防爆工房称重子站箱过热报警解决方式研究与优化

邱文凯

摘 要：优化防爆工房现场因温度过高，导致现场防爆电气子站箱内电气元件因温度原因引起的信号失真等情况。

关键词：防爆工房;香精香料;称重模块

在烟草行业中，香精香料的配制过程因为原料与稀释剂属于易燃物，所在调配工房均按甲类工房设计，工房内现场所有电控子站箱按防爆等级定制，为了更好起到防爆的效果，防爆子站箱通常都是设计成密闭、不通风，外壳厚实不利于散热。

在香精香料的配制生产中，称量设备的精确及稳定性直接影响整个香精香料的配制过程，防爆工房内存在大量的称量设备。实际在香精香料配制生产过程中发现称重模块称重超限报警频繁（高精度称重模块在出厂时设定有上、下重量临界值，当称上重量不满足所设置的重量区间系统将报警提示操作人员并停止该高精度称所有动作直到报警复位），操作人员根据系统查询前一工序记录重量，并没有超过称重模块所设定的临界值，在进行现场确认时发现称重模块所在子站外壁肤感温度较高，通过车间电子温度计测量子站内温度高达50℃以上，根据电子元器件的10℃法则表明当温度升高10℃，器件的可靠性降低一倍，工房内设有恒温空调，控制温度25℃左右，温差过大可靠性下降过多;通过与厂家专家联系，确认了高温会导致称重模块信号失真，输出错误重量导致超限报警。由于模块报警频繁需人工多次手动复位，严重影响生产进度与生产效率。

1通过对称重模块所处子站与子站所处的现场环境进行分析

经过详细的讨论分析问题的根因，得出导致模块过热以下原因：

（1）子站密闭环境：生产工房属于甲类工房，根据甲类工房生产安全标准，内部涉及电气设备需符合防爆要求，高精度称重模块防爆子站内部属于密封环境，子站内部器件热损耗产生的热量没有出口;

（2）子站壁较厚：使用游标卡尺对子站壁进行测量，子站壁的平均厚度为30mm，通过资料查询，金属厚度达20mm以上，导热效率大大降低，不易热量排出;

（3）子站密封性：由于甲类工房防爆要求，子站使用30颗螺丝、螺母对锁方式进行密封，接缝处空间极小，空气难以流通;

（4）内部器件排布紧密：子站内部空间有限，为了将多个称重模块与线路容纳其中，模块间排布紧密，线路间没有空间，温度较高的模块产生的热量来不及传导到空气就先传导至相邻模块，导致模块集体发热;

通过对原因分析提出以下解决方案：

方案一：排气扇强迫风冷反馈调节法;

方案二：小型空调散热法;

方案三：压空强迫风冷反馈调节法;

方案四：增设百叶窗;

方案五：改变子站箱规格型号，外壁厚度与内部模块间距。

為了确定最佳方案，进行了需求分析，设定指标进行量化，如表1所示。

2 并对方案的可行性进行了如下讨论

（1）方案一为排气扇强迫风冷散热法，通过结合方案四的百叶窗作为出风口或进风口，控制排气扇正转或反转形成正压或负压差，与外界形成对流，可快速将热量排出。通过设置可输出“0，1”信号的温控装置，当温度>50℃时输出“1”信号，信号传递给风扇电机，电机工作;当温度<50℃时，输出“0”信号，信号传递给风扇电机，电机停止工作，如此可以减少散热系统能耗，满足能耗要求。但是散热过程中，外界环境可燃性气体不断与子站内部模块接触，不满足防爆要求，有较大的安全隐患;

（2）方案二为增设小型子站柜空调进行散热，300w以内功率的空调散热效果能够满足需求，同时满足能耗需求。但空调产生的排放气体不满足《甲类工房防爆安全准则》，并且现场有6个称重子站柜需要散热，小型子站柜空调的价格平均每台1200元左右，6台总价格不满足需求分析经济性好的要求;

