可燃氣體檢測報警器應用

王志強，趙鑫

（中國石油遼陽石化分公司，遼寧遼陽111003）

1 可燃氣體檢測報警器簡介

工業(yè)用可燃氣體報警器一般分為可燃氣體檢漏儀、可燃氣體探測器、可燃氣體報警控制器。

可燃氣體檢漏儀一般為便攜式，使用堿性電池作為電源，可連續(xù)使用多個小時，主要用于燃氣管線巡檢或檢漏，如果有泄漏，可立即報警，顯示摩爾比值，立即采取應對措施，避免惡性事故發(fā)生；如果增加吸氣裝置，則可用于密閉或有限空間取樣檢測，具有使用靈活、反應迅速等優(yōu)點，但該種設備定量測量性能較差，適用于定性測量報警。

固定式可燃氣體報警器由探測器和控制器構成。探測器安裝在被測區(qū)域，考慮到安裝位置的安全要求，本體需要具備殼體防爆或本質安全的性能；作用是把現(xiàn)場的氣體濃度實時信號轉化成電壓或電流信號，傳輸?shù)街蛋嗍一蚩刂剖摇Ｌ綔y器也可同時具有就地顯示或報警功能，送出信號由控制器進行顯示或報警，實現(xiàn)不間斷檢測報警，有聯(lián)動要求時可以實現(xiàn)聯(lián)鎖功能，實現(xiàn)啟動排風裝置或切斷動力等功能。

2 基本原理

2.1 傳感器

a）利用物理性質，如熱導、紅外吸收、光干涉?zhèn)鞲衅鳌＿@類傳感器利用檢測介質的導熱性能、光譜及波長等物理特性進行分析、比較，實現(xiàn)探測器基本功能。優(yōu)點是線性好、不易中毒、性能穩(wěn)定、壽命周期長、平均無故障時間可達5a以上，維護成本相對較低；缺點是整機功能性結構復雜、對傳感器的物理構造要求較高、生產(chǎn)成本相對較高，與催化燃燒型傳感器相比，對檢測氣體介質的選擇性相對單一，該類傳感器以紅外吸收型最為常用。

b）利用化學性質，如催化燃燒、半導體傳感器。半導體傳感器利用半導體材料作為氣體附著載體，通電后氣敏元件的電阻、電流、電勢等電性能參數(shù)與氣體濃度成特定曲線變化，通過對特定氣體線性修正、分段校驗，就可以實現(xiàn)氣體濃度與探測器輸出的線性化。該類傳感器具有結構簡單、靈敏度高、響應時間指標高、造價成本低廉等優(yōu)點。缺點是傳感器產(chǎn)品的各批次易產(chǎn)生差別化，造成產(chǎn)成品的一致性不高，需要經(jīng)過大量試驗和測試積累經(jīng)驗數(shù)據(jù)，繪制各被測介質特性曲線，設計整機電路時對各段曲線進行分段修正，反應傳感器件的篩選時間較長，中間產(chǎn)品、最終產(chǎn)品的檢驗、校正較復雜。燃燒式分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式兩種。燃燒式傳感器具有穩(wěn)定性好、通用性強的優(yōu)點，具有廣譜特性。這種傳感器有時稱之為熱導性傳感器，普遍適用于可燃性氣體的監(jiān)測和報警。該傳感器在環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對處于爆炸下限的絕大多數(shù)可燃性氣體進行檢測。缺點是功耗較大，整機設計必須為三線制以上，除在電橋上設計參比原件外，為減小整機使用中的飄移，還要配加高精度、高穩(wěn)定性的純阻性平衡電阻。

c）利用電化學性質，如微電流型、電壓型傳感器。該類傳感器受干擾氣體的影響小，在低摩爾比的范圍內輸出呈直線性，測量準確度較高。優(yōu)點是分辨率高、穩(wěn)定性好、準確，可以做定量測量，能檢測1×10－5以下的氣體濃度。缺點是抗振動性能差，對儲存、使用環(huán)境溫度要求有局限性，一般限定在－10～40℃，使用壽命相對較低。目前，該類傳感器廣泛應用于低摩爾比毒性氣體的探測器。

2.2 電路設計

2.2.1 探測器

探測器電路一般由橋路供電、信號采集、信號處理、信號輸出部分構成。為保持探測器較高的穩(wěn)定性，檢測橋路中除傳感器選型外，輔助元件的選擇也極為重要。該種電路以集成運算放大器為核心，與電阻、電位器組成差動線性運算放大電路。放大器采用單電源供電，對輸入信號線性比例放大，放大后的信號可多路供給比較器、模數(shù)轉換器、處理器等進一步轉化和處理，直到完成報警、顯示、輸出、聯(lián)動等。

