Bomb使用基础手册.doc

氧彈（Oxygen Combustion Bomb）使用手冊潘宜中 /12/12壹、說明 在熱工實驗-燃料之發熱量測定中，使用到氧彈測熱器（Carlorimeter）設備，該設備重要某些氧彈（Oxygen Combustion Bomb）為一密閉高壓罐，實驗時內置燃料試樣並充入氧氣，在高壓中點火燃燒，為防止燃燒過程發生意外，特別製作本手冊，手冊中分為注意事項、操作要領、燃燒不完全也许因素及保養办法等四個部份，提供實驗人員（助教）閱讀並规定確實遵守，以確保實驗安全。貳、注意事項一 未經實驗室专家批准，不可隨意變更燃燒試樣之種類及份量。二 不可加入過量試樣，也不可加入燃燒時會劇烈反應引起爆炸試樣。三 不可充入過量氧氣，燃燒前壓力不可超過40atm（590psig）。四 氧彈未完全沉入冷卻水前，不可點火進行燃燒。五 當氧彈沉入冷卻水中，有任何一處發現氣泡產生時，不可點火進行燃燒。六 高揮發性燃燒試樣在未經特別密封處理（如第參部份第十項所述）前，不可加入氧彈進行燃燒。七 燃燒過程中不可接近氧彈，燃燒結束20秒內不可移動氧彈。八 氧彈罐體應隨時保持良好狀況，如發現腐蝕、斑點或變質時，應及时置換，不可輕忽。參、操作要領一 燃燒試樣容許量 1. 試樣份量以在氧氣中完全燃燒後，產生熱量小於8000卡為限。2. 以重量計，試樣重量不可超過1公克，若包括可燃性膠囊、燃油或其她助燃物質，則重量不可超過1.1公克。二 固定點火線 1. 量取10cm鎳合金點火線，兩端插入兩極孔眼如圖一，再拉下護套即可固定。圖一、固定點火線2. 點火線彎曲至稍高於試樣表面即可，不必沉入試樣中。三 氧彈罐底盛水 1. 為隔離高溫殘留物，減少罐底表面侵蝕，應在罐底留1ml蒸餾水。四 關閉氧彈 1. 盛裝燃燒試樣氧彈彈頭應先旋開洩氣閥，並潤濕230A密封環（如圖四）後再垂直不要旋轉放入罐頂。2. 手動旋緊螺旋蓋（不必使用螺旋鉗）直到最後一圈螺紋，半途如遇咬住，務必退開再繼續旋進，以免燃燒後咬死無法轉開。五 充氣 1. 旋緊氧彈洩氣閥，將充氣接頭推入氧彈進氣閥，旋開氧氣瓶洩氣閥，旋開角度小於1/4轉。2. 慢慢旋開充氣控制閥，直到壓力錶指針達到指定壓力（1525kg/cm2；最高不可超過40atm）時，關閉控制閥，推出充氣接頭。3. 不慎超壓時應小心排出氧氣，移開彈頭，從量秤試樣開始，重新進行，不可繼續點火燃燒。六 點火 1. 點火器電路如圖二，其中刻10cm端帽和排在中間刻common端帽分別以電線連接到氧彈頂部兩個電極端帽。2. 將氧彈小心沉入盛水橢圓形筒內，這時如發現有氣泡產生，不论多麼輕微，都應小心排出氧氣，移開彈頭，從量秤試樣開始，重新進行，不可繼續點火燃燒。圖二、點火器電路圖3. 遠離氧彈壓下點火器上點火按鈕，批示燈點亮約1/2秒後，因點火線燒斷而熄滅，持續壓住按鈕5秒鐘才放開。4. 燃燒期間，頭、手及身體任何部位都不可出現在氧彈正上方，燃燒結束20秒內不可接近氧彈。5. 若壓下點火按鈕期間，批示燈持續點亮而不熄滅，表达也许點火電路系統短路，應將點火器送檢。或點火線按裝不當，應小心排出氧氣，移開彈頭，重新按裝。或氧彈頂部兩個電極端帽絕緣不良，以致電壓漏至地線，因電壓局限性而無法點燃試樣，應以電阻計檢查端帽並置換不良絕緣材料。6. 若壓下點火按鈕期間，批示燈始终不亮，表达點火電路系統斷路，應將點火器送檢。7. 若選擇熔點較低點火線，為避免在被試樣燒斷前就先熔斷，應將氧彈頂部兩個電極端帽分別以電線連接到點火器上刻7cm端帽和排在中間刻common端帽上。七 取出氧彈1. 