本安火花试验装置之配气系统的设计

雷文龙

摘 要：本文介绍了一种本安火花试验[1]电路的配气系统设计，给出了系统总体设计，详细介绍了配气管路系统的采用的配气方法，配气流程，及配气管路组成等。该整体装置已在重庆安标检测研究有限公司的本安电气产品检验过程中得到了广泛应用。

关键词：本安火花;配气;系统设计

中图分类号：X932 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）21-0042-02

0 引言

本质安全电路广泛应用在石油、化工、纺织和煤矿等含有爆炸性混合物环境中。国内各检测检验机构对本质安全电路的评价现阶段均是依据GB3836.4—2010爆炸性气体环境用电气设备第4部分：本质安全型“i”的规定，将被试电路中那些被认为可能出现开路、短路或接地故障的每一个试验点接入火花装置的电极上，电极在充满爆炸性混合气体的试验槽内由电机带动转动并进行重复性的短路放电，在规定的转数内是否点燃爆炸性试验混合气体，由此判定电路的本质安全性。因此本安火花实验装置（以下简称装置）在电气本质安全产品的检验过程当中起着不可替代的关键作用。

1 装置总体方案设计

装置主要由火花点燃试验槽系统、配气管路系统、试验与标定电路系统、数据采集、数据处理及控制系统等五大部分组成，各部分关系如图1。

2 关键子系统配气系统设计

配气系统的主要目的是向火花试验槽中配制并充入符合标准规定的爆炸混合气体。根据被试物类型的不同，分为1.0倍和1.5倍两种安全系数与I、IIA、IIB、IIC四种配气类型的8种不同配气浓度的组合形式。8种组合形式中同时用到2种或3种原料气，因此配气管路设计为3路，根据组合形式的不同，控制相应管路的通断。整个配气管路系统由减压阀、电磁阀、电动球阀、阻火器、真空泵、气体混合器、气体浓度测试仪等构成，如图2。

配氣采用流量法，气体流量

Q=uf[2gP2（P1-P2）/（RT）]1/2/r

式中u-流量系数;f-阀门节流处的流通面积;g-重力加速度;R-气体常数;T-气体流入阀门时的温度;P1为阀门进口压力;P2为阀门出口压力;r为密度。

由上述气体流量公式可知，若能控制使得调节阀进口压力P1和出口压力P2同步，就能控制气体体积流量比[2]。在此案中我们选用气体质量流量控制器，它由流量传感器、流量调节阀、控制电路和数据通讯单元四部分构成（如图3）。由工控机将所需的流量值通过RS485通讯口发送给流量控制器，由流量传感器测量出流量的大小上传入控制电路与所需的值进行比较，由控制电路控制流量调节阀将流量控制到需要值。流量传感器测得的流量值可通过控制电路经数据通讯单元由RS485通讯口上传入电脑。

试验槽容积为250ml，需要的混合气体较少，采用扫气法进气，即一边进气一边排气。可以带走槽内湿气，具有除湿作用。同时排气可接入后面的气体浓度分析仪，实时在线监控其浓度。在配气前可先将试验槽、管路中前次试验后的废气或空气等抽出，这能大大节省配气时间，减少原料气体的浪费。经试验，如不抽真空，则混合器出口浓度要稳定达到需要值需5分钟左右。而抽真空后，可缩短到3分钟。

气路安全设计：一是采用阻火器，另外就是使用球阀。阻火器是采用一钢管，长约8cm，内径10mm，内塞满细铜丝网，两头加工螺纹便于连接。铜的传热系数高，试验槽内混合气点爆后，爆炸会顺着管道漫延，危急管路上的设备。阻火器可吸收爆炸能量，阻止爆炸的漫延。在极端的情况下，球阀还可扎断气流通路，阻止爆炸的漫延。

气体混合：为使多种气体能够达到混合均匀，设计了专用的气体混合器（图4）。该混合器采用切线方向进气、轴向节流和扩压的结构，这样就能让气体进入混合器后快速旋转，使气体混合均匀;扩压是用散逸法促使气体进一步混合均匀。通过在排气口取样实测，所测得的气体浓度值基本与可燃气体校准仪的显示值一致。

配气流程：配气所使用原料气均为高压瓶装高纯净气，先将原料气减压阀打开，将其压力减到常压;然后真空泵运行，阀5、球阀1、球阀2打开，其余阀关闭;抽真空到-90kPa，关闭阀5，真空泵，根据试验种类打开相应原料气路上的电磁阀;直到试验槽内气压达到常压，打开阀4，测试排出气体浓度达到要求值;此时关闭球阀1、球阀2、以及相应原料气路上的电磁阀，配气完成。

3 结语

该配气系统具有配气准确、自动化程度高、安全可靠等优点，已在重庆安标检测研究有限公司的本安电气产品检验过程中得到了广泛应用。

参考文献

[1] GB3836.4-2010，爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备[S].

[2] 赵永红.提高本安火花试验装置灵敏度的方法研究[J].煤炭科学技术，2012，40（07）：81-84.