《轮机自动化》数字化教材项目五任务四

1、任务四 易燃气体探测报警系统一、学习目标1、理解易燃气体系统探测报警系统的工作原理；2、熟悉易燃气体探测报警系统的实船应用。二、学习任务掌握易燃气体探测报警系统的组成及工作原理。三、背景知识滚装船、渡船等往往在货舱区域需要载运车辆，消防船有时要救护油船，这些船及油船、液化天然气船在货舱或船上某些舱室可能聚集较多易燃气体。通常易燃气体的密度较空气重，因而不容易驱散，在易燃气体的体积浓度超过爆炸下限时，遇明火即可能产生爆炸或燃烧。为了检测这些舱室的易燃气体是否达到危险浓度，在这些船上一般装有易燃气体探测系统。一、易燃气体通常油船的货品即原油和普通石油产品，主要成分都是多种烃化合物掺杂在一起的混合物

2、。当一种石油被装入油舱时，其易挥发成分即开始挥发，释放出石油气并扩散到其液面以上的空间，此时挥发出的气体仍有重新溶进这种石油产品的倾向，最后会达到平衡，在液面上的空间形成一定数量的均匀分布的石油气。当空气中的烃气浓度达到一定范围时，烃气和空气的混合物在一定条件下就会产生燃烧或爆炸的危险。这个范围的下限即燃烧下限（LEL），指烃气浓度已低到不足以维持和蔓延燃烧的程度。该范围的上限即易燃上限（UEL），指烃气的浓度已经很高，致使空气严重不足，达到不能维持和蔓延燃烧、引爆的程度。图5-4-1 易燃气体探测报警系统原理图二、系统工作原理系统原理图如图5-4-1所示，主要包括测量单元和控制单元。测量单元

3、的信号处理电路图如图5-4-2所示。图5-4-2 易燃气体测量单元电路图测量单元的信号处理电路分析如下。（1）气敏半导体元件需要在加热电阻丝通电加热下保持对空气中氧可吸附所需的温度，即加热电阻丝上电压不变，保持温度恒定，则气敏半导体氧吸附量保持不变，从而在清洁的空气中，半导体的电阻值不变。若周围空气中有敏感气体存在，由于气体分子把阳离子吸附在半导体表面上，半导体的电阻值就随气体浓度增高而减小。因此正常情况下，加热电阻丝的工作条件就决定了基准的半导体电阻值。气敏元件中加热线圈工作电压定为5V，因而测量单元的电路中通过采用恒流源的办法给加热电阻丝供电，这样不管气敏元件探测点距离测量单元的连接线路有

4、多长，总可以保证在加热电阻丝上设定5V电压。（2）由于气敏半导体的反应并非线性变化而是指数变化，因此测量单元电路中运用运算电路进行校正补偿，从而达到显示度数与气体浓度成线性关系。（3）定时电路。当测量单元长期关闭后再通电使用时，由于加热电阻丝刚开始工作，还未建立起正常工作环境温度，因此最初几分钟内半导体的阻值不正常，测量单元会先显示报警状态。因而通过定时电路，在预热阶段（一般2min左右）切断输出信号，防止误报警，当加热到正常工作温度，则自动恢复正常功能。（4）测量单元设定报警动作值和校正。当选定了某种气体作为监测气体后，就可以根据其燃烧下限的数值，设定需要报警的动作值，通常为LEL的低百分比

5、值。一般采用静态配合法，即准备一只清洁密封的容器(如气袋)，确定它的准确容积，用排气法保证密器内的空气纯正清洁，然后按照报警动作值和容器的体积，计算出应注入选定的监测气体的体积，用专用注射器抽取已确定体积的该气体，然后全部注入清洁空气的密闭容器内，经过充分混合后，便配成所需浓度的样气，供设定动作值和校正用。当气敏元件置于配制好的样气中，测量单元会接收到相应的阻值变化信号，并显示相应的LEL的百分比浓度读数，如读数有偏差可通过校正电路调节得到满足，从而保证完成正确的报警动作。三、易燃气体探测报警系统的实船应用在油船的实际应用中，大多数需要探测防护的场所，如货舱、泵舱、管隧等都是危险区域，要求探测

6、装置为防爆安全设计，因此设备除配有用于一般场合和机器场所的探头外，还有专门设计的防爆安全型探头、本质安全型泵抽吸式探测装置。（1）防爆安全型探头。外壳为尼龙材料，气敏元件置于不锈钢腔体内，由烧结金属粒子加以保护隔离即阻焰作用，构成防爆结构。即使烧结金属、金属网内气敏半导体及电气火花引起易燃气体爆炸，也不能使外环境易燃气体产生爆炸危险。（2）本质安全型泵抽吸式探测装置（如图5-4-3所示），通过泵抽吸式设计达到本质安全型要求。将泵箱置于安全区域，通过管道将危险区域内监测点的气体抽至泵箱内气敏半导体测量，再将此危险气体送回原处或在安全处排入大气。泵箱内设有管道堵塞监测线路，发生堵塞时会有明确指示提

7、醒。在管道由安全区域穿墙壁到危险区处安装阻焰器，不锈钢壳体内嵌装烧结金属，可有效防止火焰爆炸蔓延。（3）除了对单个监测点进行连续测量的泵抽吸式装置外，还有一种对多点(数十点）进行循环监测的报警装置。该装置可在设定的时间周期内完成对每一监测点抽吸气体并测量。为保证每个监测点在平均分配的测量时间内不因管道长短而产生测量质量问题，每个监测点在测量抽吸前一步都进行预抽吸，以得到最新的监测点样气。此外每个在等待测量的监测点管道都受到反压装置的保护，以防止吸入水或被杂物阻塞。中央测量装置中配有标准浓度样气，可随时校验设备。图5-4-3 泵抽吸式探测装置实船在确定每个固定气体监测时，除应满足规定的保护面积和间距外，还应考虑拟载运货品的蒸汽密度、舱内各种构建的布置、空气进出口位置所形成的死角位置。根据具体情