（3）方案三采用过滤后无爆炸隐患的压缩空气作为强迫性降温的媒介，与方案三相同的风冷降温，使用方案一的百叶窗作为出风口形成空气流动带走热量，因为压缩空气向子站箱内注入，箱内空间压力大于外界，故在散热过程不会出现外界气体进入子站箱内情况，同样通过设置可输出“0，1”信号的温控装置，当温度>50℃时输出“1”信号，信号传递给气控阀岛，阀岛开启压缩空气开始注入;当温度<50℃时，输出“0”信号，信号传递给阀岛，压空停止注入。以此作为温度控制风扇电机的反馈调节，可以减少散热系统能耗，满足能耗要求;

（4）方案四新开百叶窗，改善密封环境，但外界环境可燃性气体也会进入子站内部，为了避免该情况出现决定使用可开关式百叶窗，在不须进行散热时关闭百叶窗避免环境气体过多进入子站内部;

（5）方案五改变子站箱外壳材质与厚度，需要更换6台称重子站柜，成本较高且拆装时间过长影响生产。

3得出结论

（1）方案四的新开百叶窗能够起到散热效果，同时能够作为其他方案的散热出风口，所以方案4的百叶窗必不可少，方案4采用。

（2）方案一不满足需求分析安全系数要求，不采用。

（3）方案二不满足需求分析安全系数要求与经济性好要求，不采用。

（4）方案三满足所有要求，采用。

（5）方案五不满足经济性好与改造时间短要求，不采用。

最终确定方案为压空强迫风冷反馈调节法，在子站壁增设阻尼较小的可开关式百叶窗，当压缩空气注入内部压差高于外界，百叶窗凭借压力差自动开启;压缩空气停止注入时压差减小至0，百叶窗逐渐关闭。

4在确定了方案之后根据方案制定了对策并实施

对策分为五部分：

（1）气源选定;

（2）管路布局与材料选定;

（3）压缩空气管路对接;

（4）新开百叶窗;

（5）反馈装置安装。

5接下来根据对策进行实施

（1）选择距离最远称重子站15米的4.5米平台上压缩空气管作为气源，该气源压缩空气经过两道过滤系统，将可燃性气体与水蒸气进行过滤，同时气源位置与子站位置属于平行的上下层，子站位置与气源间距离范围6—15米之间（直线距离仅作参考），不会地面形成管路影响操作人员工作且管路长度适中，如图1所示;

（2）根据现场情况与防爆要求选择了可弯折性好，绝缘性好的橡胶材质软管作为压缩空气管路，为了能够达到散热与压差需求，选取了管路直径为8mm的圆橡胶管;根据管路尺寸气控阀岛以保证6台子站箱都有气源的同时也与之后能够实现反馈调节打下基础;为避免管路暴露在外容易破损或影响现场，小组决定压缩空气管路走主桥架再由各个辅桥架连至子站柜。经测算6个称重子站柜距离气源的管路安装长度分别问21.6米、26.3米、31米、37.9米42米和48.1米。根据需求布压缩空气线管，走主桥架引至各称重子站内;

（3）在子站柜侧根据压空管路开一直径10mm圆孔，通过塑料对接头将管路固定在位。在子站柜内部安装1转3对接头，单头与压空管路对接并将转接出来的管口对向模块保证风冷强迫降温的均匀性;

（4）在子站柜门距左侧12cm，顶部7cm位置开一长11cm，宽7cm的长方形孔位，将可开关式百叶窗安装至孔位，当压缩空气注入，内部压力大于外部大气压并达到驱动百叶窗阻尼时百叶窗开启，压力不足时百叶窗关闭，如图2所示;

（5）在箱内设置温控反馈装置，并与之前步骤的阀岛电信号相连。当温度>50℃时输出“1”信号，信号传递给气控阀岛，阀岛开启压缩空气开始注入;当温度<50℃时，输出“0”信号，信号传递给阀岛，压空停止注入。

在保证现场防爆需求的前提下优化防爆子站箱结构后，成功使防爆子站内的温度降低到称重模块的工作温度，提高了现场安全运行保障，防止称重信号失真，重量波动不准确。提升香精香料批次生产的连续性，降低误报警概率。