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環(huán)試資料
CENTRAL
一、概述
普通干燥箱和防爆型的干燥箱就安全規(guī)范而言是完全不同的兩種設(shè)備。研究普通型干燥箱的防爆問題，原因在于有些用戶提出了對這些干燥箱的防爆要求。一些用戶在烘干經(jīng)汽油和有機溶劑清潔或者浸漬的零部件時，這些汽油、有機溶劑和油漆的揮發(fā)物均有易燃特性。另外一些單位還有可能利用烘箱用分餾方法少量提取重質(zhì)餾分，被分離出的輕質(zhì)餾分如是易燃物質(zhì)，則同樣存在防爆問題。這里探索的內(nèi)容，僅在于正確認(rèn)識普通干燥箱存在的安全問題及提高其安全使用的可能性。
爆炸的物理解釋是氣體在短時間內(nèi)體積發(fā)生急劇膨脹，膨脹產(chǎn)生的瞬間高壓超過了容器的強度極限，爆炸就發(fā)生了。伴隨爆炸通常還會發(fā)生光、火、氣浪、容器碎片或射線沖擊，因而構(gòu)成了爆炸對環(huán)境的危害。為了達到防止發(fā)生爆炸而僅僅在加強干燥箱的殼體強度上做文章是不現(xiàn)實的。有關(guān)文章就電工產(chǎn)品的各種防爆型式進行過介紹。本文想以易燃物質(zhì)的構(gòu)成和性質(zhì)方面作為切入點，進而對普通型干燥箱的安全措施和使用提出意見。
二、有機化合物的易燃特性分析
無論是汽油、酒精、甲苯還是油漆，它們均屬于有機化合物。區(qū)別在于酒精、甲苯的構(gòu)成是以一種烴為主，物理性質(zhì)比較單純。而汽油、油漆往往是多種烴的正構(gòu)物，異構(gòu)物和其他非烴類雜質(zhì)構(gòu)成，物理性質(zhì)相對比較復(fù)雜，但它們具有以下共性：
1 易燃。
2 能夠溶解其它有關(guān)有機物。
3 易揮發(fā)。
4 大部分有機化合物揮發(fā)出的蒸汽比重大于空氣比重。
汽油和油漆由于是多種烴的混合物，在干餾點（溫度）以前，隨著溫度的升高，其蒸發(fā)溫度比較低的成分將首先被蒸發(fā)成氣體，直至干餾點。因此對于這類有機化合物，在烘箱溫度未達干餾點前，箱內(nèi)始終存在著危險氣氛。而不像單純的酒精、甲苯，一旦到達蒸發(fā)溫度，只要恒溫一段時間即可蒸發(fā)干凈。
有機化合物的易燃特性可以從以下三點來說明：
1 自燃。在無明火狀態(tài)下，環(huán)境溫度升高到有機化合物的自燃溫度，這些有機化合物即自行發(fā)生燃燒。
2 閃點低。烘箱溫度在閃點以上時，有機化合物蒸汽即使遇上一點星火也可以引起燃燒。有機化合物的閃點一般都很低，甚至在零度以下。說明在通常溫度條件下，這些有機化合物蒸汽一遇上明火即可發(fā)生閃火現(xiàn)象，由閃火而引起有機物的燃燒。
3 爆炸極限低。爆炸極限是以體積百分比的形式給出的。以甲苯為例，容器中的甲苯蒸汽體積只要達到1.2 %即具備了發(fā)生爆炸的必要條件。汽油的爆炸極限也只有1.4 %
三、干燥箱的防爆措施及附加操作意見
通過以上分析可見，干燥箱的防爆措施需要服從以下規(guī)律：
1 箱內(nèi)嚴(yán)禁用明火發(fā)熱元件進行加熱，防止由閃火而引起爆炸。加熱管表面流經(jīng)有機蒸汽情況下，其表面最高溫度不得超過有機蒸汽的自燃溫度。
電氣控制系統(tǒng)不得有引起跳火的元器件。如不得不用時必須布置于箱體外并對此部分電器加以正壓通風(fēng)。
2 箱體的控溫和超溫控制系統(tǒng)必須絕對可靠，確保箱內(nèi)溫度不會超過有機蒸汽的自燃溫度。必要時應(yīng)采用連鎖設(shè)計、雙重獨立超溫保護和超溫噴淋降溫系統(tǒng)等。
3 箱體結(jié)構(gòu)必須有能量釋放部分（如安全門等）。這是控制爆炸對環(huán)境危害的一種辨證方法。只要結(jié)構(gòu)設(shè)計許可，其開啟壓力應(yīng)盡可能小而開啟面積盡可能大。
4 根據(jù)有機蒸汽爆炸極限下限的體積百分比及蒸發(fā)量設(shè)計換氣通風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，防止箱內(nèi)有機蒸汽的積累超過爆炸極限下限。最好能測出工作室內(nèi)有機蒸汽的（體積百分比）濃度，以使設(shè)備及時作出保護反應(yīng)。但目前還沒有這種可以應(yīng)用于各種有機蒸汽濃度測量的傳感器。
