制氫站自動(dòng)滅火裝置的研發(fā)

李朝暉 李朝元

大唐山東電力檢修運(yùn)營有限公司

在大型火力發(fā)電廠中，發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子需要?dú)錃庾鳛榻橘|(zhì)對(duì)其進(jìn)行冷卻，而提供氫氣氣源的是設(shè)置于廠內(nèi)的制氫站。氫氣在空氣中的濃度達(dá)到4.0%[1]時(shí)遇火即爆炸。

“制氫站除鹽水自動(dòng)滅火裝置”采用具有較好延脹性的金屬銅作為自動(dòng)“開關(guān)”；采用導(dǎo)電度低于人體安全電流10mA[2]的除鹽水作為滅火介質(zhì)。

1 裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如下圖。

圖中，脹延簧1與脹延簧觸頭4通過脹延簧固定端6與鋼性支架5連為一體；脹延簧觸頭4通過觸頭孔10與彈簧截止閥3的開關(guān)密切接觸；閥門固定夾5將彈簧截止閥3固定在鋼性支架5上；噴淋管9上方開有線狀槽；彈簧截止閥3可根據(jù)型號(hào)從市場(chǎng)選購。

裝置主要由一根直徑5～10mm的黃銅脹延簧1、彈簧截止閥3和鋼性支架2組成。此處的脹延簧1采用線脹系數(shù)較高的黃銅棒（r銅=1.9×10-2毫米/度）制成，鋼性支架2采用線脹系數(shù)較低的16Mn鋼型材（r鋼=0.83×10-2毫米/度）制成。脹延簧1的長(zhǎng)度依據(jù)彈簧截止閥3的開關(guān)行程、脹延簧1的材料和鋼性支架2的材料的線脹系數(shù)以及開啟彈簧截止閥3的熱敏點(diǎn)（事故狀態(tài)下打開彈簧截止閥3的脹延簧1溫度）決定。它們之間的關(guān)系式如下：

式中：

L總—脹延簧的總長(zhǎng)度；

L行—脹延簧的行程長(zhǎng)度；

L鋼—鋼性支架（矩型）較長(zhǎng)邊單邊的長(zhǎng)度；

r銅—脹延簧的線脹系數(shù)；

r鋼—鋼性支架的線脹系數(shù)。

裝置以1000℃的溫度為熱敏點(diǎn)，當(dāng)脹延簧1受到事故火焰加熱至1000℃時(shí)，脹延簧1的線脹長(zhǎng)度等于彈簧截止閥3的開關(guān)行程，此時(shí)脹延簧觸頭4將處于常閉狀態(tài)的彈簧截止閥3全部打開。除鹽水通過該彈簧截止閥3從噴淋管9線狀噴口，以約120度水平方向成布狀覆蓋且噴向火焰目標(biāo)，達(dá)到熄滅火焰的目的。當(dāng)脹延簧1溫度高于1000℃時(shí)，脹延簧1的線脹長(zhǎng)度將超過彈簧截止閥3的開關(guān)行程，在鋼性支架2的約束下脹延簧1沿自身的彈性弧形自行壓縮，避免了線脹長(zhǎng)度過長(zhǎng)時(shí)對(duì)彈簧截止閥3造成損壞。彈簧截止閥3通過閥門固定夾5與鋼性支架2結(jié)成一體，具有同樣的鋼性性能。當(dāng)火熄滅，脹延簧1縮至原來狀態(tài)，截止閥自動(dòng)關(guān)閉。

裝置使用除鹽水作為滅火介質(zhì)，除鹽水具有較低的電導(dǎo)率，約為1.1 S/cm[4]。這個(gè)電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于通過人體的安全電流為10mA時(shí)的電導(dǎo)率的規(guī)定，所以，在事故狀態(tài)下使用不會(huì)因除鹽水噴灑到電氣設(shè)備上漏電而對(duì)人員造成觸電的安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，取用方便，除鹽水是電解法制取氫氣必須用水，經(jīng)由送水泵送達(dá)電解槽，作為滅火介質(zhì)使用的除鹽水可取自在同一設(shè)備間的送水泵出口，不必另外鋪設(shè)管線，送水泵具有約4MPa的出口壓力，超過消防水0.8MPa的使用壓力，完全能夠滿足消防要求。

2 裝置的實(shí)用性分析

該裝置一看就懂：它主要通過黃銅棒受熱后的線脹伸縮去打開和關(guān)閉彈簧截止閥，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅火和火焰消滅后的自動(dòng)關(guān)閉；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：一個(gè)鑄鐵方框內(nèi)安裝一根黃銅棒，側(cè)面固定一個(gè)彈簧截止閥及噴水頭構(gòu)成裝置的主體；取材方便：裝置中的鑄鐵件、黃銅棒、彈簧截止閥、水管等組件市場(chǎng)上可方便購得；制作容易：各組件的聯(lián)接可通過焊件或螺絲螺母聯(lián)接，普通小工廠甚至個(gè)體加工店都可以完成制作。安全性高：由于該裝置回避了強(qiáng)電、弱電、電磁、氣動(dòng)、水動(dòng)等形式的動(dòng)力源，所以在裝置的安裝、備用、使用等過程避免了人員觸電、能量傷害、設(shè)備損壞等事故的發(fā)生；可靠性強(qiáng)：裝置應(yīng)用的是黃銅棒冷熱縮脹這個(gè)簡(jiǎn)單的物理特性，并將這個(gè)特性直接作用到開閉機(jī)構(gòu)（彈簧截止閥）其影響和干擾因素小。

[1]翟志勇.氫氣爆炸極限實(shí)驗(yàn)的探究與啟示[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn),2010,(9):13-15

[2]王兆晶.安全用電[M].北京:中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2007

[3]維基百科.熱膨脹系數(shù)[DB/OL].[2014-10-20].http://zh.wikipedia.org/wiki/熱膨脹系數(shù)

[4]電導(dǎo)率和電阻率換算表[DB/OL].[2013-2-23].http://www.docin.com/p-323822966.html