开路式可燃气体探测报警器测量的方法学研究

引言

石油、化工、冶金等工业领域中， 体 穿众多环节，其泄漏引发的爆炸、火灾等事故具有突发性强、破坏力大的特点。 响应速度快的优势，是实时监测可燃气体浓度、及时发出安全预警 接决定其安全防护效能的发挥。测量结果存在较大偏差可能导致误报 增加不必要的停机排查成本；漏报会使工作人员错失最佳处置时机，埋下重 式 可燃气体探测报警器的测量方法学有着至关重要的现实意义。

1 开路式可燃气体探测报警器概述

1.1 工作原理

开路式可燃气体探测报警器探测可燃 体主要依靠红外吸收原理。具有特定波长的红外光发射出穿过有可燃气体的区域时，和可燃气体特征吸 外光能量会被气体吸收，使得该频率光的能量削弱。这过程遵循比尔定律，数学表达式是。 公式中是输出光的强度，是输入光的强度，指气体吸收系数，该系数由物质吸收的化学性质决定，是可燃气体的浓度，是光程距离也就是红外光在气体中传播的路径长度。

如甲烷分子在特定的红外波段具有特征吸收峰。 开路式可燃气体探测报警器的发射装置发出的红外光穿过含有甲烷的空气时，甲烷分子会吸收对应特征频率 外光能量。环境中甲烷浓度越高，被吸收的红外光能量越多，到达接收装置的光强度会相应降低，甲烷浓度低时，光强度衰减程度减小。接收装置精确测量接收到的光信号强度变化，依据比尔定律计算，能够准确得出开放光路中可燃气体的积分浓度。

1.2 结构组成与关键部件

1.2.1 发射装置

发射装置是报警器的光源产生部分，发射装置的功能是发射特定波长的红外光，该装置由红外光源和一系列光学组件构成，红外光源一般采用可稳定发射特定波长红外光的器件，目的是保证所发射的红外光具有良好的单色性和稳定性，为后续可燃气体的准确探测提供稳定的光信号；光学组件的作用是对红外光进行准直、聚焦等处理，使红外光能够以平行且集中的光束形态发射出去，通过开放路径到达接收装置，确保探测过程的准确性和可靠性。

1.2.2 接收装置

接收装置的核心任务是接收从发射装置发出、穿过可燃气体云团的红外光信号，它带有的高灵敏度光探测器能够精准捕捉微弱的光信号变化，接收到红外光之后，光探测器会将光信号转变成电信号，其中包含和可燃气体浓度相关的信息，接收装置中还有信号预处理电路，电路会对转换好的电信号做初步放大、滤波处理，去除噪声干扰提高信号质量，后续的信号处理单元就能更准确地分析计算出可燃气体的浓度 [2]。

信号处理单元是报警器的核心，它接收经过接收装置预处理的电信号，再用复杂算法和逻辑深入分析精确计算这些信号，处理时会依照比尔定律和预先设定的校准参数，把电信号准确转成可燃气体的积分浓度值 , 同时它还能存储测量数据、进行分析，也能和其他设备通信，存储历史测量数据为后续数据分析和趋势预测打下基础，和其他设备通信可以实现数据共享与远程监控。

1.2.4 显示报警单元

显示报警单元是报警器与操作人员交互的重要界面，借助数字显示屏、指示灯等直观方式实时展示当前探测到的可燃气体浓度值，让操作人员能一 目了然地了解环境中可燃气体的浓度状况，在检测到的可燃气体浓度达到预先设定的报警阈值时会立即启动声、光报警功能，发出响亮的警报声和闪烁的灯光，引起操作人员的注意，提醒他们及时采取相应的安全措施，避免可能发生的安全事故。

2 测试项目实操步骤

1.2.3 信号处理单元

2.1 报警功能测试

测试报警功能时要将积分浓度约为报警值 1.5 倍的标准气室精准放入发射装置和接收装置之间的光路中。接着观察仪器的声、光报警情况是否正常，可燃气体浓度达到报警设定值时报警器将立即发出响亮的警报声和明显的灯光闪烁来提醒操作人员。记录下仪器的报警浓度值后重复操作 3 次，这样的结果更能反映仪器报警功能的真实性能。探测光束光路被完全遮挡时，仪器要迅速发出遮挡故障信号，这是检验报警器在特殊情况下能否正常工作的重要指标。实际工业生产中光路可能因为物体掉落、设备维修等各种原因被遮挡，这时报警器能否及时发出故障信号对保障生产安全、尤为重要。撤除遮挡物后仪器要能顺利恢复正常，说明它具有良好的自我恢复能力，可以在复杂的工业环境中稳定运行。

