可燃气体检测报警器应用

王志强，赵鑫

（中国石油辽阳石化分公司，辽宁辽阳111003）

1 可燃气体检测报警器简介

工业用可燃气体报警器一般分为可燃气体检漏仪、可燃气体探测器、可燃气体报警控制器。

可燃气体检漏仪一般为便携式，使用碱性电池作为电源，可连续使用多个小时，主要用于燃气管线巡检或检漏，如果有泄漏，可立即报警，显示摩尔比值，立即采取应对措施，避免恶性事故发生；如果增加吸气装置，则可用于密闭或有限空间取样检测，具有使用灵活、反应迅速等优点，但该种设备定量测量性能较差，适用于定性测量报警。

固定式可燃气体报警器由探测器和控制器构成。探测器安装在被测区域，考虑到安装位置的安全要求，本体需要具备壳体防爆或本质安全的性能；作用是把现场的气体浓度实时信号转化成电压或电流信号，传输到值班室或控制室。探测器也可同时具有就地显示或报警功能，送出信号由控制器进行显示或报警，实现不间断检测报警，有联动要求时可以实现联锁功能，实现启动排风装置或切断动力等功能。

2 基本原理

2.1 传感器

a）利用物理性质，如热导、红外吸收、光干涉传感器。这类传感器利用检测介质的导热性能、光谱及波长等物理特性进行分析、比较，实现探测器基本功能。优点是线性好、不易中毒、性能稳定、寿命周期长、平均无故障时间可达5a以上，维护成本相对较低；缺点是整机功能性结构复杂、对传感器的物理构造要求较高、生产成本相对较高，与催化燃烧型传感器相比，对检测气体介质的选择性相对单一，该类传感器以红外吸收型最为常用。

b）利用化学性质，如催化燃烧、半导体传感器。半导体传感器利用半导体材料作为气体附着载体，通电后气敏元件的电阻、电流、电势等电性能参数与气体浓度成特定曲线变化，通过对特定气体线性修正、分段校验，就可以实现气体浓度与探测器输出的线性化。该类传感器具有结构简单、灵敏度高、响应时间指标高、造价成本低廉等优点。缺点是传感器产品的各批次易产生差别化，造成产成品的一致性不高，需要经过大量试验和测试积累经验数据，绘制各被测介质特性曲线，设计整机电路时对各段曲线进行分段修正，反应传感器件的筛选时间较长，中间产品、最终产品的检验、校正较复杂。燃烧式分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式两种。燃烧式传感器具有稳定性好、通用性强的优点，具有广谱特性。这种传感器有时称之为热导性传感器，普遍适用于可燃性气体的监测和报警。该传感器在环境温度下非常稳定，并能对处于爆炸下限的绝大多数可燃性气体进行检测。缺点是功耗较大，整机设计必须为三线制以上，除在电桥上设计参比原件外，为减小整机使用中的飘移，还要配加高精度、高稳定性的纯阻性平衡电阻。

c）利用电化学性质，如微电流型、电压型传感器。该类传感器受干扰气体的影响小，在低摩尔比的范围内输出呈直线性，测量准确度较高。优点是分辨率高、稳定性好、准确，可以做定量测量，能检测1×10－5以下的气体浓度。缺点是抗振动性能差，对储存、使用环境温度要求有局限性，一般限定在－10～40℃，使用寿命相对较低。目前，该类传感器广泛应用于低摩尔比毒性气体的探测器。

2.2 电路设计

2.2.1 探测器

探测器电路一般由桥路供电、信号采集、信号处理、信号输出部分构成。为保持探测器较高的稳定性，检测桥路中除传感器选型外，辅助元件的选择也极为重要。该种电路以集成运算放大器为核心，与电阻、电位器组成差动线性运算放大电路。放大器采用单电源供电，对输入信号线性比例放大，放大后的信号可多路供给比较器、模数转换器、处理器等进一步转化和处理，直到完成报警、显示、输出、联动等。

