防爆工房稱重子站箱過熱報警解決方式研究與優(yōu)化

邱文凱

摘 要：優(yōu)化防爆工房現(xiàn)場因溫度過高，導(dǎo)致現(xiàn)場防爆電氣子站箱內(nèi)電氣元件因溫度原因引起的信號失真等情況。

關(guān)鍵詞：防爆工房;香精香料;稱重模塊

在煙草行業(yè)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(diào)配工房均按甲類工房設(shè)計，工房內(nèi)現(xiàn)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(shè)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(chǎn)中，稱量設(shè)備的精確及穩(wěn)定性直接影響整個香精香料的配制過程，防爆工房內(nèi)存在大量的稱量設(shè)備。實際在香精香料配制生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)稱重模塊稱重超限報警頻繁（高精度稱重模塊在出廠時設(shè)定有上、下重量臨界值，當稱上重量不滿足所設(shè)置的重量區(qū)間系統(tǒng)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(fù)位），操作人員根據(jù)系統(tǒng)查詢前一工序記錄重量，并沒有超過稱重模塊所設(shè)定的臨界值，在進行現(xiàn)場確認時發(fā)現(xiàn)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(nèi)溫度高達50℃以上，根據(jù)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(nèi)設(shè)有恒溫空調(diào)，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(lián)系，確認了高溫會導(dǎo)致稱重模塊信號失真，輸出錯誤重量導(dǎo)致超限報警。由于模塊報警頻繁需人工多次手動復(fù)位，嚴重影響生產(chǎn)進度與生產(chǎn)效率。

1通過對稱重模塊所處子站與子站所處的現(xiàn)場環(huán)境進行分析

經(jīng)過詳細的討論分析問題的根因，得出導(dǎo)致模塊過熱以下原因：

（1）子站密閉環(huán)境：生產(chǎn)工房屬于甲類工房，根據(jù)甲類工房生產(chǎn)安全標準，內(nèi)部涉及電氣設(shè)備需符合防爆要求，高精度稱重模塊防爆子站內(nèi)部屬于密封環(huán)境，子站內(nèi)部器件熱損耗產(chǎn)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(dǎo)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(nèi)部器件排布緊密：子站內(nèi)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(chǎn)生的熱量來不及傳導(dǎo)到空氣就先傳導(dǎo)至相鄰模塊，導(dǎo)致模塊集體發(fā)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(diào)節(jié)法;

方案二：小型空調(diào)散熱法;

方案三：壓空強迫風冷反饋調(diào)節(jié)法;

方案四：增設(shè)百葉窗;

方案五：改變子站箱規(guī)格型號，外壁厚度與內(nèi)部模塊間距。

為了確定最佳方案，進行了需求分析，設(shè)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(jié)合方案四的百葉窗作為出風口或進風口，控制排氣扇正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)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(shè)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(tǒng)能耗，滿足能耗要求。但是散熱過程中，外界環(huán)境可燃性氣體不斷與子站內(nèi)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(shè)小型子站柜空調(diào)進行散熱，300w以內(nèi)功率的空調(diào)散熱效果能夠滿足需求，同時滿足能耗需求。但空調(diào)產(chǎn)生的排放氣體不滿足《甲類工房防爆安全準則》，并且現(xiàn)場有6個稱重子站柜需要散熱，小型子站柜空調(diào)的價格平均每臺1200元左右，6臺總價格不滿足需求分析經(jīng)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(nèi)注入，箱內(nèi)空間壓力大于外界，故在散熱過程不會出現(xiàn)外界氣體進入子站箱內(nèi)情況，同樣通過設(shè)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(diào)節(jié)，可以減少散熱系統(tǒng)能耗，滿足能耗要求;

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

（5）方案五改變子站箱外殼材質(zhì)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(chǎn)。

3得出結(jié)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(shù)要求，不采用。

（3）方案二不滿足需求分析安全系數(shù)要求與經(jīng)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(jīng)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(diào)節(jié)法，在子站壁增設(shè)阻尼較小的可開關(guān)式百葉窗，當壓縮空氣注入內(nèi)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(guān)閉。

4在確定了方案之后根據(jù)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(jù)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(jīng)過兩道過濾系統(tǒng)，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(jù)現(xiàn)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(zhì)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(jù)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?qū)崿F(xiàn)反饋調(diào)節(jié)打下基礎(chǔ);為避免管路暴露在外容易破損或影響現(xiàn)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(jīng)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(jù)需求布壓縮空氣線管，走主橋架引至各稱重子站內(nèi);

（3）在子站柜側(cè)根據(jù)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(nèi)部安裝1轉(zhuǎn)3對接頭，單頭與壓空管路對接并將轉(zhuǎn)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(cè)12cm，頂部7cm位置開一長11cm，寬7cm的長方形孔位，將可開關(guān)式百葉窗安裝至孔位，當壓縮空氣注入，內(nèi)部壓力大于外部大氣壓并達到驅(qū)動百葉窗阻尼時百葉窗開啟，壓力不足時百葉窗關(guān)閉，如圖2所示;

（5）在箱內(nèi)設(shè)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(xiàn)場防爆需求的前提下優(yōu)化防爆子站箱結(jié)構(gòu)后，成功使防爆子站內(nèi)的溫度降低到稱重模塊的工作溫度，提高了現(xiàn)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(chǎn)的連續(xù)性，降低誤報警概率。