帶自動滅火功能的液化氣罐安全控制裝置

◎湖南省澧縣澧陽中學 楊子燁

一、創意背景

罐裝液化氣具有便捷、靈活等特點，盡管罐裝液化氣逐漸被管道燃氣取代，仍有不少家庭廚房和餐飲攤點使用罐裝液化氣。

由于缺乏安全意識，人們未定期檢測和保養液化氣罐，易導致液化氣泄漏事故發生，造成火災，威脅生命財產安全。例如：2023年6月21日，寧夏銀川一家燒烤店液化氣泄漏，引發爆炸，造成多人傷亡，事故原因是減壓閥故障。

針對罐裝液化氣安全隱患，我決定設計帶自動滅火功能的液化氣罐安全控制裝置。當液化氣罐發生氣體泄漏時，該裝置能切斷氣源；若泄漏氣體引發火災，裝置能自動滅火，達到保障用戶安全的目的。

二、制作裝置

帶自動滅火功能的液化氣罐安全控制裝置由自動滅火球、高壓機械手電磁閥、減壓閥、燃氣監測模塊等構成。

在購齊制作裝置所需的器件后，我按照裝置結構圖組裝器件。

圖1 裝置結構圖

圖2 制作裝置

三、工作原理

高壓機械手電磁閥為常開式機械手電磁閥，平時為打開狀態，當半導體氣體傳感器檢測到環境中的燃氣濃度超標時，燃氣監測模塊給高壓機械手電磁閥通電，高壓機械手電磁閥旋轉，關閉閥門，切斷氣源，同時啟動報警系統。如果泄漏氣體引發火災，則觸發自動滅火球噴射干粉滅火，達到自動滅火的目的。

報警觸發原理：燃氣監測模塊通過半導體氣體傳感器探測室內可燃氣體，采樣電路檢測氣體濃度，用數字量傳遞給控制器。當濃度超過控制器設定的值時，執行電路發送報警信號，并關閉高壓機械手電磁閥。

傳感器工作原理：可燃氣體報警器的探測傳感器主要有化學電池類傳感器、熱線型氣體傳感器、催化燃燒型傳感器、氧化物半導體型傳感器。這些傳感器對室內可燃氣體進行吸附，吸附的氣體在傳感器表面發生電化學反應，改變傳感器的物理特性，從而達到檢測氣體濃度的目的。

監測模塊：燃氣監測模塊參照的標準是可燃極限、爆炸極限。甲烷/一氧化碳復合型監測模塊適用于大多數氣體監測。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，所以需將監測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關閉的常規高壓電磁閥與高壓機械手電磁閥。常規高壓電磁閥通電后能自動閉合閥門，但斷電后又會自動打開，在泄漏故障沒有排除之前存在安全隱患。因此，我選用高壓機械手電磁閥，這種電磁閥的特點是關閉后必須用手扳動閥門手柄才能打開，并有鎖死裝置，不拉開離合器，即使扳動閥門手柄也無法打開，這就能確保氣體泄漏后閥門緊閉，切斷氣源。

自動滅火球工作原理：自動滅火球由干粉驅動裝置、ABC干粉滅火劑和泡沫外殼等構成。自動滅火球外部采用引線纏繞，觸發方式為遇明火觸發。遇明火后，自動滅火球表層的滅火引線被迅速點燃，然后驅動自動滅火球內部爆發裝置，自動滅火球就會自動向四周噴灑干粉，以達到自動滅火效果。

自動滅火球的保質期為5年，平時無需保養，爆開無任何破壞力。滅火級別廣，它可撲滅A、B、C、E、F級別類火（燃氣火災屬于C類火災）。

圖3 高壓機械手電磁閥結構圖

四、測試效果

完成裝置制作后，我對裝置功能進行測試。將打火機放氣模擬燃氣泄漏，“泄漏”的氣體觸發報警裝置，閥門自動關閉，切斷氣源。

在實際生活中，液化氣罐泄漏的氣體濃度遠比打火機釋放的氣體濃度高，驗證了該控制裝置的靈敏性、有效性、安全性。

圖4 打火機放氣測試，裝置報警，閥門自動關閉

圖5 測試后閥門呈關閉狀態

五、創新點

帶自動滅火功能的液化氣罐安全控制裝置具有雙重防護作用。當發生液化氣泄漏時，裝置會第一時間自動切斷氣源并報警。如果泄漏的氣體引發火災，裝置會自動啟動第二重保護，自動滅火。

專家點評

楊子燁同學的帶自動滅火功能的液化氣罐安全控制裝置是一個具有原創性的發明項目。這個作品的產生，主要體現了：其一，楊子燁同學具有良好的創新視域，眼光獨到。有關滅火防災的發明與產品如車輛滅火、車庫滅火、劇院滅火、廚房滅火裝置或系統等不勝枚舉，但他卻還能從新聞報道中發現液化氣罐的安全隱患，提出這項發明課題，可謂匠心獨運，讓人為之欽佩。其二，楊子燁同學具有良好的創新實踐能力。作品已取得階段性研究成果；有一定的科學研究工作量如設計、實驗、制作、測試等；原始實驗數據和研究日志等記錄規范，資料齊全，研究和分析數據充分，有說服力。其三，楊子燁同學具有良好的科研潛質，對科創實踐有著濃厚的興趣，對自己的研究成果有強烈的分享意愿，具有一定的科學素養和嚴謹的科學態度。希望楊子燁同學再接再厲，進入高中或大學學習階段，繼續追求自己的創新夢想，努力成長為能擔重任、可堪大用的拔尖創新人才。