對(duì)射式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器的安裝使用及測(cè)試方法探討

張寧 孫景斌 李淼

【摘要】 可燃?xì)怏w報(bào)警器廣泛應(yīng)用于冶金、燃?xì)狻⒒?、石油等行業(yè)，用于檢測(cè)室內(nèi)外危險(xiǎn)場(chǎng)所的泄露情況，是保證人身安全和安全生產(chǎn)不可或缺的儀器。本文首先介紹了不常見(jiàn)的特殊型報(bào)警器—對(duì)射式可燃?xì)怏w報(bào)警器的工作原理，詳細(xì)分析了對(duì)射式可燃?xì)怏w報(bào)警器的使用與檢測(cè)，為進(jìn)一步研究提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 對(duì)射式可燃?xì)怏w報(bào)警器;工作原理;測(cè)試方法

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.02.036

Discussion on Installation， Use and Test Method of Infrared Hydrocarbon Gas Detector Open Path Eclipse

ZHANG Ning1，SUN Jing-bin2，LI Miao2

（1.Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China;

2.Fushun measurement and Testing Institute，F(xiàn)ushun 113006，China）

Abstract： Combustible gas alarm is widely used in metallurgy，gas，chemical，petroleum and other industries. It is used to detect the leakage of indoor and outdoor dangerous places. It is an indispensable instrument to ensure personal safety and production safety. This paper introduces the unusual special combustible gas alarm-infrared hydrocarbon gas detector open path eclipse，it is also introduces the working principle of the alarm，analyzes its use and detection in detail，and provides the basis for further research.

Key words： infrared hydrocarbon gas detector open path eclipse;working principle;test method

石化公司的油氣儲(chǔ)存車(chē)間，存在大量?jī)?chǔ)存罐。由于場(chǎng)地比較大空曠，所以安裝了大量對(duì)射式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器來(lái)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的可燃?xì)怏w濃度。對(duì)射式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器由發(fā)射器和接收器兩部分組成，每對(duì)探測(cè)器通過(guò)報(bào)警中繼器相連接。發(fā)射器和接收器按軸線安裝拉開(kāi)一定距離。形成一個(gè)監(jiān)視區(qū)域，當(dāng)被監(jiān)視區(qū)域有可燃?xì)怏w泄露時(shí)，發(fā)射器發(fā)出的紅外光通過(guò)檢測(cè)區(qū)域到達(dá)接收器并被其接收。接收器不斷采集接收端紅外光光強(qiáng)的變化情況即監(jiān)測(cè)區(qū)域有可燃?xì)怏w的濃度情況及整體光強(qiáng)衰減情況，并把采集數(shù)據(jù)以數(shù)字信號(hào)的形式通過(guò)傳輸線傳給報(bào)警中繼器。報(bào)警中繼器通過(guò)對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析判斷，來(lái)確定探測(cè)器的工作狀態(tài)，進(jìn)行可燃?xì)怏w濃度顯示、報(bào)警并輸出報(bào)警信號(hào)。

目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)開(kāi)放對(duì)射式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器的相關(guān)計(jì)量檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范，本文在結(jié)合該類設(shè)備測(cè)量原理基礎(chǔ)和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，參照J(rèn)JG 693-2011《可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器鑒定規(guī)程》初步探索了對(duì)射式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器的測(cè)試方法。

1 工作原理

對(duì)射式可燃?xì)怏w報(bào)警器是基于可燃?xì)怏w對(duì)紅外光有選擇性吸收這一原理設(shè)計(jì)的，吸收關(guān)系遵循朗泊—比耳光學(xué)定律。光在大氣中傳輸時(shí)，傳輸媒介對(duì)光的吸收是有選擇性的，不同的氣體分子有自己固有的本征紅外吸收光譜。當(dāng)被監(jiān)視區(qū)域內(nèi)發(fā)生可燃?xì)怏w泄露時(shí)，發(fā)射器發(fā)出的紅外線被可燃?xì)怏w吸收，使達(dá)到接收端的相關(guān)紅外光強(qiáng)度減弱，當(dāng)紅外光強(qiáng)度衰減到可燃?xì)怏w探測(cè)器報(bào)警動(dòng)作閾值時(shí)，接收器輸出報(bào)警信號(hào)傳輸給報(bào)警中繼器，并通過(guò)中繼器的報(bào)警輸出傳輸給火災(zāi)報(bào)警控制器。為了自動(dòng)檢測(cè)探測(cè)器線路是否發(fā)生故障或紅外光因某種原因被遮擋，接收器設(shè)有故障監(jiān)視環(huán)節(jié)，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，接收器把故障信息傳輸給報(bào)警中繼器，在故障發(fā)生后，應(yīng)立即查明原因，排除故障。

