家用可燃氣體探測器性能失效分析與改進

孔祥朋 鞠彬彬 暢通 劉建志 劉歡歡 李玲 林超 劉馳宇

摘 要：伴隨著國家越來越重視勞動者安全生產、生活，家用可燃氣體探測器（以下簡稱“探測器”）作為主要安防產品之一，其產業發展迅速、行業競爭加劇。近年來燃氣事故時有發生，探測器質量問題日益凸顯，備受關注。本文介紹了探測器行業情況，簡述了我國探測器產業、產品管理、標準等發展情況，并基于近年來公告的國家監督抽查結果，結合檢驗數據對產品不合格項目進行研究，分析了產品性能失效的原因，提出了質量改進措施，以促進探測器產品質量進一步發展。

關鍵詞：家用可燃氣體探測器，監督抽查，性能失效，改進

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.19.035

基金項目：本文受國家重點研發計劃項目“高等級防電弧紡織材料制備、防護機理與間接評價體系研究”（項目編號：2018YFC0810302）資助。

Performance Failure Analysis and Improvement of Household Combustible Gas Detectors

KONG Xiang-peng JU Bin-bin CHANG Tong LIU Jian-zhi LIU Huan-huan LI Ling LIN Chao LIU Chi-yu

（Shandong Institute for Product Quality Inspection； National Inspection and Testing Center for Fire and Flame-retardant Product， Shandong）

Abstract： With the increasing attention paid by the country to the safety of production and daily life， household combustible gas detectors （hereinafter referred to as detectors）， as one of the main security products， have developed rapidly with more intensifi ed industry competition. In recent years， gas accidents have occurred frequently， and the quality issues of detectors have become increasingly prominent， attracting much attention. This paper introduces the situation of the detector industry， briefl y describes the development of Chinas detector industry， product management， standards， and other aspects. Based on the results of national supervision and spot checks announced in recent years， the paper studies the unqualifi ed items of the product combining inspection data， analyzes the causes of product performance failures， and proposes quality improvement measures， in order to promote the further development of detector product quality.

Keywords： household combustible gas detector， supervision and spot check， performance failure， improvement

0 引 言

安全生產事關經濟社會發展大局和人民福祉。近年來，燃氣事故頻發，2022年全年共收集到媒體報道的國內（不含港澳臺）燃氣事故802起，造成66人死亡，487人受傷，其中較大事故10起。與燃氣相關的交通運輸事故60起，造成7人受傷，事故分布在全國30個省份、249個城市[1]。2022年3月15日6時20分許，北京市房山區周口店鎮紅蘋果莊園小區一住戶家中發生燃氣爆燃，該事故導致2人死亡、2人受傷。2022年6月21日上午9時許，山東泰安一小區一層門頭房因液化氣罐泄漏引發爆炸事故，造成3人死亡、10人受傷。2022年7月19日7時15分許，天津市一居民家中發生燃氣爆燃事故，此次事故造成4人死亡、13人受傷。2022年8月14日7時許，濟南市槐蔭區香桔市小區6號樓3樓發生天然氣爆燃事故，造成4人受傷。家用可燃氣體探測器可以有效監視居民住宅環境中可燃氣體濃度，當空氣中燃氣濃度達到設定值時，即發出報警信號并關閉電磁閥以切斷供氣管路，其對燃氣擁有比“搜救犬”更靈敏的嗅覺，可有效防止燃氣泄漏引起的爆炸事故的發生。

1 探測器產品行業發展狀況

1.1 產品產業情況

截至目前，全國家用可燃氣體探測器生產企業約有130家。主要分布在廣東、山東、浙江、河北、上海、江蘇、天津、北京、四川、河南等省市（直轄市），各省份的生產企業數量詳細狀況如表1所示。廣東省生產企業數量約占總數的三分之一，有43家，約有80%分布在深圳市，山東省有14家生產企業，其中57%分布在濟南市，河南省生產企業均分布在鄭州市，四川生產企業67%分布在成都市。

家用可燃氣體探測器的市場在國內可劃分為南方市場和北方市場。北方市場包括東北區、華北區、西北區、華中區四個大區，南方市場包括華東區、華南區、中南區三個大區。目前家用可燃氣體探測器的市場主要集中在北方市場。北方地區氣溫較低，冬季取暖空間相對封閉，發生燃氣泄漏時燃氣易在室內積聚，發生燃氣事故的可能性更高。

2021年，全國天然氣消費量3690億 m3，其中城市燃氣占比32%，即1180.8億 m3[2]。以濟南市為例，2021年濟南市城市天然氣供氣總量17.21億 m3，城市天然氣用氣戶數303.54萬戶。而城市燃氣的發展會有效促進家用可燃氣體探測器產業的發展，探測器的壽命一般為3～5年，由此可看出家用可燃氣體探測器的產業規模至少是千萬只/年的級別。

