出口;

（2）子站壁較厚：使用游標卡尺對子站壁進行測量，子站壁的平均厚度為30mm，通過資料查詢，金屬厚度達20mm以上，導熱效率大大降低，不易熱量排出;

（3）子站密封性：由于甲類工房防爆要求，子站使用30顆螺絲、螺母對鎖方式進行密封，接縫處空間極小，空氣難以流通;

（4）內部器件排布緊密：子站內部空間有限，為了將多個稱重模塊與線路容納其中，模塊間排布緊密，線路間沒有空間，溫度較高的模塊產生的熱量來不及傳導到空氣就先傳導至相鄰模塊，導致模塊集體發熱;

通過對原因分析提出以下解決方案：

方案一：排氣扇強迫風冷反饋調節法;

方案二：小型空調散熱法;

方案三：壓空強迫風冷反饋調節法;

方案四：增設百葉窗;

方案五：改變子站箱規格型號，外壁厚度與內部模塊間距。

為了確定最佳方案，進行了需求分析，設定指標進行量化，如表1所示。

2 并對方案的可行性進行了如下討論

（1）方案一為排氣扇強迫風冷散熱法，通過結合方案四的百葉窗作為出風口或進風口，控制排氣扇正轉或反轉形成正壓或負壓差，與外界形成對流，可快速將熱量排出。通過設置可輸出“0，1”信號的溫控裝置，當溫度>50℃時輸出“1”信號，信號傳遞給風扇電機，電機工作;當溫度<50℃時，輸出“0”信號，信號傳遞給風扇電機，電機停止工作，如此可以減少散熱系統能耗，滿足能耗要求。但是散熱過程中，外界環境可燃性氣體不斷與子站內部模塊接觸，不滿足防爆要求，有較大的安全隱患;

（2）方案二為增設小型子站柜空調進行散熱，300w以內功率的空調散熱效果能夠滿足需求，同時滿足能耗需求。但空調產生的排放氣體不滿足《甲類工房防爆安全準則》，并且現場有6個稱重子站柜需要散熱，小型子站柜空調的價格平均每臺1200元左右，6臺總價格不滿足需求分析經濟性好的要求;

（3）方案三采用過濾后無爆炸隱患的壓縮空氣作為強迫性降溫的媒介，與方案三相同的風冷降溫，使用方案一的百葉窗作為出風口形成空氣流動帶走熱量，因為壓縮空氣向子站箱內注入，箱內空間壓力大于外界，故在散熱過程不會出現外界氣體進入子站箱內情況，同樣通過設置可輸出“0，1”信號的溫控裝置，當溫度>50℃時輸出“1”信號，信號傳遞給氣控閥島，閥島開啟壓縮空氣開始注入;當溫度<50℃時，輸出“0”信號，信號傳遞給閥島，壓空停止注入。以此作為溫度控制風扇電機的反饋調節，可以減少散熱系統能耗，滿足能耗要求;

（4）方案四新開百葉窗，改善密封環境，但外界環境可燃性氣體也會進入子站內部，為了避免該情況出現決定使用可開關式百葉窗，在不須進行散熱時關閉百葉窗避免環境氣體過多進入子站內部;

（5）方案五改變子站箱外殼材質與厚度，需要更換6臺稱重子站柜，成本較高且拆裝時間過長影響生產。

3得出結論

（1）方案四的新開百葉窗能夠起到散熱效果，同時能夠作為其他方案的散熱出風口，所以方案4的百葉窗必不可少，方案4采用。

（2）方案一不滿足需求分析安全系數要求，不采用。

（3）方案二不滿足需求分析安全系數要求與經濟性好要求，不采用。

（4）方案三滿足所有要求，采用。

（5）方案五不滿足經濟性好與改造時間短要求，不采用。

最終確定方案為壓空強迫風冷反饋調節法，在子站壁增設阻尼較小的可開關式百葉窗，當壓縮空氣注入內部壓差高于外界，百葉窗憑借壓力差自動開啟;壓縮空氣停止注入時壓差減小至0，百葉窗逐漸關閉。

4在確定了方案之后根據方案制定了對策并實施

對策分為五部分：

（1）氣源選定;

（2）管路布局與材料選定;

（3）壓縮空氣管路對接;

（4）新開百葉窗;

（5）反饋裝置安裝。

5接下來根據對策進行實施

（1）選擇距離最遠稱重子站15米的4.5米平臺上壓縮空氣管作為氣源，該氣源壓縮空氣經過兩道過濾系統，將可燃性氣體與水蒸氣進行過濾，同時氣源位置與子站位置屬于平行的上下層，子站位置與氣源間距離范圍6—15米之間（直線距離僅作參考），不會地面形成管路影響操作人員工作且管路長度適中，如圖1所示;

（2）根據現場情況與防爆要求選擇了可彎折性好，絕緣性好的橡膠材質軟管作為壓縮空氣管路，為了能夠達到散熱與壓差需求，選取了管路直徑為8mm的圓橡膠管;根據管路尺寸氣控閥島以保證6臺子站箱都有氣源的同時也與之后能夠實現反饋調節打下基礎;為避免管路暴露在外容易破損或影響現場，小組決定壓縮空氣管路走主橋架再由各個輔橋架連至子站柜。經測算6個稱重子站柜距離氣源的管路安裝長度分別問21.6米、26.3米、31米、37.9米42米和48.1米。根據需求布壓縮空氣線管，走主橋架引至各稱重子站內;

（3）在子站柜側根據壓空管路開一直徑10mm圓孔，通過塑料對接頭將管路固定在位。在子站柜內部安裝1轉3對接頭，單頭與壓空管路對接并將轉接出來的管口對向模塊保證風冷強迫降溫的均勻性;

（4）在子站柜門距左側12cm，頂部7cm位置開一長11cm，寬7cm的長方形孔位，將可開關式百葉窗安裝至孔位，當壓縮空氣注入，內部壓力大于外部大氣壓并達到驅動百葉窗阻尼時百葉窗開啟，壓力不足時百葉窗關閉，如圖2所示;

（5）在箱內設置溫控反饋裝置，并與之前步驟的閥島電信號相連。當溫度>50℃時輸出“1”信號，信號傳遞給氣控閥島，閥島開啟壓縮空氣開始注入;當溫度<50℃時，輸出“0”信號，信號傳遞給閥島，壓空停止注入。

在保證現場防爆需求的前提下優化防爆子站箱結構后，成功使防爆子站內的溫度降低到稱重模塊的工作溫度，提高了現場安全運行保障，防止稱重信號失真，重量波動不準確。提升香精香料批次生產的連續性，降低誤報警概率。