2 主要技術(shù)性指標(biāo)

1）探測(cè)可燃?xì)怏w種類：氫氣、甲烷、異丁烷等烴類氣體。

2）探測(cè)區(qū)間范圍：寬10 m，最大距離60 m。

3）相應(yīng)時(shí)間：不大于30 s。

4）環(huán)境溫度0～40 ℃。

5）相對(duì)濕度：小于85%。

6）光路受阻影響：

a.人和物體通過(guò)光路時(shí)不受影響;但停留在路中超過(guò)1分鐘以上時(shí)，探測(cè)器發(fā)出故障報(bào)警，故障消除后恢復(fù)正常工作。

b.因天氣等因素影響，如下雨、下雪、下霧、風(fēng)沙等情況下，光路光強(qiáng)衰減小于20%時(shí)不會(huì)影響正常工作，否則發(fā)出故障報(bào)警。

3 使用場(chǎng)所及注意事項(xiàng)

3.1 使用場(chǎng)所

對(duì)射式紅外可燃?xì)怏w探測(cè)器是一種適用于大空間、大面積新型可燃?xì)怏w報(bào)警器，用于石油管道系統(tǒng)、油罐區(qū)以及大型油庫(kù)、石油液化氣站、采油平臺(tái)等場(chǎng)所的大面積泄露可燃?xì)怏w的探測(cè)。

3.2 注意事項(xiàng)

1）戶外使用應(yīng)盡量避開(kāi)陽(yáng)光直射或強(qiáng)紅外輻射。

2）安裝應(yīng)避開(kāi)劇烈震動(dòng)場(chǎng)所。

3）有一定濃度的灰塵、水汽粒子且濃度變化較快的場(chǎng)所，不宜安裝。

4 性能特點(diǎn)

1）保護(hù)面積大：保護(hù)面積為點(diǎn)型可燃?xì)怏w探測(cè)器的1～20倍，并且安裝、布線簡(jiǎn)單易行。

2）具有零點(diǎn)漂移自動(dòng)補(bǔ)償功能，誤報(bào)率低。

3）具有故障監(jiān)視功能。

5 安裝

1）發(fā)射器接收器的窗口應(yīng)避免陽(yáng)光直射。

2）發(fā)射器和接收器安裝支架的軸線保持一致。

3）發(fā)射器和接收器間的監(jiān)測(cè)區(qū)域應(yīng)避開(kāi)固定和流動(dòng)遮擋物。

4）發(fā)射器和接收器安裝位置牢固，長(zhǎng)期運(yùn)行不允許錯(cuò)位。

6 運(yùn)行維護(hù)

探測(cè)器在正常使用工作中，專職管理人員應(yīng)對(duì)其進(jìn)行定期檢查，一般環(huán)境中每間隔半年用普通酒精對(duì)探測(cè)器窗口沉積的灰塵進(jìn)行清洗，以保證探測(cè)器的正常運(yùn)行。

7 測(cè)試使用標(biāo)準(zhǔn)及方法

7.1 測(cè)試使用標(biāo)準(zhǔn)

1）標(biāo)準(zhǔn)裝置

可燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)管（中間透明的圓柱體，直徑0.1 m，長(zhǎng)1 m的兩端用高透過(guò)率的石英玻璃封口的標(biāo)準(zhǔn)氣室）可以通入標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。計(jì)量性能穩(wěn)定，使用方便，能有效滿足開(kāi)放對(duì)射式可燃?xì)怏w報(bào)警器的測(cè)試要求，確定示值的準(zhǔn)確性。

2）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：零點(diǎn)氣體，標(biāo)稱值為10%LEL、40%LEL、60%LEL的異丁烷氣體。