燃燒後氧彈在盛水橢圓形筒內，停留至少3分鐘後方可取出。2. 以大於1分鐘時間緩慢洩氣，排出殘餘氣體。3. 取出殘餘點火線測量長度，並以蒸餾水沖洗罐內殘留物作滴定試驗。 八 重油試樣1. 重油含熱量極高，若盛試樣金屬缽具太薄，或缽具緣口較薄某些濺到重油，都會在燃燒過程中引燃該某些金屬，金屬燃燒將釋出計算之外熱量，融化金屬氧化物更會破壞罐體內壁，因而使用金屬缽具前應先檢查缽壁，確定沒有任何部位在之前使用中損耗變薄。2. 直立狀電極也常被重油燃燒火焰燒熔，引起上項所述問題，因而安顿缽具時，常將缽具輕微傾斜，使火焰避開直立狀電極及環狀電極。 九 粒狀試樣1. 粒狀試樣顆粒太大會燃燒不完全，顆粒太小會因燃燒過於激烈而噴出缽具外，因而建議壓成球狀再燃燒。2. 不可燃燒完全乾燥粒狀試樣，以免過於激烈燃燒火焰會燒到頂部密封橡膠材料，適當溼度可控制燃燒速度。十 高揮發性試樣1. 為防揮發損失及燃燒引起爆炸，高揮發性試樣可密封在0.9ml膠囊內再進行燃燒，膠囊含熱量約4600cal/g，含硫量約0.35%，應在計算中加以修正。2. 膠囊應密封保存，定期作空囊試驗，获得正確含熱量及含硫量。3. 高揮發性試樣也可置於白金缽具內如圖三，缽頂封以膠帶，膠帶材質以對氯和硫敏感性越低越好，如Borden,Mystic TapeNo.M-169-c，或3M Transparent No.610等均可。4. 膠帶上做個活動封口，封口下開個小孔，以注射器將高揮發性試樣從這個小孔注入，再蓋上封口。膠帶中央並戳個小洞，使缽內外壓力平衡，以免充氣時膠帶破裂。白金缽具安顿於點火線下，使點火線正好接觸到膠帶。圖三、白金缽具肆、燃燒不完全也许因素試樣在氧彈中完全燃燒兩個條件：1.試樣其中一部份必須被加熱到燃點，啟動燃燒，而該燃燒所釋出熱量，必須足以抵銷金屬缽具相對低溫，並提供試樣其她某些繼續燃燒。2.啟動燃燒後必須在罐體內產生足夠擾流，將氧氣攜帶到試樣其她某些助燃。因而發現試樣不完全燃燒時，即可由上述兩個條件推論其也许因素如下：1. 充氣速度太快，使部份試樣被噴落缽具外。2. 粒狀試樣太過於鬆散（未加以捏擠成團），在劇烈燃燒中部份試樣被噴出缽具外。3. 粒狀試樣中包括太粗（超過60號網眼）顆粒，該等顆粒無法完全燃燒。4. 點火電流太低，使溫度無法達到燃點。或太高，使點火線在未引燃前便先熔斷了。5. 點火線沉入試樣中，點火線應彎曲至稍高於或輕觸試樣表面。6. 充氣氣壓太低，使助燃氧氣量局限性。或太高，使罐體內擾流遲緩。7. 缽具至罐底之間空間局限性，缽具應至少高於罐底或罐底盛水水面上方1/2英吋以上，以免熱量散失。8. 多次試驗顯示，缽具使用前先加溫至480維持4小時，使其表面生成氧化層將有助於試樣完全燃燒。9. 試樣中含水、含塵或含其她不燃性雜質量超過20%時，將導致試樣不完全燃燒，可在試樣中加入助燃物質改进。10. 充氣時取較低指定壓力可使燃燒溫度較高，罐體內擾流較大，兩者皆有助於試樣完全燃燒，指定壓力範圍在2035atm之間，最高不可超過40atm。伍、保養办法實驗人員（助教）應理解到，氧彈處於反覆高溫高壓環境，其密封組件亦常處於高應力狀態，因而即便微小不顯眼磨損破裂都應警覺送修或置換，稍有輕忽怠惰便也许导致嚴重意外，不可不慎！氧彈保養應注意事項如下：1. 氧彈沉入水中發現氣泡，並確定為密封組件洩漏時，應拆卸氧彈更換密封組件，較常更換密封組件有230A、238A密封環及20VB閥座等如圖四。2. 兩個238A密封環及20VB閥座應每燃燒500次或每隔6個月更換一次，若燃燒含氯試樣則應減半，亦即每燃燒250次更換一次。