1.2 產品管理及標準體系情況

可燃氣體探測報警產品于2015年9月1日開始實行強制性認證管理。為響應國家行政管理“放管服”政策的號召，2018年6月11日，國家市場監督管理總局、國家認證認可監督管理委員會發布2018年第11號公告，可燃氣體報警產品不再實施強制性產品認證管理，轉為自愿性認證管理。

可燃氣體探測報警產品國家標準截止目前共有三個版本，分別是1995年10月1日正式實施的GB 15322-1994《可燃氣體探測器技術要求和試驗方法》，另外兩個是2003版（2003年12月1日正式實施）和現行的2019版（2020年11月1日正式實施）。2019版共分為四個部分，探測器采用第2部分，即 GB 15322.2-2019《可燃氣體探測器 第2部分：家用可燃氣體探測器》。

2 國家監督抽查結果分析

家用可燃氣體探測器2019版標準實施后至今，國家市場監督管理總局共計組織了一次該產品的監督抽查，即2022年家用可燃氣體探測器產品質量國家監督抽查。共抽查了18個省、直轄市，85家企業生產的85批次產品，抽查合格率為88.2%。通過表2能看出報警動作值試驗、方位試驗、報警重復性試驗、電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗、跌落試驗、抗中毒性能試驗、低濃度運行試驗等項目在國抽中不合格發現率較高。

3 產品主要性能失效分析

3.1 報警動作值、方位、重復性試驗

標準規定探測器的報警動作值不應低于5% LEL（爆炸下限），探測器的報警動作值與報警設定值之差的絕對值不應大于3% LEL[3]。被抽查所有的產品報警設定值均在7% LEL～10% LEL之間，有80%的不合格產品是由于報警動作值出現了問題，有的稍微通點氣體（極低濃度）就出現報警現象，有的產品甚至氣體濃度達到兩倍的報警設定值的時候還沒有報警動作。

報警動作值試驗項目可謂是家用可燃氣體探測器產品的基本功能項目，是衡量家用可燃氣體探測器質量好壞的關鍵項目，作為燃氣泄漏的報警產品，其報警能力是體現產品主要性能的重要指標，不能準確地檢測到氣體的泄漏，如出現早報警、晚報警或不報警，在實際燃氣泄漏過程中不能起到應有的作用；方位試驗是檢驗探測器在不同方位上的工作能力，實際應用時安裝的方位和氣體泄漏的方向都是不確定的，不同方位之間如果檢測靈敏度差距太大會影響產品的使用效果；報警重復性是檢驗探測器重復報警的能力，報警重復性可有效反映探測器傳感器工作的重復持久有效性，若產品在報警工作幾次后，導致其失去準確性，致使產品不能多次持久使用，造成成本的增加和資源的浪費。

3.2 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗

探測器電源線和其他連接（控制輸出或信號）線的兩極之間應能耐受一定重復頻率下的瞬變脈沖電壓持續1 min的干擾。試驗期間，探測器不應發出報警信號或故障信號。試驗后，探測器的報警動作值仍需滿足標準要求。檢驗過程中發現部分產品在干擾施加過程中出現故障燈亮起，發出報警信號，顯示屏顯示數據異常或息、黑屏等現象；有的產品瞬變脈沖電壓施加過程中工作狀態異常，干擾條件結束后設備出現重新啟動現象。

探測器會在家庭的同一供電回路中和多種其他用電器共存，用電器在工作過程中，如繼電器、開關等在工作時會產生瞬態脈沖，對探測器產生騷擾，作用于其敏感部位，脈沖群的干擾可能會導致其報警性能下降或失去功能。

3.3 高、低溫（運行）試驗

探測器應能耐受一定程度高、低溫氣候環境條件，試驗期間，探測器不應發出報警信號或故障信號，試驗后，探測器的報警動作值應滿足標準要求。試驗后發現，探測器在溫度大幅變化的條件下傳感器靈敏度會發生較大變化，尤其是高溫試驗條件下，產品靈敏度會提前，即提前報警。顧名思義，家用可燃氣體探測器不僅使用在家庭環境中，而且是在燃氣易發生泄漏的地方，即廚房內或附近。廚房內做飯的時候，溫度變化幅度大，尤其在冬夏兩季，性能本身不足的產品在這樣的環境下很難發揮其效能。

3.4 跌落試驗

跌落試驗后，探測器不應有機械損傷和緊固部位松動，報警動作值應滿足標準要求[1]。在抽查和平時的檢測任務中，經過多家多批次的試驗，發現部分產品出現外殼機械損傷，如外殼有裂痕、殼角碎落等；部分產品元器件發生脫落，重新上電后故障信號燈閃爍等；部分產品無前面兩種情況，但報警動作值不達標。

眾所周知，目前物品的轉運基本是靠物流，即便是在產品包裝上進行了充分的緩沖措施，物品在物流的轉運或裝卸過程中難免發生跌落或拋落的情況，探測器尤其傳感器屬于敏感型物品，其性能就會受到一定的影響。而跌落試驗主要考察探測器抗跌落或抗摔能力，若生產者在設計之初未在這方面作充分考慮，就會導致產品受影響后性能不佳或失效。