被烘物體在擱板上的位置應(yīng)作出專門規(guī)定，以便被烘物體均勻受熱并使蒸發(fā)出的有機蒸汽及時被帶離物體表面。
5 如果有機蒸汽的比重大于空氣比重時，風(fēng)道設(shè)計應(yīng)有效地防止有機蒸汽下沉于烘箱底部或死角內(nèi)。因此箱體內(nèi)壁應(yīng)光滑，也便于清潔。設(shè)計加熱部分位置時，還需要考慮熱輻射對被烘物體可能產(chǎn)生的影響。
6 活動的機械部分應(yīng)采取防磨擦起火星的安全措施。高速運轉(zhuǎn)部件有可能發(fā)生磨擦的部位應(yīng)采納安全間隙設(shè)計和軟金屬結(jié)構(gòu)。有可能積蓄靜電的部位應(yīng)考慮接地問題。
采納以上措施的干燥箱在操作程序中應(yīng)附加以下要求：
1 首先打開風(fēng)機，在箱內(nèi)空氣處于抽風(fēng)狀態(tài)下放入被烘物體。
2 關(guān)上箱門后先循環(huán)抽風(fēng)（4倍工作室容積以上）再接通加熱開關(guān)，使大量在常溫下蒸發(fā)的有機蒸汽先行排出箱外。
3 加熱功率逐步上升，避免溫度過沖使加熱管表面溫度或箱內(nèi)溫度超過有機蒸汽的自燃溫度。以汽油為例，根據(jù)不同有機物的餾出溫度，加熱功率至少分四檔。第一檔以65℃為最高點加熱，恒溫一段時間，使低蒸發(fā)溫度有機蒸汽排出箱外（約占總量10％）。第二檔以130℃為最高點加熱，使累計總量50％的有機蒸汽被排出箱外，第三檔以200℃溫度加熱，使累計總量90％的有機蒸汽排出箱外。第四檔以205℃加熱，使所有有機蒸汽排出箱外。每一檔之間的溫度切換應(yīng)保持較小的升溫速率，并均應(yīng)根據(jù)被烘物體的形狀和布置密度保持一定的恒溫時間，以便使所有有機蒸汽在各自的蒸發(fā)溫度區(qū)域內(nèi)蒸發(fā)遺盡。
以上僅以汽油為例。對于各種不同性能的有機化合物，升溫恒溫方法均應(yīng)建立在對其物理性能有足夠了解的基礎(chǔ)上才能確定。
4 用戶設(shè)定加熱溫度時，需根據(jù)箱體的溫度均勻度指標(biāo)的上限和溫度波動度的上限設(shè)定。因為箱內(nèi)有些部位的實際溫度由于以上兩個指標(biāo)有正負(fù)幅度范圍的關(guān)系很可能高于設(shè)定的名義溫度。同時由于傳感器安裝位置的差異和被烘物體安放位置的不同，儀表反映的溫度不一定與工作室中心點的實際溫度相一致。這些都需要在設(shè)定加熱溫度時根據(jù)實際情況加以考慮和修正。用戶在選購和使用干燥箱時，也必須注意設(shè)備的這些技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點。
5 盛放被烘物體的托盤推入擱板時，速度不宜過快。托盤內(nèi)不應(yīng)殘留有液態(tài)溶劑。嚴(yán)禁液態(tài)溶劑流滴至工作室底部的傳熱部位。
6 干燥箱安裝定位時，墻壁離烘箱距離可考慮以下公式推算，小于3m３的，間距不小于0.6m。
s＝0.6（v/3）1/3
式中
s—間距，m
v—干燥箱容積，m３
干燥箱的進風(fēng)口保證絕對無其它障礙物，排出的有機蒸汽應(yīng)被可靠地引出室外。
干燥箱周圍安裝保護欄桿，防止其它物體堆放到干燥箱周圍而影響安全門動作。
四、控制系統(tǒng)
這類干燥箱的控制系統(tǒng)的設(shè)計與一般干燥箱相比有其特殊的要求。
首先儀表的控制精度和可靠性要高，漂移要小。絕對不允許出現(xiàn)大的溫度過沖現(xiàn)象。感溫元件不能采用裸露的玻璃鉑電阻，必須要有鎧裝或金屬套管封裝。設(shè)定的起始升溫速率不能太大，至少應(yīng)考慮逐級升溫的方式，以免蒸發(fā)溫度比較低的成分因急劇蒸發(fā)而達到爆炸極限。在控制可靠的前提下，還必須考慮有保險系數(shù)較大的報警系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)必須保證加熱前先有一定時間的預(yù)通風(fēng)程序。運行過程中，通風(fēng)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)應(yīng)能及時發(fā)出報警信號。
