可燃氣體報警器檢定中檢定用擴散罩的設計

摘要:可燃氣體報警器是一種廣泛適用于煉油廠、油庫、液化氣站、煤氣站、加油站、噴漆房、家庭制作間等散發可燃氣體、可燃蒸汽的場所的計量器具。當工業環境中可燃或有毒氣體泄露時，當氣體探測器探測到氣體濃度達到爆炸或中毒報警器設置的臨界點時，可燃氣體報警器就會發出報警信號，以提醒工作采取安全措施，并驅動排風、切斷、噴淋系統，防止發生爆炸、火災、中毒事故，從而保障安全生產。由于其主要應用于安全防護而且其又在國家強檢目錄之內，所以可燃氣體報警器屬于國家強制檢定的范圍。

關鍵詞:可燃氣體報警器 擴散罩

在《JJG693-2004可燃氣體警報器檢定規程》中，并沒有對檢定用擴散罩的形式作出規定，而在實際的操作中由于個人理解不同造成了不同地區檢定結果的不統一。筆者結合檢定過程中的實際情況，對浙江省溫州地區較常見的一種擴散式可燃氣體探測器的檢定用罩進行了設計。

設計目標:①確保罩內空氣的迅速排出。如果罩內空氣無法迅速排出，將直接影響標準氣體的濃度，這樣將會延長儀器的響應時間。②確保罩內標準氣體的數值的準確穩定。如果罩外氣體進入罩內，將導致標準氣體的濃度不穩以及儀器的示值不穩。③確保罩內的氣體壓力與罩外大氣壓力基本一致。在檢定過程中，筆者發現很多廠家設計的檢定用罩與其探測頭大小基本一致，沒有在檢定用罩上設計出氣孔，這導致大部分標準氣體被強制壓入了氣體探測器，其氣體流動圖見圖1中箭頭所示，這與實際情況中泄露氣體擴散進氣體探測器的情況不一致。而這種情況會直接縮短儀器的響應時間使得其與實際響應時間不符。

設計:根據以上設計目標，設計的檢定用罩必須要滿足以下幾個條件:①檢定用罩的體積必須較小。以便空氣能夠迅速排出。②必須設計防風罩，防止在檢定時因風速過高，導致空氣大量進入罩內，使得數字不穩。③必須設計排氣口。使得標準氣體真正通過擴散進入氣體探測器，而不是強制壓入。

根據以上幾點，筆者設計了如圖2所示的檢定用罩:

圖2中，檢定用罩的體積比原來所采用的罩略大，在罩內設置3個卡子，用于將罩固定在氣體探測器上，這樣標準氣體將會沿著圖2中箭頭所指方向流動，不會導致標準氣體被強制壓入氣體探測器內的情況發生。在罩外面設計了一個皮膜，這個設計主要是為了防止外界環境(主要是風速)對檢定結果造成的影響。

實驗:

1 迅速排出空氣:

設計的檢定用罩的直徑為6cm，探測器頭部至檢定用罩底部距離為1cm，因此，罩內空間V為:

V=3.14*32*1=28.26cm2

標準氣體流量一般設置為500mL/min，即q=8.3mL/s。

所以排出罩內空氣時間t為t=28.26/8.3=3.4s

考慮空氣對流效應，罩內標準氣體濃度達到標準值的90%的時間基本為6s以內。

2 防風效果:在實際的檢定中，當周圍環境風速在10m/s時，儀器顯示穩定。

3 罩內外壓差:原有的檢定用罩在實際檢定中罩內外存在幾十Pa的壓差。

而采用筆者設計的檢定用罩

根據伯努利方程得出風-壓之間的關系為:wp=0.5·ro·v2

其中wp為風壓[kN/m2]，ro為空氣密度[kg/m3]，v為風速[m/s]。

在標準狀況下，我們得到wp=v2/1600

而標準氣體接口選用r=3mm的管，因此管的截面積s為:

s=πr2=3.14*0.32=0.283cm2

管的出口流速，即罩內最大的風速vmax為:

vmax=q/s=8.3/0.283=29cm/s=0.29m/s

因此通入標準氣體產生的動壓wp即為:

wp=v2/1600=0.292/1600=5.2×10-5kN/m2=5.2×10-2Pa

計算表明動壓wp基本可以忽略不計。

筆者使用了1級微壓計對現有的罩內與大氣之間的壓力差進行了測量，結果微壓計指針并無明顯擺動，也驗證了設計已經達到設計目的。

4 與原有的檢定用罩的檢定數據對比:

在多次檢定中對比試驗發現，本改進對儀器的響應時間影響檢定結果影響較大，而對于其他檢定項目基本沒有影響。

現舉其中一個可燃氣體報警器的響應時間的檢定結果來做分析，檢定結果如表1所示:

結果發現，如果使用原有的檢定用罩進行檢定將使得響應時間縮短了27s之多，既使減掉排出空氣所需的6s，響應時間仍然縮短21s，如此大的偏差有可能直接顛覆檢定結果。

小結

由于可燃氣體報警器使用環境的相對惡劣，極容易導致氣體探測器探頭防爆網進灰塵、生銹等等情況發生，而這樣的情況會使得泄露的氣體極難進入氣體探測器，而在檢定中如果使用原有的檢定用擴散罩將極難發現這個問題。而采用筆者設計的這個檢定用擴散罩將真正實現了擴散式檢定，檢定過程模擬了真實情況下氣體泄漏的場景，對上述所述的氣體探測器探頭防爆網堵塞的情況具有良好的區分作用。