新型車載移動(dòng)式氣體報(bào)警器檢定裝置的研制

張傳遠(yuǎn)，張 雷，王 芳，蘇雪蓮，劉 野

（1.陽(yáng)信縣商店鎮(zhèn)人民政府，山東濱州 251800；2.濱州市檢驗(yàn)檢測(cè)中心，山東濱州 256600；3.濱州市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，山東濱州 256600）

0 引言

氣體報(bào)警器就是氣體泄漏檢測(cè)報(bào)警儀器，當(dāng)工業(yè)環(huán)境中可燃或有毒氣體泄漏，氣體報(bào)警器檢測(cè)到氣體濃度達(dá)到爆炸或中毒報(bào)警器設(shè)置的臨界點(diǎn)時(shí)，報(bào)警器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以提醒工作采取安全措施，并驅(qū)動(dòng)排風(fēng)、切斷、噴淋系統(tǒng)，防止發(fā)生爆炸、火災(zāi)、中毒事故，從而保障安全生產(chǎn)。氣體報(bào)警器按照檢測(cè)氣體可分為，可燃?xì)怏w報(bào)警器和有毒氣體報(bào)警器[1]。主要由報(bào)警控制器和探測(cè)器兩部分組成，探測(cè)器的核心部件為內(nèi)置的氣體傳感器，控制器可放置于值班室內(nèi)，主要對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行控制，也可以統(tǒng)一安裝在公司DCS 系統(tǒng)，探測(cè)器安裝于氣體最易泄漏的地點(diǎn)，檢測(cè)空氣中氣體的濃度。氣體報(bào)警器按使用環(huán)境不同可分為工業(yè)用氣體報(bào)警器和家用燃?xì)鈭?bào)警器。工業(yè)用氣體報(bào)警器根據(jù)傳感器可檢測(cè)氣體的不同，可分為可燃?xì)怏w報(bào)警器、有毒氣體報(bào)警器、復(fù)合式氣體報(bào)警器以及便攜式氣體報(bào)警器。根據(jù)其采樣方式又可將其分為擴(kuò)散式和吸入式[2]。

各類可燃、有毒氣體報(bào)警器在企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的可燃及有毒氣體含量監(jiān)測(cè)，起安全預(yù)警作用。因此，氣體報(bào)警器量值的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系生產(chǎn)企業(yè)的生命和財(cái)產(chǎn)安全。按照相關(guān)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程要求，以JJG693-2011《可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器檢定規(guī)程》和JJG695-2019《硫化氫氣體檢測(cè)儀檢定規(guī)程》為例：可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器的示值誤差為±5%FS（“FS”表示可燃?xì)怏w報(bào)警器的滿量程），重復(fù)性≤2%，響應(yīng)時(shí)間為擴(kuò)散式≤60 s、吸入式≤30 s，漂移為零點(diǎn)漂移±3%FS（“FS”表示可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器的滿量程）、量程漂移±2%FS（“FS”表示可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器的滿量程）[2]。硫化氫氣體檢測(cè)儀的示值誤差為±2μmol/mol或±10%（滿足其一即可），重復(fù)性≤2%，響應(yīng)時(shí)間≤60 s，漂移為零點(diǎn)漂移±2%FS（“FS”表示硫化氫氣體檢測(cè)儀的滿量程）、量程漂移±3%FS（“FS”表示硫化氫氣體檢測(cè)儀的滿量程）[3]。

計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)在氣體報(bào)警器的實(shí)際檢定過(guò)程中，通常的做法有兩種：一種是送檢，也就是企業(yè)將氣體報(bào)警器拆卸后送到有資質(zhì)的計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室由有資質(zhì)的計(jì)量檢定員按照國(guó)家相應(yīng)的計(jì)量檢定規(guī)程或者校準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)；第二種是在線檢定，就是計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)的檢定人員攜帶3 個(gè)裝有國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，且對(duì)應(yīng)不同濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體鋼瓶到企業(yè)生產(chǎn)車間和生產(chǎn)裝置現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢定。第一種檢定方法對(duì)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)和檢定人員來(lái)說(shuō)，是方便、高效、安全的，但是對(duì)生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，需要停工停產(chǎn)，那就會(huì)影響生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)安全，同時(shí)也會(huì)大大增加工作強(qiáng)度，在拆卸過(guò)程中也容易造成設(shè)備損壞或者人員傷亡。采用第二種檢定方法雖然能方便企業(yè)，但對(duì)檢定人員來(lái)說(shuō)，需要攜帶3個(gè)裝有不同濃度標(biāo)準(zhǔn)的氣體鋼瓶到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢定，費(fèi)力費(fèi)時(shí)，且檢定人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，有不可控制的安全和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)由于受環(huán)境及條件的影響，還容易造成檢定數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和生產(chǎn)裝置高處及隱蔽處的氣體報(bào)警器進(jìn)行檢定時(shí)，檢定人員要用梯子或者徒手攀附到生產(chǎn)裝置的高處或隱蔽處進(jìn)行檢定，容易造成檢定人員的人身傷害。

1 車載移動(dòng)式氣體報(bào)警器檢定裝置的設(shè)計(jì)