2.2 示值误差测定

测定示值误差时工作人员要依次将气体积分浓度约为满量程 20%、50%、80% 的标准气室放置于仪器的光路之中。放置标准气室时工作人员要确保其两侧镜片垂直于光路且透射光束位于气室两镜片中心部位，保证光线均匀穿过标准气室，避免因光线偏斜导致测量误差。测量过程可能受到环境温度微小变化、仪器内部电子元件噪声等因素干扰，多次测量并取平均值能有效降低这些干扰因素对测量结果的影响。工作人员按特定公式计算仪器的示值误差，公式中代表标准气体浓度值 (LEL)，表示气室两透镜内壁之间的距离 (m)，为测量三次的示值算术平均值 (LEL·m)[3]。工作人员取绝对值最大的作为探测器的示值误差，这一最大误差值能直观反映仪器在不同浓度测量时的最大偏差情况，为评估仪器的测量准确性提供重要依据。

2.3 水蒸气干扰检验

检验开路式可燃气体探测报警器对抗水蒸 干扰的能力， 需将水蒸气干扰装置安放在仪器的光路中，这一装置包含氮气或者清洁压缩 利用湿化器向气流中加入水分，再借助节流阀来控制气流的流量和湿度，模拟出 入水蒸气后，待气流稳定，仔细查看仪器的报警状态并且记录数 扰的情况下不会发出报警信号或者故障信号，说明它对抗水蒸气干扰的能力较强， 作；若仪器出现误报警或者故障信号，表明它的抗干扰能力还需要提高，应进一步优化设计或者采取相应的防护措施。

3 测量影响因素与应对策略

3.1 环境因素干扰

3.1.1 气体干扰

在实际工业环境中气体成分复杂多样，除了要检测的可 有其他干扰气体。有些可燃气体报警器对多种可燃气体都会产生反应， 对目标气体浓度的正确测量，使仪器显示的数值出现误差。如石油化 ，同时也可能有一些有机蒸汽和其他杂质气体。这些气体的存在可能 可燃气体的检测，使测量结果出现偏差。解决这一问题可以采用有选择性 传 高的灵敏度和特异性，减少其他气体的干扰。

3.1.2 灰尘油污

工业场所中灰尘、油烟这类污染物十分常见，它们会逐渐积累在探测器的探头上，堵住传感器的气孔，使敏感元件无法充分接触到可燃气体，传感器反应灵敏度下降，严重的甚至无反应。厨房、锅炉房这些地方油烟和灰尘较多，开路式可燃气体探测报警器若长期处于这样的环境中，传感器很容易受到污染。定期清洁维护报警器十分重要，可以使用专业的清洁工具和试剂，清理传感器表面的灰尘和油污，使气孔保持畅通。还可为报警器安装防护装置，如防尘罩、过滤器等，有效挡住灰尘和油污进入传感器，延长使用寿命。

3.1.3 水汽潮湿

环境中的水汽、水滴及潮湿情况会显著影响开路式可燃气体探测报警器的性能，导致其性能下降甚至损坏[4]。潮湿的车间、地下室及室外露天环境容易使报警器受到水汽侵蚀，高湿度环境会让仪器内部的电子元件受潮，影响电路正常工作，水滴还可能直接进入传感器，导致传感器短路或损坏。应对水汽潮湿影响的方法包括为报警器选择防水、防潮性能良好的外壳和防护等级高的传感器，确保其在潮湿环境中正常工作；在仪器内部安装干燥剂或除湿装置能够及时去除内部水汽，保持仪器内部干燥环境。

3.1.4 腐蚀性气体

工业生产过程中会产生硫化氢、氯气等腐蚀性气体。这类气体可能与报警器探头发生化学反应，造成探头损伤，使灵敏度降低。化工企业的生产车间常存在腐蚀性气体，若开路式可燃气体探测报警器的探头材质不耐腐蚀，可能快速被腐蚀损坏。对于可能存在腐蚀性气体的环境，需选择耐腐蚀的传感器和探头材料，例如采用特殊合金材料或经过防腐处理的材料。此外，可在传感器前端安装气体过滤器，预先过滤腐蚀性气体，以保护传感器免受腐蚀。

3.2 检测场所复杂性

3.2.1 空间分布不均

开路式可燃气体探测报警器若安装布置不合理，位置离泄漏源较远或者刚好处于上风口，等仪器报警时泄漏源处的燃气浓度可能已经达到相当高的水平，甚至接近或超过爆炸极限，安全事故发生的风险也会随之增加。如大型工业厂房中，泄漏源在厂房一角，探测器却安装在远离泄漏源的另一角且处于上风口，这种情况下可燃气体泄漏后，因为气体扩散需要时间加上风向不利于向探测器方向传播，探测器可能要过很久才能检测到，这时泄漏源处的气体浓度可能已经较为危险。所以安装报警器前要对检测场所进行全面评估和分析，结合场所布局、设备分布和可能的泄漏源位置来规划安装位置，同时增加探测器数量采用多点布局，确保覆盖整个检测区域减少监测盲区，也可以借助计算机模拟技术，模拟分析可燃气体在不同场景下的扩散情况，为报警器安装提供科学依据。