3.5 抗中毒性能、低濃度運行試驗

標準規定探測器在中毒和低濃度環境期間不應發出報警信號或故障信號，試驗后，報警動作值應滿足標準要求。經試驗發現，有的產品存在中毒、低濃度后動作值大幅提前，甚至微量氣體濃度就出現報警動作；有的試驗后，報警動作值滯后性嚴重。

生活方式、家居條件隨著經濟的高速發展趨于多樣化，室內含有揮發性有機物的化學品如各種粘合劑、涂料、清潔劑、化妝品、裝飾材料等，使用量驟增，揮發出的有機物包括烷烴、烯烴、醇、醛、醚、酯以及苯系物等[4]。這些物質會對產品造成不同程度的影響，致使性能不好的產品“中毒”或“微醺”現象，使得產品不能正常工作，關鍵時刻失去效能。

4 改進措施

4.1 設計過程

產品質量體現在其生命周期中的每個環節，產品質量首先是設計出來的，其次才是制造出來的，探測器也不列外。選用性能穩定的傳感器、芯片等重要元器件加以匹配且經過科學驗證的設計方案來保證產品報警動作值、重復性等基本功能。就方位試驗而言，要考慮外觀上探窗不同方位進氣量的問題、傳感器附近不同方位進氣速率等要素；對于電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗，要充分考慮電源線進入點、信號線的濾波及瞬態防護。電快速瞬變脈沖群為高頻現象，且產品外殼多為非金屬，外殼不正確的屏蔽、受試線與其他線纜的交叉耦合噪聲或各種寄生效應都可能會產生3.2所述問題[5]，此類問題要注意；高、低溫（運行）試驗：需要設計方案在溫度發生變化時予以算法補償，可在標準要求環境下進行測試，根據產品具體表現確定補償系數；跌落試驗：選用耐沖擊、不易碎易裂的外殼材質。整體結構需充分考慮電路板及電子元器件的受沖擊安全性，尤其在靠近傳感器的部分；抗中毒性能、低濃度運行試驗：要考慮到新標準的要求變化內容，及時提升調整設計方案。必要時在傳感器外部設置中毒防護裝置，優化產品設計方案，有效防止其出現“微醺”癥狀。

4.2 生產環節

不能保證產品質量的生產就是浪費，生產越多，浪費就越多，要注重生產的各個環節。首先，生產企業從原材料進貨開始，就要做好所有原材料控制和有效性的確認，尤其作為家用可燃氣體探測器的關鍵元器件的氣體傳感器，這是保證產品與獲證時的樣品一致性的首要條件；其次，嚴格按照生產規程執行生產過程，比如電路板的制備、檢測、老化等費時費工的過程不能敷衍了事；再者，探測器的標定過程很重要，要求生產企業有能力的人員使用符合要求的設施設備和標準物質在滿足標準要求的環境條件下按照標準的方法進行，才能保證標定過程科學有效；最后，要嚴格執行例行、確認、出廠檢驗，用來確認生產各環節和產品的符合性和有效性。

4.3 質量意識

生產企業作為生產主體要有產品質量責任意識，尤其在嚴酷的市場競爭壓力下守住質量底線，保證原材料質量，科學合理地追求利潤。若出現了質量問題，應及時自查自糾，主動下架、召回問題產品。生產企業作為生產主體要有產品質量自律精神，嚴格控制標準生產過程、嚴格執行生產環節中各檢驗程序，保證出廠的產品均為合格產品。生產企業作為生產主體要有產品質量使命感，企業要向用戶端輸送合格且性能更好的產品來保障廣大人民的生命財產安全。

5 結 語

家用可燃氣體探測器產品質量好壞與億萬家庭的燃氣使用及消防安全休戚與共。本文就探測器產品行業發展狀況，結合國家監督抽查中發現的問題，詳細分析了產品性能失效的原因，并給予了改進措施，希望可為探測器廠家的生產設計、政府部門監管以及消防執法提供參考借鑒，為千家萬戶燃氣安全及探測器產業科學發展盡綿薄之力。

參考文獻

[1]中國城市燃氣協會安全管理工作委員會.全國燃氣事故分析報告[M].北京：中國燃氣安全雜志社，2022.

[2]國家能源局石油天然氣司，國務院發展研究中心資源與環境政策研究所，自然資源部油氣資源戰略研究中心.中國天然氣發展報告[M].北京：石油工業出版，2022.

[3]可燃氣體探測器 第2部分：家用可燃氣體探測器：GB 15322.2-2019[S].

[4]韓克勤，井海寧.室內化學品中揮發性有機化合物的揮發特征[J].衛生研究，1997，26（1）：65-67.

[5]薛正元，單旭.有源醫療器械電快速瞬變脈沖群測試及問題分析[J].標準與檢測，2021，27（9）：23-25.

作者簡介

孔祥朋，碩士，工程師，主要研究方向消防電子產品檢測技術、產品質量安全。

（責任編輯：袁文靜）