控制系統(tǒng)應(yīng)對壓力進行檢測。壓力是產(chǎn)生爆炸的一個直接因數(shù)，當(dāng)壓力出現(xiàn)異常時控制系統(tǒng)應(yīng)能及時發(fā)出報警信號。
設(shè)置報警系統(tǒng)的目的就是為了延緩被烘物體的蒸發(fā)速度，避免箱內(nèi)壓力和濃度的劇增。所以無論是溫度、壓力、濃度、通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)單一或組合的臨界信號，干燥箱的報警系統(tǒng)都要做到自動切斷加熱熱源、打開排氣孔或安全門、保持風(fēng)機的循環(huán)抽風(fēng)狀態(tài)。
盡管設(shè)想了一個安全的保護系統(tǒng)，但要特別注意，保護系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，那將比沒有保護更加危險，為此應(yīng)當(dāng)考慮故障的自檢和自動保險問題。
防爆型的干燥箱，其控制系統(tǒng)決非是一個單一的溫度控制。由于各種有機蒸汽的易燃易爆特性、蒸發(fā)溫度及其壓力和濃度的報警范圍、預(yù)通風(fēng)時間等都不盡相同，諸多因素綜合在一起，用一般的控制規(guī)律就較難實現(xiàn)，采用模糊、加權(quán)等新的控制算法值得探討。
附錄
Ⅰ級場所用防爆電氣設(shè)備設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及A.B.C.D組物質(zhì)的特性
Ⅰ級場所用防爆電氣設(shè)備設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 可燃物質(zhì)的特性
組別 最大安全間隙
mm 最大壓力強度
kg/cm2 最高表面溫度℃ 名稱 閃點
℃ 自燃溫度
℃ 爆炸極限
(體積百分比)
下限 上限 蒸汽的比重（空氣=1.0）
A 0.075 23.9 280 乙炔 氣體 299 2.5 100 0.9
B 0.075 21.08 280 環(huán)氧乙烷 -17.8 429 3.6 100 1.5
C 0.254 17.57 180 乙烯 氣體 490 2.7 36 1.0
D 0.738 11.67 280 丙酮 -17.8 465 2.6 12.8* 2.0
乙醇 13 365 3.3 19 1
汽油
(56-64辛烷值) -42.8 280 1.4 7.6 3-4
汽油(100辛烷值) -37.8 456 1.4 7.4 3-4
甲苯 4.5 480 1.2 7.1 3.1
混合二甲苯（磷位異構(gòu)物） 27.2 465 1.1 7 3.7
注：本表摘自朱松源著《談?wù)劚ㄎｋU場所的劃分問題》一文中第二章節(jié)“各國對危險場所等級劃分介紹”中的“美國危險場所劃分的規(guī)定”。美國國家電氣法規(guī)（ NEC）規(guī)定：根據(jù)可燃物質(zhì)的類型分成Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ三級危險場所，氣體又分為四組。
帶*的數(shù)字因原件模糊，故僅供參考。
參考文獻
１、《化工生產(chǎn)環(huán)境條件及其對電工產(chǎn)品的要求》——朱松源（化工部化工設(shè)計公司）
２、《談?wù)劚ㄎｋU場所的劃分問題》 ——朱松源
３、《汽車發(fā)動機燃料供給及調(diào)節(jié)系統(tǒng)》 ——吉林工業(yè)大學(xué)內(nèi)燃機教研室
４、《內(nèi)部產(chǎn)生可燃性揮發(fā)物的電加熱烘爐·Ⅰ型烘爐》
——澳大利亞《AS1686-1974:UDC621.365-213.34》
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