帶自動(dòng)滅火功能的液化氣罐安全控制裝置

◎湖南省澧縣澧陽(yáng)中學(xué) 楊子燁

一、創(chuàng)意背景

罐裝液化氣具有便捷、靈活等特點(diǎn)，盡管罐裝液化氣逐漸被管道燃?xì)馊〈?，仍有不少家庭廚房和餐飲攤點(diǎn)使用罐裝液化氣。

由于缺乏安全意識(shí)，人們未定期檢測(cè)和保養(yǎng)液化氣罐，易導(dǎo)致液化氣泄漏事故發(fā)生，造成火災(zāi)，威脅生命財(cái)產(chǎn)安全。例如：2023年6月21日，寧夏銀川一家燒烤店液化氣泄漏，引發(fā)爆炸，造成多人傷亡，事故原因是減壓閥故障。

針對(duì)罐裝液化氣安全隱患，我決定設(shè)計(jì)帶自動(dòng)滅火功能的液化氣罐安全控制裝置。當(dāng)液化氣罐發(fā)生氣體泄漏時(shí)，該裝置能切斷氣源；若泄漏氣體引發(fā)火災(zāi)，裝置能自動(dòng)滅火，達(dá)到保障用戶(hù)安全的目的。

二、制作裝置

帶自動(dòng)滅火功能的液化氣罐安全控制裝置由自動(dòng)滅火球、高壓機(jī)械手電磁閥、減壓閥、燃?xì)獗O(jiān)測(cè)模塊等構(gòu)成。

在購(gòu)齊制作裝置所需的器件后，我按照裝置結(jié)構(gòu)圖組裝器件。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)圖

圖2 制作裝置

三、工作原理

高壓機(jī)械手電磁閥為常開(kāi)式機(jī)械手電磁閥，平時(shí)為打開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)半導(dǎo)體氣體傳感器檢測(cè)到環(huán)境中的燃?xì)鉂舛瘸瑯?biāo)時(shí)，燃?xì)獗O(jiān)測(cè)模塊給高壓機(jī)械手電磁閥通電，高壓機(jī)械手電磁閥旋轉(zhuǎn)，關(guān)閉閥門(mén)，切斷氣源，同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。如果泄漏氣體引發(fā)火災(zāi)，則觸發(fā)自動(dòng)滅火球噴射干粉滅火，達(dá)到自動(dòng)滅火的目的。

報(bào)警觸發(fā)原理：燃?xì)獗O(jiān)測(cè)模塊通過(guò)半導(dǎo)體氣體傳感器探測(cè)室內(nèi)可燃?xì)怏w，采樣電路檢測(cè)氣體濃度，用數(shù)字量傳遞給控制器。當(dāng)濃度超過(guò)控制器設(shè)定的值時(shí)，執(zhí)行電路發(fā)送報(bào)警信號(hào)，并關(guān)閉高壓機(jī)械手電磁閥。

傳感器工作原理：可燃?xì)怏w報(bào)警器的探測(cè)傳感器主要有化學(xué)電池類(lèi)傳感器、熱線型氣體傳感器、催化燃燒型傳感器、氧化物半導(dǎo)體型傳感器。這些傳感器對(duì)室內(nèi)可燃?xì)怏w進(jìn)行吸附，吸附的氣體在傳感器表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，改變傳感器的物理特性，從而達(dá)到檢測(cè)氣體濃度的目的。

監(jiān)測(cè)模塊：燃?xì)獗O(jiān)測(cè)模塊參照的標(biāo)準(zhǔn)是可燃極限、爆炸極限。甲烷/一氧化碳復(fù)合型監(jiān)測(cè)模塊適用于大多數(shù)氣體監(jiān)測(cè)。石油液化氣的主要成分是丙烷、丁烷、丙烯和丁烯，密度大于空氣，所以需將監(jiān)測(cè)模塊安裝在較低位置。

電磁閥工作原理：適合控制氣源的電磁閥有能自動(dòng)關(guān)閉的常規(guī)高壓電磁閥與高壓機(jī)械手電磁閥。常規(guī)高壓電磁閥通電后能自動(dòng)閉合閥門(mén)，但斷電后又會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，在泄漏故障沒(méi)有排除之前存在安全隱患。因此，我選用高壓機(jī)械手電磁閥，這種電磁閥的特點(diǎn)是關(guān)閉后必須用手扳動(dòng)閥門(mén)手柄才能打開(kāi)，并有鎖死裝置，不拉開(kāi)離合器，即使扳動(dòng)閥門(mén)手柄也無(wú)法打開(kāi)，這就能確保氣體泄漏后閥門(mén)緊閉，切斷氣源。

