《輪機(jī)自動化》數(shù)字化教材項目五任務(wù)四

1、任務(wù)四 易燃?xì)怏w探測報警系統(tǒng)一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、理解易燃?xì)怏w系統(tǒng)探測報警系統(tǒng)的工作原理；2、熟悉易燃?xì)怏w探測報警系統(tǒng)的實船應(yīng)用。二、學(xué)習(xí)任務(wù)掌握易燃?xì)怏w探測報警系統(tǒng)的組成及工作原理。三、背景知識滾裝船、渡船等往往在貨艙區(qū)域需要載運車輛，消防船有時要救護(hù)油船，這些船及油船、液化天然氣船在貨艙或船上某些艙室可能聚集較多易燃?xì)怏w。通常易燃?xì)怏w的密度較空氣重，因而不容易驅(qū)散，在易燃?xì)怏w的體積濃度超過爆炸下限時，遇明火即可能產(chǎn)生爆炸或燃燒。為了檢測這些艙室的易燃?xì)怏w是否達(dá)到危險濃度，在這些船上一般裝有易燃?xì)怏w探測系統(tǒng)。一、易燃?xì)怏w通常油船的貨品即原油和普通石油產(chǎn)品，主要成分都是多種烴化合物摻雜在一起的混合物

2、。當(dāng)一種石油被裝入油艙時，其易揮發(fā)成分即開始揮發(fā)，釋放出石油氣并擴(kuò)散到其液面以上的空間，此時揮發(fā)出的氣體仍有重新溶進(jìn)這種石油產(chǎn)品的傾向，最后會達(dá)到平衡，在液面上的空間形成一定數(shù)量的均勻分布的石油氣。當(dāng)空氣中的烴氣濃度達(dá)到一定范圍時，烴氣和空氣的混合物在一定條件下就會產(chǎn)生燃燒或爆炸的危險。這個范圍的下限即燃燒下限（LEL），指烴氣濃度已低到不足以維持和蔓延燃燒的程度。該范圍的上限即易燃上限（UEL），指烴氣的濃度已經(jīng)很高，致使空氣嚴(yán)重不足，達(dá)到不能維持和蔓延燃燒、引爆的程度。圖5-4-1 易燃?xì)怏w探測報警系統(tǒng)原理圖二、系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)原理圖如圖5-4-1所示，主要包括測量單元和控制單元。測量單元

3、的信號處理電路圖如圖5-4-2所示。圖5-4-2 易燃?xì)怏w測量單元電路圖測量單元的信號處理電路分析如下。（1）氣敏半導(dǎo)體元件需要在加熱電阻絲通電加熱下保持對空氣中氧可吸附所需的溫度，即加熱電阻絲上電壓不變，保持溫度恒定，則氣敏半導(dǎo)體氧吸附量保持不變，從而在清潔的空氣中，半導(dǎo)體的電阻值不變。若周圍空氣中有敏感氣體存在，由于氣體分子把陽離子吸附在半導(dǎo)體表面上，半導(dǎo)體的電阻值就隨氣體濃度增高而減小。因此正常情況下，加熱電阻絲的工作條件就決定了基準(zhǔn)的半導(dǎo)體電阻值。氣敏元件中加熱線圈工作電壓定為5V，因而測量單元的電路中通過采用恒流源的辦法給加熱電阻絲供電，這樣不管氣敏元件探測點距離測量單元的連接線路有

4、多長，總可以保證在加熱電阻絲上設(shè)定5V電壓。（2）由于氣敏半導(dǎo)體的反應(yīng)并非線性變化而是指數(shù)變化，因此測量單元電路中運用運算電路進(jìn)行校正補償，從而達(dá)到顯示度數(shù)與氣體濃度成線性關(guān)系。（3）定時電路。當(dāng)測量單元長期關(guān)閉后再通電使用時，由于加熱電阻絲剛開始工作，還未建立起正常工作環(huán)境溫度，因此最初幾分鐘內(nèi)半導(dǎo)體的阻值不正常，測量單元會先顯示報警狀態(tài)。因而通過定時電路，在預(yù)熱階段（一般2min左右）切斷輸出信號，防止誤報警，當(dāng)加熱到正常工作溫度，則自動恢復(fù)正常功能。（4）測量單元設(shè)定報警動作值和校正。當(dāng)選定了某種氣體作為監(jiān)測氣體后，就可以根據(jù)其燃燒下限的數(shù)值，設(shè)定需要報警的動作值，通常為LEL的低百分比