車載移動(dòng)式氣體報(bào)警器檢定裝置，所要解決的核心技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)上述氣體報(bào)警器檢定方法存在的不足，研制了一種便捷、準(zhǔn)確、可靠全新的檢定方法。該技術(shù)方法能對(duì)氣體報(bào)警器進(jìn)行在線有效檢定，無(wú)需企業(yè)工作人員拆卸氣體報(bào)警器，達(dá)到無(wú)需停工，又不影響企業(yè)正常生產(chǎn)安全，也不需要計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)的檢定人員進(jìn)行高空攀爬，保證人身安全，同時(shí)對(duì)于隱蔽處的氣體報(bào)警器也能進(jìn)行有效檢定，避免原先因隱蔽無(wú)所全面檢定和覆蓋的目的，這樣就達(dá)到不影響企業(yè)正常生產(chǎn)又能增強(qiáng)檢定人員安全性的目的。

新型車載移動(dòng)式氣體報(bào)警器檢定裝置主要由移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室和電動(dòng)手推式便攜車兩大部分組成，移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室以新能源箱式車為依托，箱體充當(dāng)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的主體框架，移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室按照氣體報(bào)警器檢定規(guī)程控制好環(huán)境溫濕度，移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)并裝有實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)，環(huán)境溫濕度控制儀或者干濕溫度計(jì)，用于控制移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的環(huán)境溫濕度，達(dá)到了將實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境的有效隔離，形成了一個(gè)移動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室，在移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)除了操作臺(tái)外，安裝有幾組能有效拆裝的電動(dòng)手推式檢定裝置。這樣車載移動(dòng)式氣體報(bào)警器檢定裝置就實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室可以進(jìn)入車輛能進(jìn)出的企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢定，同時(shí)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的狹小車間、裝置、罐區(qū)、多層平臺(tái)等車輛無(wú)法進(jìn)出的區(qū)域，通過(guò)拆裝移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的電動(dòng)手推式便攜車后，實(shí)現(xiàn)輕便、靈活、自由出入的實(shí)現(xiàn)在線檢定。

電動(dòng)手推式便攜車平時(shí)安裝在新能源廂式車上，新能源廂式車與電動(dòng)推車之間有有效拆裝的裝置，既可實(shí)現(xiàn)在新能源箱式車的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行按照氣體報(bào)警器檢定規(guī)程規(guī)定的檢定條件下進(jìn)行氣體報(bào)警器的檢定，也可實(shí)現(xiàn)將電動(dòng)手推式便攜車帶到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效在線檢定。新型車載移動(dòng)式氣體報(bào)警器檢定裝置的電動(dòng)手推式便攜車部分結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電動(dòng)手推式便攜車部分結(jié)構(gòu)

2 車載移動(dòng)式氣體報(bào)警器檢定裝置的應(yīng)用分析

可有效拆裝的電動(dòng)手推式便攜車上，安裝有3 個(gè)4 L標(biāo)準(zhǔn)氣鋼瓶，鋼瓶?jī)?nèi)裝有各類氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。按照J(rèn)JG693-2011《可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器檢定規(guī)程》和JJG695-2019《硫化氫氣體檢測(cè)儀檢定規(guī)程》要求，檢定可燃?xì)怏w報(bào)警器需要裝有與儀器所測(cè)氣體種類相同的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，如氫、乙炔、甲烷、異丁烷、丙烷、苯、甲醇、乙醇等，若儀器未注明所測(cè)氣體種類，可以采用異丁烷或者丙烷氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度約為滿量程的10%、40%、60%三種濃度的可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，同時(shí)可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)應(yīng)為有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，其擴(kuò)展不確定度應(yīng)不大于2%（k=2）[2]。檢定硫化氫氣體報(bào)警時(shí)需要裝有濃度約為滿量程20%、50%和80%的氮中硫化氫氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[3]。氮中硫化氫氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)應(yīng)為有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，其相對(duì)擴(kuò)展不確定度應(yīng)不大于2%（k=2）[3]。

電動(dòng)手推式便攜車上的車把上裝有速度調(diào)節(jié)器，通過(guò)速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電動(dòng)手推式便攜車的速度，達(dá)到減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高工作效率的目的。標(biāo)準(zhǔn)氣鋼瓶間通過(guò)鋼管聯(lián)接，鋼管上連接支管，支管上依次與減壓閥和玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的側(cè)接口連接，玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的下接口連有四氟軟管，不銹鋼伸縮管的一端連接軟管、另一端連接檢定罩。裝有可燃?xì)怏w物質(zhì)鋼瓶的電動(dòng)手推式便攜車上，檢定用流量計(jì)和旁通流量計(jì)組成的流量控制器，流量范圍應(yīng)不小于500 mL/min，流量計(jì)的準(zhǔn)確度級(jí)別不低于4級(jí)[2]。軟管采用使用與可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鋼瓶配套的減壓閥和不影響氣體濃度的管路材料，例如聚四氟乙烯等[2]。裝有硫化氫氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鋼瓶的電動(dòng)手推式便攜車上，檢定用流量計(jì)和旁通流量計(jì)的準(zhǔn)確度級(jí)別不低于4級(jí)，軟管應(yīng)對(duì)被測(cè)氣體無(wú)吸附及化學(xué)反應(yīng)[2]。

