制氢站自动灭火装置的研发

李朝晖 李朝元

大唐山东电力检修运营有限公司

在大型火力发电厂中，发电机定子、转子需要氢气作为介质对其进行冷却，而提供氢气气源的是设置于厂内的制氢站。氢气在空气中的浓度达到4.0%[1]时遇火即爆炸。

“制氢站除盐水自动灭火装置”采用具有较好延胀性的金属铜作为自动“开关”；采用导电度低于人体安全电流10mA[2]的除盐水作为灭火介质。

1 装置的结构设计

装置的结构设计，如下图。

图中，胀延簧1与胀延簧触头4通过胀延簧固定端6与钢性支架5连为一体；胀延簧触头4通过触头孔10与弹簧截止阀3的开关密切接触；阀门固定夹5将弹簧截止阀3固定在钢性支架5上；喷淋管9上方开有线状槽；弹簧截止阀3可根据型号从市场选购。

装置主要由一根直径5～10mm的黄铜胀延簧1、弹簧截止阀3和钢性支架2组成。此处的胀延簧1采用线胀系数较高的黄铜棒（r铜=1.9×10-2毫米/度）制成，钢性支架2采用线胀系数较低的16Mn钢型材（r钢=0.83×10-2毫米/度）制成。胀延簧1的长度依据弹簧截止阀3的开关行程、胀延簧1的材料和钢性支架2的材料的线胀系数以及开启弹簧截止阀3的热敏点（事故状态下打开弹簧截止阀3的胀延簧1温度）决定。它们之间的关系式如下：

式中：

L总—胀延簧的总长度；

L行—胀延簧的行程长度；

L钢—钢性支架（矩型）较长边单边的长度；

r铜—胀延簧的线胀系数；

r钢—钢性支架的线胀系数。

装置以1000℃的温度为热敏点，当胀延簧1受到事故火焰加热至1000℃时，胀延簧1的线胀长度等于弹簧截止阀3的开关行程，此时胀延簧触头4将处于常闭状态的弹簧截止阀3全部打开。除盐水通过该弹簧截止阀3从喷淋管9线状喷口，以约120度水平方向成布状覆盖且喷向火焰目标，达到熄灭火焰的目的。当胀延簧1温度高于1000℃时，胀延簧1的线胀长度将超过弹簧截止阀3的开关行程，在钢性支架2的约束下胀延簧1沿自身的弹性弧形自行压缩，避免了线胀长度过长时对弹簧截止阀3造成损坏。弹簧截止阀3通过阀门固定夹5与钢性支架2结成一体，具有同样的钢性性能。当火熄灭，胀延簧1缩至原来状态，截止阀自动关闭。

装置使用除盐水作为灭火介质，除盐水具有较低的电导率，约为1.1 S/cm[4]。这个电导率远远低于通过人体的安全电流为10mA时的电导率的规定，所以，在事故状态下使用不会因除盐水喷洒到电气设备上漏电而对人员造成触电的安全风险。同时，取用方便，除盐水是电解法制取氢气必须用水，经由送水泵送达电解槽，作为灭火介质使用的除盐水可取自在同一设备间的送水泵出口，不必另外铺设管线，送水泵具有约4MPa的出口压力，超过消防水0.8MPa的使用压力，完全能够满足消防要求。

2 装置的实用性分析

该装置一看就懂：它主要通过黄铜棒受热后的线胀伸缩去打开和关闭弹簧截止阀，从而实现自动灭火和火焰消灭后的自动关闭；结构简单：一个铸铁方框内安装一根黄铜棒，侧面固定一个弹簧截止阀及喷水头构成装置的主体；取材方便：装置中的铸铁件、黄铜棒、弹簧截止阀、水管等组件市场上可方便购得；制作容易：各组件的联接可通过焊件或螺丝螺母联接，普通小工厂甚至个体加工店都可以完成制作。安全性高：由于该装置回避了强电、弱电、电磁、气动、水动等形式的动力源，所以在装置的安装、备用、使用等过程避免了人员触电、能量伤害、设备损坏等事故的发生；可靠性强：装置应用的是黄铜棒冷热缩胀这个简单的物理特性，并将这个特性直接作用到开闭机构（弹簧截止阀）其影响和干扰因素小。

[1]翟志勇.氢气爆炸极限实验的探究与启示[J].教学仪器与实验,2010,(9):13-15

[2]王兆晶.安全用电[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2007

[3]维基百科.热膨胀系数[DB/OL].[2014-10-20].http://zh.wikipedia.org/wiki/热膨胀系数

[4]电导率和电阻率换算表[DB/OL].[2013-2-23].http://www.docin.com/p-323822966.html