3. 閥針上397A壓力螺帽應保持旋緊，若稍有鬆脫在燃燒前不易察覺，但燃燒時遽昇高壓熱氣由此衝出，將燒毀20VB閥座甚至整個彈頭。4. 序號11在電極上238A密封環若太久未更換而老化變質，將导致絕緣不良，在彈頭部份錯誤燃燒引起計算外熱量。圖四、氧彈分解圖序號編號英文名稱中文名稱1103AScrew Cap螺旋蓋2230AO-ring，2-3/8 ID，Buna-N230A密封環3394A12Bomb head，bare彈頭394A12CLBomb head，bare，for chlorine service彈頭4A101ABomb cylinder，sold only with 103A screw cap as Part No. AA101A罐體A101ACLBomb cylinder for chlorine service，sold only with 103A screw cap as Part No. AA101ACL罐體5395A2Inlet valve body進氣閥6415AO-ring，7/16 ID，Buna-N7238AO-ring，3/16 ID，Buna-N238A密封環8403ACheck valve9411ATerminal nut電極端帽10143ACInsulator,Delrin11238AO-ring，3/16 ID，Buna-N238A密封環12388ASpacer13SC1932SC10Soc. hd. Set screw14278A3Adapter bushing15404A2Deflector nut16406ALock nut175A10Loop electrode with sleeve環狀電極184A10Straight electrode with sleeve直立狀電極19401ASleeve insulator2096ACElectrode insulator21402AElectrode core22406ALock nut23407AValve knob24398ALock nut25400AValve needle閥針A420AValve needle with knob(Nos. 23,24,25)26397ACompression nut397A壓力螺帽27396AOutlet valve body洩氣閥287VBCMWasher,Monel29378APacking cup3020VBValve seat，Kel-F20VB閥座Complete AssembliesAA101ABomb cylinder with 103A screw capAA101ACLBomb cylinder for chlorine service with 103A screw capA416A3 Bomb head assemblyA416A3CLBomb head assembly for chlorine service陸、參考資料1. PARR INSTRUMENT COMPANY ，”OPERATING INSTRUCTIONSfor the 1108 Oxygen Combustion Bomb” ，No. 205M2. PARR INSTRUMENT COMPANY ，”Analytical Methods for Oxygen Bombs” ，No. 207M3. ”熱工實驗-燃料之發熱量測定”4. 劉正良专家 ，”國立台灣大學機械工程學系暨研究所實驗室安全、應變及環保須知” ，1996.7.