在實(shí)際檢定過(guò)程中，由于每次檢定只用一種濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體，在用其中一種濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)氣鋼瓶上的閥門關(guān)閉其他兩瓶標(biāo)準(zhǔn)氣體。這樣既可提高計(jì)量檢定的準(zhǔn)確性，又可提高檢定工作效率。電動(dòng)手推式便攜車的車把上裝有速度調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)器，可進(jìn)行電動(dòng)車行駛速度調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)人與電動(dòng)車的同速行駛，可大大提高工作效率，減輕檢定人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)下的軟管連接可彎曲不銹鋼伸縮管，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)車間和生產(chǎn)裝置現(xiàn)場(chǎng)高處及隱蔽處的氣體報(bào)警器利用檢定罩靠近進(jìn)行有效在線檢定。檢定可燃?xì)怏w報(bào)警器時(shí)，根據(jù)被檢可燃?xì)怏w報(bào)警器的采樣方式使用合適的流量控制器，控制被檢可燃?xì)怏w所需要的流量，檢定擴(kuò)散式儀器時(shí)，流量的大小依據(jù)可燃?xì)怏w報(bào)警器使用說(shuō)明書(shū)要求的流量，檢定吸入式儀器時(shí)，一定要保證流量控制器的旁通流量計(jì)有氣體放出。然后依次通入清潔空氣和濃度約為滿量程60%的可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，調(diào)整可燃?xì)怏w報(bào)警器的零點(diǎn)和示值，再分別通入濃度約為滿量程10%、40%、60%的可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，記錄儀器穩(wěn)定示值。每點(diǎn)重復(fù)測(cè)量3 次。按式（1）計(jì)算每點(diǎn)ΔC，取絕對(duì)值最大的ΔC為示值誤差。對(duì)多量程的儀器，根據(jù)可燃?xì)怏w報(bào)警器量程選用相應(yīng)的可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

檢定硫化氫氣體報(bào)警器時(shí)，按照硫化氫氣體報(bào)警器使用說(shuō)明書(shū)的要求控制好流量，檢定吸入式硫化氫氣體報(bào)警器時(shí)，一定要保證旁通流量計(jì)有氣體放出。檢定前按照檢定規(guī)程的要求調(diào)整好硫化氫氣體報(bào)警器的零點(diǎn)和示值，若說(shuō)明書(shū)中沒(méi)有明確要求，則用零點(diǎn)氣體（清潔空氣）和滿量程80%的氮中硫化氫氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)調(diào)整儀器的零點(diǎn)和示值，然后分別通入濃度約為滿量程20%、50%和80%的氮中硫化氫氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，記錄儀器穩(wěn)定示值。每點(diǎn)測(cè)量3次，取3次的算術(shù)平均值作為儀器的示值。按照式（2）計(jì)算硫化氫氣體報(bào)警器各濃度點(diǎn)的示值誤差。

對(duì)于外接的可彎曲不銹鋼伸縮管增加的長(zhǎng)度及高度對(duì)檢定氣體報(bào)警器示值誤差的影響，通過(guò)多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)分析，得出一組修正值，利用該修正值可以對(duì)檢定氣體報(bào)警器的示值誤差時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正[4]。通過(guò)上述技術(shù)的研制和改裝，在檢定氣體報(bào)警器時(shí)既不會(huì)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)造成影響，保護(hù)了企業(yè)的生命財(cái)產(chǎn)安全，也避免了檢定時(shí)檢定人員攀爬時(shí)存在的安全隱患，既節(jié)省了人力，提高了工作效率，又保證了操作的安全。

以可燃?xì)怏w以報(bào)警器為例，修正值表如表1～2所示。

表1 氣體報(bào)警器安裝位置對(duì)示值變化修正值%LEL

表2 氣體報(bào)警器安裝位置對(duì)響應(yīng)時(shí)間修正值s

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的車載移動(dòng)式氣體報(bào)警器檢定裝置，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本較低，操作起來(lái)方便快捷，生產(chǎn)企業(yè)在進(jìn)行氣體報(bào)警器檢定時(shí)不需要再進(jìn)行繁瑣的拆裝，檢定人員又極大地提高了工作效率，既保障了企業(yè)生產(chǎn)的安全，又提高了檢定人員工作的效率，很好地保護(hù)了檢定人員自身的安全，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。既可方便企業(yè)，不影響正常生產(chǎn)，同時(shí)又能有效提高檢定人員的工作效率，增強(qiáng)安全性，降低勞動(dòng)成本，具有積極的實(shí)用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)踐操作和實(shí)驗(yàn)，車載移動(dòng)式氣體報(bào)警器檢定裝置的環(huán)境控制條件和所得出的修正數(shù)值，也完全滿足JJG693-2011《可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器檢定規(guī)程》和JJG695-2019《硫化氫氣體檢測(cè)儀檢定規(guī)程》的要求，符合實(shí)際氣體報(bào)警器檢定工作的需要。