高低温湿热试验箱的防爆研究

摘要：随着经济的发展，越来越多的电子、军工等产品需要使用环境仪器设备进行环境模拟试验，其中些产品在试验中存在爆炸的可能性，如锂电池等，因此要求试验箱设备具有防爆功能。为了实现防爆功能，需要从控制、电气和结构等方面进行相应的改变。

防爆型环境试验箱

引言

环境试验设备主要模拟高温、低温、湿热、红外线辐射和低气压、沙尘以及霉菌等一系列自然条件，并且对模拟精度有很高的要求。随着行业的发展，越来越多的客户需要在实现以上环境模拟的同时，对设备提出了防爆要求，以适应更广的试验样品。防爆首先要考虑在模拟试验过程中能检测箱内可燃性气体的浓度，当发现异常时，试验箱要采取措施来降低可燃性气体浓度，避免发生燃烧、爆炸等意外；一旦发生了爆炸，试验箱的强度结构、防护措施就显得尤为重要，防护得当.可减少经济财产损失、避免人员伤亡。

1、高低温湿热试验防爆箱的控制

爆炸是由燃烧等剧烈化学反应而产生的。为了防止高低温湿热试验箱内样品在测试时发生燃烧反应，在检测到箱内产生少量可燃性气体的初期，可在高低温湿热试验箱的控制方面设计引入新风动作，通过从外界引入新鲜空气来保持箱内可燃性气体的浓度在安全范围内。万一箱内已经发生明火、爆炸等较严重的情况时，箱内温度会急剧地上升，此时应在试验箱的控制方面设计灭火动作，及时地将试验箱内的火势控制、扑灭，防止明火、爆炸等扩散到试验箱外，避免引起周围设备、财产损失及人员伤亡。

如表1所示，当试验箱的可燃性气体检测装置检测到箱内的可燃性气体浓度达到400ppm时，进、排气风门打开，换气排风扇同时开始运转，将外界的新风引入到设备内，稀释可燃性气体浓度，直到可燃性气体浓度恢复到400pm以下；并持续地引入新风一段时间后(持续时间可由外置定时器设定)，换风装置停止工作，此过程中试验箱不停机。

当试验箱内的可燃性气浓度上升到1000ppm时，换气装置继续工作，引人新风，稀释可燃性气体浓度，在此过程中试验箱停机不工作，但安全防爆系统正常工作。

若可燃性气体浓度持续在1000ppm以上不能及时地降低，并且箱内温度急剧地上升，最终导致试验箱内发生燃烧或爆炸，此时换气系统关闭，CO₂消防装置自动开启，高压CO₂通内箱内的喷嘴瞬间喷射进入试验箱内，扑灭箱内的明火，并降低试验箱内的温度。在此过程中，试验箱停机不工作，试验箱的安全防爆系统正常工作，防止燃烧、爆炸对试验箱的箱体造成更大的破坏。

2、高低温湿热试验防爆箱的电气设计

为了实现高低温湿热试验箱的防爆预警检测，控制试验箱内的可燃性气体浓度及发生燃烧、爆炸后自动灭火，在电气方面，需要进行一些专门的设计。

2.1 可燃性气体传感器

在高低温湿热试验箱的前端(如大门以下位置)，安装可燃性气体浓度检测传感器，该传感器采用泵吸式结构，从试验箱内抽样吸取箱内气体进行检测，抽样口安装在箱内循环风的出风口处。可燃气传感器面板可设定并显示两个警报点，当检测到的箱内可燃性气体浓度超出设定的警报点时，可燃气传感器给出警戒或危险报警信号；并通过自带输出端子输出相应的断路信号，系统PLC检测到对应DI输入信号断开后，做出相应的DO输出动作，从而控制换气装置、CO₂灭火系统等安全防护装置启动。

2.2 加热器

为了避免明火，防爆箱不可使用普通的镍铬丝加热器，必须使用翅片式铠装电加热器，其铠装管及翅片的材质均为不锈钢。这种封装好的加热器既不会产生明火，也不会因为爆炸等外力造成短路等次故障。

2.3 换气风门

门体两侧均设有换气风扇、换气阀和风门，并通过Φ100风管连接至箱内，与试验箱璧连通处设有止回阀板，不换风时，箱内与外界没有气体交换。换气阀与换气扇安装于试验箱的箱体外侧，装有保护罩。换气扇的换气量不小于5m³/min