2.2.2 控制器

可燃气体报警控制器基本功能应满足GB16808—2008《可燃气体报警器 通用技术要求试验方法》。为实现基本功能，控制器多采用模块化组板技术，具有优化的人机接口界面。可配接二线制、三线制及以上标准信号、RS－232／485通信信号输入，报警后可联动阀、风机、声光报警及通风设备。

2.3 功能实现

a）探测器应符合GB15322.1－6—2003《测量范围为0～100%LEL的点型可燃气体探测器》的具体要求。应符合规范中方位试验、高摩尔比淹没试验、报警重复性、高速气流、电压波动、长期稳定性性能试验后，探测器的报警动作值与报警设定值之差不应超过±5%LEL的要求；同时符合基本误差、绝缘功能，电干扰、环境条件试验、振动、跌落等技术要求。

b）报警控制器应符合GB16808—2008《可燃气体报警控制器技术要求和试验方法》的具体要求。

3 现场应用

3.1 可燃气体探测器设计、安装、使用

a）安装位置应根据待探测的可燃气体性质来确定。若被探测气体为天然气、煤气等，较空气轻，极易飘浮上升，应将可燃气体探测器安装在设备上方或天花板附近；若被探测气体为液化石油气等，较空气重，则应安装在距地面不超过50cm的低处；监测器宜布置在可燃气体释放源的最小频率风向的上风侧；有效覆盖水平平面半径，室内宜为7.5m，室外宜为15m。

b）根据使用场所爆炸危险区域的划分，选择监测器的防爆类型；根据被测可燃介质的类别、级别、组别，选择探测器的防爆等级、组别。

c）被测可燃气体同时又对人体具有毒性危害时，应综合考虑、权衡燃爆和中毒的风险，必要时，同时安装可燃和有毒气体检测报警器。

d）报警控制器应安装在工艺装置或储运设施的中心控制室或值班室，应有其对应探测器所在位置的指示标牌或探测器的分布图。

e）可燃气体检测报警仪表必须具有计量器具制造认证、防爆性能认证和消防认证；选用该类设备时，资质、证件必须齐全、有效。

f）可燃气体敏感元件的理化特性研究表明，硫化物可使元件特性发生变化，且不能恢复，出现所谓“中毒”现象，可燃气体敏感元件需防“中毒”，并且避免直接油浸或油垢污染，也不能在有酸、碱腐蚀性气体中长期使用。

g）安装在用的可燃气体检测报警器为强制检定设备，应建立台账，专人负责维护、巡检管理。使用单位应按照JJG693—2011《可燃气体报警器检定规程》进行使用中和修理后的检定。检定周期一般不超过1年，如果对仪器的检测数据有怀疑或仪器更换了主要部件，修理后应及时送检。

3.2 便携式可燃气体检测报警器

该类仪器一般作为作业人员的随身工具使用，由作业者放在上臂或胸前，传感器外露，处于常开状态，用于检测作业现场的可燃气体浓度，及时发出报警信息。

a）该类仪器主要用于临时的防护性、预警性检测，应侧重于定性分析检测，灵敏度指标应高于基本误差指标。

b）作为随身安防用具，便携式可燃气体检测报警器经常处于振动状态下，传感器接受自然扩散的可燃气体的能力也易受削弱。

c）现场介质组分通常不单一，使用时，应考虑危害性最大、最易发生泄漏的介质作为仪器传感器的选择目标。同时，考虑其他气体介质对目标介质的干扰影响。

d）目前采用的国家标准，侧重于固定式可燃气体检测报警的规范和要求；检定规程侧重于实验室条件下的检定，对便携式可燃气体检测报警器的适用性不充分，业界期待国家标准进一步修订完善。

e）该类仪器还可用于密闭环境或有限空间的气体采样分析，关系到生产操作人员的生命安全，对仪器应严格执行定期检定制度。对仪器状态发生变化，产生任何怀疑时，可随时校验，以确保使用安全。

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