5、值。一般采用靜態(tài)配合法，即準(zhǔn)備一只清潔密封的容器(如氣袋)，確定它的準(zhǔn)確容積，用排氣法保證密器內(nèi)的空氣純正清潔，然后按照報警動作值和容器的體積，計算出應(yīng)注入選定的監(jiān)測氣體的體積，用專用注射器抽取已確定體積的該氣體，然后全部注入清潔空氣的密閉容器內(nèi)，經(jīng)過充分混合后，便配成所需濃度的樣氣，供設(shè)定動作值和校正用。當(dāng)氣敏元件置于配制好的樣氣中，測量單元會接收到相應(yīng)的阻值變化信號，并顯示相應(yīng)的LEL的百分比濃度讀數(shù)，如讀數(shù)有偏差可通過校正電路調(diào)節(jié)得到滿足，從而保證完成正確的報警動作。三、易燃?xì)怏w探測報警系統(tǒng)的實船應(yīng)用在油船的實際應(yīng)用中，大多數(shù)需要探測防護(hù)的場所，如貨艙、泵艙、管隧等都是危險區(qū)域，要求探測

6、裝置為防爆安全設(shè)計，因此設(shè)備除配有用于一般場合和機(jī)器場所的探頭外，還有專門設(shè)計的防爆安全型探頭、本質(zhì)安全型泵抽吸式探測裝置。（1）防爆安全型探頭。外殼為尼龍材料，氣敏元件置于不銹鋼腔體內(nèi)，由燒結(jié)金屬粒子加以保護(hù)隔離即阻焰作用，構(gòu)成防爆結(jié)構(gòu)。即使燒結(jié)金屬、金屬網(wǎng)內(nèi)氣敏半導(dǎo)體及電氣火花引起易燃?xì)怏w爆炸，也不能使外環(huán)境易燃?xì)怏w產(chǎn)生爆炸危險。（2）本質(zhì)安全型泵抽吸式探測裝置（如圖5-4-3所示），通過泵抽吸式設(shè)計達(dá)到本質(zhì)安全型要求。將泵箱置于安全區(qū)域，通過管道將危險區(qū)域內(nèi)監(jiān)測點的氣體抽至泵箱內(nèi)氣敏半導(dǎo)體測量，再將此危險氣體送回原處或在安全處排入大氣。泵箱內(nèi)設(shè)有管道堵塞監(jiān)測線路，發(fā)生堵塞時會有明確指示提

7、醒。在管道由安全區(qū)域穿墻壁到危險區(qū)處安裝阻焰器，不銹鋼殼體內(nèi)嵌裝燒結(jié)金屬，可有效防止火焰爆炸蔓延。（3）除了對單個監(jiān)測點進(jìn)行連續(xù)測量的泵抽吸式裝置外，還有一種對多點(數(shù)十點）進(jìn)行循環(huán)監(jiān)測的報警裝置。該裝置可在設(shè)定的時間周期內(nèi)完成對每一監(jiān)測點抽吸氣體并測量。為保證每個監(jiān)測點在平均分配的測量時間內(nèi)不因管道長短而產(chǎn)生測量質(zhì)量問題，每個監(jiān)測點在測量抽吸前一步都進(jìn)行預(yù)抽吸，以得到最新的監(jiān)測點樣氣。此外每個在等待測量的監(jiān)測點管道都受到反壓裝置的保護(hù)，以防止吸入水或被雜物阻塞。中央測量裝置中配有標(biāo)準(zhǔn)濃度樣氣，可隨時校驗設(shè)備。圖5-4-3 泵抽吸式探測裝置實船在確定每個固定氣體監(jiān)測時，除應(yīng)滿足規(guī)定的保護(hù)面積和間距外，還應(yīng)考慮擬載運貨品的蒸汽密度、艙內(nèi)各種構(gòu)建的布置、空氣進(jìn)出口位置所形成的死角位置。根據(jù)具體情