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干燥箱的防爆探索
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*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zui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。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。*檔以65℃為zui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zui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有正負幅度范圍的關(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。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。
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