自動(dòng)滅火球工作原理：自動(dòng)滅火球由干粉驅(qū)動(dòng)裝置、ABC干粉滅火劑和泡沫外殼等構(gòu)成。自動(dòng)滅火球外部采用引線纏繞，觸發(fā)方式為遇明火觸發(fā)。遇明火后，自動(dòng)滅火球表層的滅火引線被迅速點(diǎn)燃，然后驅(qū)動(dòng)自動(dòng)滅火球內(nèi)部爆發(fā)裝置，自動(dòng)滅火球就會(huì)自動(dòng)向四周?chē)姙⒏煞?，以達(dá)到自動(dòng)滅火效果。

自動(dòng)滅火球的保質(zhì)期為5年，平時(shí)無(wú)需保養(yǎng)，爆開(kāi)無(wú)任何破壞力。滅火級(jí)別廣，它可撲滅A、B、C、E、F級(jí)別類(lèi)火（燃?xì)饣馂?zāi)屬于C類(lèi)火災(zāi)）。

圖3 高壓機(jī)械手電磁閥結(jié)構(gòu)圖

四、測(cè)試效果

完成裝置制作后，我對(duì)裝置功能進(jìn)行測(cè)試。將打火機(jī)放氣模擬燃?xì)庑孤?，“泄漏”的氣體觸發(fā)報(bào)警裝置，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，切斷氣源。

在實(shí)際生活中，液化氣罐泄漏的氣體濃度遠(yuǎn)比打火機(jī)釋放的氣體濃度高，驗(yàn)證了該控制裝置的靈敏性、有效性、安全性。

圖4 打火機(jī)放氣測(cè)試，裝置報(bào)警，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉

圖5 測(cè)試后閥門(mén)呈關(guān)閉狀態(tài)

五、創(chuàng)新點(diǎn)

帶自動(dòng)滅火功能的液化氣罐安全控制裝置具有雙重防護(hù)作用。當(dāng)發(fā)生液化氣泄漏時(shí)，裝置會(huì)第一時(shí)間自動(dòng)切斷氣源并報(bào)警。如果泄漏的氣體引發(fā)火災(zāi)，裝置會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)第二重保護(hù)，自動(dòng)滅火。

專(zhuān)家點(diǎn)評(píng)

楊子燁同學(xué)的帶自動(dòng)滅火功能的液化氣罐安全控制裝置是一個(gè)具有原創(chuàng)性的發(fā)明項(xiàng)目。這個(gè)作品的產(chǎn)生，主要體現(xiàn)了：其一，楊子燁同學(xué)具有良好的創(chuàng)新視域，眼光獨(dú)到。有關(guān)滅火防災(zāi)的發(fā)明與產(chǎn)品如車(chē)輛滅火、車(chē)庫(kù)滅火、劇院滅火、廚房滅火裝置或系統(tǒng)等不勝枚舉，但他卻還能從新聞報(bào)道中發(fā)現(xiàn)液化氣罐的安全隱患，提出這項(xiàng)發(fā)明課題，可謂匠心獨(dú)運(yùn)，讓人為之欽佩。其二，楊子燁同學(xué)具有良好的創(chuàng)新實(shí)踐能力。作品已取得階段性研究成果；有一定的科學(xué)研究工作量如設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、制作、測(cè)試等；原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究日志等記錄規(guī)范，資料齊全，研究和分析數(shù)據(jù)充分，有說(shuō)服力。其三，楊子燁同學(xué)具有良好的科研潛質(zhì)，對(duì)科創(chuàng)實(shí)踐有著濃厚的興趣，對(duì)自己的研究成果有強(qiáng)烈的分享意愿，具有一定的科學(xué)素養(yǎng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。希望楊子燁同學(xué)再接再厲，進(jìn)入高中或大學(xué)學(xué)習(xí)階段，繼續(xù)追求自己的創(chuàng)新夢(mèng)想，努力成長(zhǎng)為能擔(dān)重任、可堪大用的拔尖創(chuàng)新人才。