2.2.2 控制器

可燃氣體報警控制器基本功能應滿足GB16808—2008《可燃氣體報警器 通用技術要求試驗方法》。為實現(xiàn)基本功能，控制器多采用模塊化組板技術，具有優(yōu)化的人機接口界面。可配接二線制、三線制及以上標準信號、RS－232／485通信信號輸入，報警后可聯(lián)動閥、風機、聲光報警及通風設備。

2.3 功能實現(xiàn)

a）探測器應符合GB15322.1－6—2003《測量范圍為0～100%LEL的點型可燃氣體探測器》的具體要求。應符合規(guī)范中方位試驗、高摩爾比淹沒試驗、報警重復性、高速氣流、電壓波動、長期穩(wěn)定性性能試驗后，探測器的報警動作值與報警設定值之差不應超過±5%LEL的要求；同時符合基本誤差、絕緣功能，電干擾、環(huán)境條件試驗、振動、跌落等技術要求。

b）報警控制器應符合GB16808—2008《可燃氣體報警控制器技術要求和試驗方法》的具體要求。

3 現(xiàn)場應用

3.1 可燃氣體探測器設計、安裝、使用

a）安裝位置應根據(jù)待探測的可燃氣體性質來確定。若被探測氣體為天然氣、煤氣等，較空氣輕，極易飄浮上升，應將可燃氣體探測器安裝在設備上方或天花板附近；若被探測氣體為液化石油氣等，較空氣重，則應安裝在距地面不超過50cm的低處；監(jiān)測器宜布置在可燃氣體釋放源的最小頻率風向的上風側；有效覆蓋水平平面半徑，室內宜為7.5m，室外宜為15m。

b）根據(jù)使用場所爆炸危險區(qū)域的劃分，選擇監(jiān)測器的防爆類型；根據(jù)被測可燃介質的類別、級別、組別，選擇探測器的防爆等級、組別。

c）被測可燃氣體同時又對人體具有毒性危害時，應綜合考慮、權衡燃爆和中毒的風險，必要時，同時安裝可燃和有毒氣體檢測報警器。

d）報警控制器應安裝在工藝裝置或儲運設施的中心控制室或值班室，應有其對應探測器所在位置的指示標牌或探測器的分布圖。

e）可燃氣體檢測報警儀表必須具有計量器具制造認證、防爆性能認證和消防認證；選用該類設備時，資質、證件必須齊全、有效。

f）可燃氣體敏感元件的理化特性研究表明，硫化物可使元件特性發(fā)生變化，且不能恢復，出現(xiàn)所謂“中毒”現(xiàn)象，可燃氣體敏感元件需防“中毒”，并且避免直接油浸或油垢污染，也不能在有酸、堿腐蝕性氣體中長期使用。

g）安裝在用的可燃氣體檢測報警器為強制檢定設備，應建立臺賬，專人負責維護、巡檢管理。使用單位應按照JJG693—2011《可燃氣體報警器檢定規(guī)程》進行使用中和修理后的檢定。檢定周期一般不超過1年，如果對儀器的檢測數(shù)據(jù)有懷疑或儀器更換了主要部件，修理后應及時送檢。

3.2 便攜式可燃氣體檢測報警器

該類儀器一般作為作業(yè)人員的隨身工具使用，由作業(yè)者放在上臂或胸前，傳感器外露，處于常開狀態(tài)，用于檢測作業(yè)現(xiàn)場的可燃氣體濃度，及時發(fā)出報警信息。

a）該類儀器主要用于臨時的防護性、預警性檢測，應側重于定性分析檢測，靈敏度指標應高于基本誤差指標。

b）作為隨身安防用具，便攜式可燃氣體檢測報警器經(jīng)常處于振動狀態(tài)下，傳感器接受自然擴散的可燃氣體的能力也易受削弱。

c）現(xiàn)場介質組分通常不單一，使用時，應考慮危害性最大、最易發(fā)生泄漏的介質作為儀器傳感器的選擇目標。同時，考慮其他氣體介質對目標介質的干擾影響。

d）目前采用的國家標準，側重于固定式可燃氣體檢測報警的規(guī)范和要求；檢定規(guī)程側重于實驗室條件下的檢定，對便攜式可燃氣體檢測報警器的適用性不充分，業(yè)界期待國家標準進一步修訂完善。

e）該類儀器還可用于密閉環(huán)境或有限空間的氣體采樣分析，關系到生產(chǎn)操作人員的生命安全，對儀器應嚴格執(zhí)行定期檢定制度。對儀器狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生任何懷疑時，可隨時校驗，以確保使用安全。

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