带自动灭火功能的液化气罐安全控制装置

◎湖南省澧县澧阳中学 杨子烨

一、创意背景

罐装液化气具有便捷、灵活等特点，尽管罐装液化气逐渐被管道燃气取代，仍有不少家庭厨房和餐饮摊点使用罐装液化气。

由于缺乏安全意识，人们未定期检测和保养液化气罐，易导致液化气泄漏事故发生，造成火灾，威胁生命财产安全。例如：2023年6月21日，宁夏银川一家烧烤店液化气泄漏，引发爆炸，造成多人伤亡，事故原因是减压阀故障。

针对罐装液化气安全隐患，我决定设计带自动灭火功能的液化气罐安全控制装置。当液化气罐发生气体泄漏时，该装置能切断气源；若泄漏气体引发火灾，装置能自动灭火，达到保障用户安全的目的。

二、制作装置

带自动灭火功能的液化气罐安全控制装置由自动灭火球、高压机械手电磁阀、减压阀、燃气监测模块等构成。

在购齐制作装置所需的器件后，我按照装置结构图组装器件。

图1 装置结构图

图2 制作装置

三、工作原理

高压机械手电磁阀为常开式机械手电磁阀，平时为打开状态，当半导体气体传感器检测到环境中的燃气浓度超标时，燃气监测模块给高压机械手电磁阀通电，高压机械手电磁阀旋转，关闭阀门，切断气源，同时启动报警系统。如果泄漏气体引发火灾，则触发自动灭火球喷射干粉灭火，达到自动灭火的目的。

报警触发原理：燃气监测模块通过半导体气体传感器探测室内可燃气体，采样电路检测气体浓度，用数字量传递给控制器。当浓度超过控制器设定的值时，执行电路发送报警信号，并关闭高压机械手电磁阀。

传感器工作原理：可燃气体报警器的探测传感器主要有化学电池类传感器、热线型气体传感器、催化燃烧型传感器、氧化物半导体型传感器。这些传感器对室内可燃气体进行吸附，吸附的气体在传感器表面发生电化学反应，改变传感器的物理特性，从而达到检测气体浓度的目的。

监测模块：燃气监测模块参照的标准是可燃极限、爆炸极限。甲烷/一氧化碳复合型监测模块适用于大多数气体监测。石油液化气的主要成分是丙烷、丁烷、丙烯和丁烯，密度大于空气，所以需将监测模块安装在较低位置。

电磁阀工作原理：适合控制气源的电磁阀有能自动关闭的常规高压电磁阀与高压机械手电磁阀。常规高压电磁阀通电后能自动闭合阀门，但断电后又会自动打开，在泄漏故障没有排除之前存在安全隐患。因此，我选用高压机械手电磁阀，这种电磁阀的特点是关闭后必须用手扳动阀门手柄才能打开，并有锁死装置，不拉开离合器，即使扳动阀门手柄也无法打开，这就能确保气体泄漏后阀门紧闭，切断气源。

自动灭火球工作原理：自动灭火球由干粉驱动装置、ABC干粉灭火剂和泡沫外壳等构成。自动灭火球外部采用引线缠绕，触发方式为遇明火触发。遇明火后，自动灭火球表层的灭火引线被迅速点燃，然后驱动自动灭火球内部爆发装置，自动灭火球就会自动向四周喷洒干粉，以达到自动灭火效果。

自动灭火球的保质期为5年，平时无需保养，爆开无任何破坏力。灭火级别广，它可扑灭A、B、C、E、F级别类火（燃气火灾属于C类火灾）。

图3 高压机械手电磁阀结构图

四、测试效果

完成装置制作后，我对装置功能进行测试。将打火机放气模拟燃气泄漏，“泄漏”的气体触发报警装置，阀门自动关闭，切断气源。

在实际生活中，液化气罐泄漏的气体浓度远比打火机释放的气体浓度高，验证了该控制装置的灵敏性、有效性、安全性。

图4 打火机放气测试，装置报警，阀门自动关闭

图5 测试后阀门呈关闭状态

五、创新点

带自动灭火功能的液化气罐安全控制装置具有双重防护作用。当发生液化气泄漏时，装置会第一时间自动切断气源并报警。如果泄漏的气体引发火灾，装置会自动启动第二重保护，自动灭火。

专家点评

杨子烨同学的带自动灭火功能的液化气罐安全控制装置是一个具有原创性的发明项目。这个作品的产生，主要体现了：其一，杨子烨同学具有良好的创新视域，眼光独到。有关灭火防灾的发明与产品如车辆灭火、车库灭火、剧院灭火、厨房灭火装置或系统等不胜枚举，但他却还能从新闻报道中发现液化气罐的安全隐患，提出这项发明课题，可谓匠心独运，让人为之钦佩。其二，杨子烨同学具有良好的创新实践能力。作品已取得阶段性研究成果；有一定的科学研究工作量如设计、实验、制作、测试等；原始实验数据和研究日志等记录规范，资料齐全，研究和分析数据充分，有说服力。其三，杨子烨同学具有良好的科研潜质，对科创实践有着浓厚的兴趣，对自己的研究成果有强烈的分享意愿，具有一定的科学素养和严谨的科学态度。希望杨子烨同学再接再厉，进入高中或大学学习阶段，继续追求自己的创新梦想，努力成长为能担重任、可堪大用的拔尖创新人才。