3）電子秒表。

7.2 測(cè)試方法

1）儀器示值誤差

儀器通電預(yù)熱穩(wěn)定后，先用0%LEL·m的可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)管調(diào)整儀器零點(diǎn)，然后依次將10%LEL·m、40%LEL·m、60%LEL·m濃度的可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)管放入設(shè)備光路中，讀取儀器穩(wěn)定示值，每點(diǎn)重復(fù)測(cè)量3次，按式（1）計(jì)算每點(diǎn)的示值誤差，取絕對(duì)值最大的為儀器示值誤差。

[Δc=c-c0R×100%] （1）

式中：[c]——儀器示值的算數(shù)平均值，%LEL·m;

[c0]——可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)濃度值，%LEL·m;

R——儀器滿量程，%LEL·m。

2）儀器重復(fù)性

儀器調(diào)整零點(diǎn)后，將40%LEL·m濃度的可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)管放入設(shè)備光路中，記錄儀器穩(wěn)定示值[ci]，撤去可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)管，在相同條件下重復(fù)上述操作6次，按式（2）計(jì)算重復(fù)性。

[Sr=i=16ci-cn-1×100%] （2）

式中：[Sr]——單次測(cè)量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差;

[c]——6次測(cè)量的平均值，%LEL·m;

[ci]——第i次的測(cè)量值，%LEL·m。

3）響應(yīng)時(shí)間

儀器在零點(diǎn)時(shí)，將標(biāo)稱值為60%LEL·m濃度的可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)管放入光路中，待示值穩(wěn)定后，讀取儀器示值，撤去標(biāo)準(zhǔn)裝置，儀器回零后，再將60%LEL·m濃度的可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)管放入光路中，同時(shí)啟動(dòng)秒表，待儀器顯示值到達(dá)穩(wěn)定示值的90%時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄秒表讀數(shù)，重復(fù)測(cè)量3次，取3次測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值作為儀器的響應(yīng)時(shí)間。

4）儀器漂移

儀器的漂移包括零點(diǎn)漂移和量程漂移。儀器調(diào)好零點(diǎn)后，記錄儀器顯示值Z0，然后放入60%LEL·m濃度的可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)管，待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄儀器示值S0，撤去可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)管，每間隔1 h重復(fù)上述步驟一次，連續(xù)運(yùn)行6 h，同時(shí)記錄儀器顯示值Zi和Si，按式（3）和式（4）分別計(jì)算零點(diǎn)漂移和量程漂移。

[ΔZi=czi-czoR×100%] （3）

[ΔSi=（csi-czi）-（cso-czo）R×100%] （4）

式中：[ΔZi]——儀器的零點(diǎn)漂移;

[ΔSi]——儀器的量程漂移;

R——儀器的量程，%LEL·m。

8 結(jié)語(yǔ)

該校準(zhǔn)方法涵蓋了開(kāi)放對(duì)射式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器的主要計(jì)量性能要求，方法科學(xué)合理，使用簡(jiǎn)單，為開(kāi)放對(duì)射式可燃?xì)怏w報(bào)警器的校準(zhǔn)工作提供了技術(shù)依據(jù)，保證了設(shè)備計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。由于監(jiān)控空間范圍比較大，勢(shì)必會(huì)有多種因素影響其準(zhǔn)確度，如何將干擾降低到最小化是檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)該注意的。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 彭建春，張秋泉，周中木.對(duì)射式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器校準(zhǔn)方法探討[J].中國(guó)計(jì)量，2018（7）：102-103.

[2] 曾宏勛，李向召，黃志凡.開(kāi)放對(duì)射式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器校準(zhǔn)裝置的研制[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2012（7）：11-12.

[3] 許向梅.家用可燃?xì)怏w報(bào)警器的使用現(xiàn)狀及檢測(cè)建議[J].中國(guó)計(jì)量，2020（5）：126.

[4] 吳春梅.可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器工作原理及安全使用分析[J].石化技術(shù)，2017（11）：155-156.

【作者簡(jiǎn)介】

張寧（1973-），男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡妼W(xué)計(jì)量、報(bào)警器計(jì)量、流量計(jì)量檢測(cè)及相關(guān)技術(shù)。

孫景斌（1963-），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榱W(xué)計(jì)量、報(bào)警器計(jì)量、電學(xué)溫度計(jì)量檢測(cè)及相關(guān)技術(shù)。

李淼（1981-），男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)閳?bào)警器計(jì)量、電學(xué)計(jì)量檢測(cè)及相關(guān)技術(shù)。