3.2.2 泄漏源位置不确定

泄漏源的位置和方向不确 挑战。 若泄漏源处于探测器无法有效覆盖的区域 设施中存在大量管道和设备，泄漏源往往会 向等多种因素的影响，这就使得探测器难 采用多个报警器交叉布置的方式，扩大检测范 可行的办法，利用气体浓度场监测系统实时监测 位泄漏源位置并及时发出警报；另外结合视频监控系 体位置，也能为应急处理提供更准确的信息。

3.3 传感器性能局限

3.3.1 使用寿命

开路式可燃气体探测报警 用的时间越长性能越差。可燃气体报警器 可用的时间还继续使用，报警器的精 对可燃气体的反应削弱，输出的信号也不 感器的使用期限，未及时更换老化的传感器 常工作，需经常检查评估传感器的性能 记录其使用时间、维护次数、性能变化， 能够清 使用期限长的传感器品牌和型号，也能让报警器整体性能更加可靠

3.3.2 中毒现象

某些酸性或腐蚀性气体，如硅化物、硫化物这类，有可能使传感器中毒，造成灵敏度降低。传感器接触到这类气体时，气体分子会和传感器表面的敏感材料产生化学反应， 改变敏感材料的物理和化学性质，进而影响传感器对可燃气体的检测能力。化工生 素的气体，这些气体泄漏到环境中，可能使附近开路式可燃气体探测报警器的传感器中 发现传感 立即停用，清洗或者更换传感器。预防传感器中毒，可以在传感器前段安装气体过滤 过滤 毒的气体。定期校准和检测传感器也能及时发现性能变化，方便采取措施处理。选择传感器时要考虑抗中毒能力，提升报警器在复杂环境里的适应性。

3.4 检测操作不当

3.4.1 检测方法不当

使用开路式可燃气体探测报警 量结果 [6]。检测前未充分预热，仪器内部电子元件和传感器无法达到 求校准，测量结果会出现偏差。实际检测过程中，有些操作 数据不可靠。有些操作人员校准未使用合适标准气体或操作 避免检测方法不当带来的问题，操作人员必须严格按照仪器使 器达到稳定工作状态。校准工作由专业人员进行，使用符合标准的校准 骤校准， 保证测量结果准确性。

3.4.2 人为误操作

操作人员的误操作会使开路式可 度下降。检测时频繁断电再通电，仪器内部的电路和电子元件可能受损 的维修和调整，仪器性能参数可能改变，测量结果就会出现偏 修，但他们确缺乏专业知识和技能，问题未解决反倒更加严重。要减 的培训和管理。制定严格的操作规程和管理制度，操作人员不可随意操作或 护装置，贴上警示标识，防止操作人员误操作损坏仪器。

结语

开路式可燃气体探测报警器测量方法学的研究涉及多方面内容，科学合理的测量方法是保障报警器有效工作的关键，能为工业安全生产提供有力技术支持，有效预防和减少可燃气体泄漏引发的事故，现实意义重要，未来技术不断发展，开路式可燃气体探测报警器的测量方法将不断完善，为工业安全提供保障。

参考文献：

[1] 沈万东 . 油轮固定式可燃气体探测系统典型故障分析 [J]. 航海技术 ,2025,(03):42-45.

[2] 王一昊 , 辛保泉 , 张杰东 , 等 . 基于 FLACS 的 LNG 加气站可燃气体探测器覆盖率优化研究 [J]. 工业安全与环保 ,2025,51(01):8-14.

[3] 黄鹤. 爆炸性气体环境可燃气体探测系统的设计与选型[J]. 中国仪器仪表,2024,(02):27-30.

4]赵现晶,吴晓尧.燃机电厂可燃气体探测系统故障分析及对策[J].设备管理与维修,2023,(23):69

[5] 李剑 , 汪圣甲 , 夏春 , 等 . 开路式可燃气体探测报警器测量的方法学研究 [J]. 工业计2023,33(S1):7-9.

[6] 奚竞杰 , 顾辰辰 , 王衡 , 等 . 船用可燃气体探测器红外探测原理与光路设计 [J]. 柴油机 ,2023,45(05):47-51.

作者简介：尼玛曲宗（1994-），女，藏族，西藏山南，工程师，本科，研究方向为计量检定和校准。项目基金：西藏自治区自然科学基金项目（XZ202301ZR0035G）