2.4 自动喷射式CO₃消防装置

当火灾、爆炸发生时，高低温湿热试验箱内温度会急剧地升高。这种异常的温度变化，可通过专用的温度传感器检测到，并将此异常温度信号传送给试验箱控制系统，系统通过开启电动阀来喷射CO₂。高压CO₂消防罐及电动阀体均安装在箱外壁，喷嘴安装在箱内。另在操作显示板处设有“手动开关”及“取消开关”，当操作人员发现箱内有异常情况需要CO₂消防装置动作时，可人为地按下手动开关，此手动开关与外置延迟定时器配合使用，防止误操作，在用户设定的延时时间内可按下取消开关，取消CO₂消喷射动作。值得注意的是，如果安全防护门处于开启状态，CO₂消防就作用不起作用，以防高压CO₂误伤人员。

2.5 温度异常检测

配有2支可在箱内任意位置移动的温度传感器，用于检测样品的表面温度，当样品的表面温度异常，高于预设温度时，设备红色警报灯、箱内温度过高灯同时亮起，且设备停止运行并通过试验电源端子切断样品电源。

2.6 急停开关

操作人员发现箱内有异常情况，立即按下急停开关，设备停止箱体运转，通过交流接触器切断试验箱二次电源，但安全系统(换气、CO₂喷射等)不受影响，工作正常。

2.7 安全操作装置显示板

安装在设备最易操作的位置，即箱体正面靠右位置，换气装置开关、CO₂消防装置手动-自动切换、紧急停止开关和燃气报警灯、箱内温度异常显示灯均装于此处。

2.8 UPS不间断电源

用于在停电时或试验箱箱体的漏电断路阀、自动断路器动作时，仍可向燃气警报回路、换气装置、CO₂消防装置、温度指示警报回路和安全装置操作显示板供电，保证停电或爆炸情况下，安全系统的正常工作。

2.9 三色警报灯

安装在设备顶部最醒目的位置高低温湿热试验防爆箱结构。

3、高低温湿热试验防爆箱结构

3.1 箱体加强

箱体外侧用100mm槽钢加强防护，见图1 防止爆炸发生时，试验箱的箱体受到巨大的冲击而发生严重的变形、损坏，火势扩散，硬物射出而导致意外伤人。盖板分成小块式设计，避开槽钢位便于拆装，进行试验箱日常的保养维护工作。

3.2 安全防护门

除试验箱的箱体带观察窗的大门外，还应加装加强型的安全防护门，防护门注意不要挡到试验箱的控制器及观察窗部分，见图2。防护门也装有开门检测的限位开关，在安全防护门开启状态下，设备箱体停止运行；必须在防护门关好，限位开关处于闭合状态时，试验箱方可运行。

3.3 释压阀

释压阀需向箱顶方向释压，不可向箱体横向侧、底部释压，以防伤人。释压阀在箱内内压急剧上升的情况下动作，释放箱内压力。释压阀外需有金属保护网罩，爆炸气体在网罩内的膨胀释放，以减小爆炸对外界的冲击力，见图3。

3.4 观察窗

观察窗的设计尺寸不可过大，以圆形为宜，外圈与试验箱门之间可用双层不锈钢固定件固定，玻璃材质方面需使用钢化防爆玻璃，并在玻璃外装个防护网罩进行保护，防止爆炸时玻璃碎片伤人，如图2所示。

3.5 引线孔

除配有保温胶塞外，引线孔还应配有带螺纹的保护旋盖，旋盖上钻有小孔，预埋护套管，用于穿线。当箱内的压力急剧地上升时，旋盖可防止胶塞射出伤人。

3.6 安装场地

为了避免高低温湿热试验箱释压时试验箱周边的压力上升，试验箱的安装场地要宽敞且试验箱周边无障碍物。为了防止释压时连带引起试验室发生火灾，造成二次损失，试验箱的箱体顶部与试验室的房顶要留有一定的间距，且屋顶应为防火钢混结构；若安装吊顶，则应采用阻燃材质。

4、结束语

高低温湿热试验箱的防爆功能满足了电子、军工等行业的需求，我公司已于2008年为国内某锂电池厂生产了一台防爆型高低温湿热试验箱，该厂使用设备至今，未发生过安全事故。