火灾与爆炸监测

火灾监测与报警技术一、火灾探测：1、火灾探测的基本原理：在火灾的孕育与初期阶段，建筑物内会出现不少特殊现象或征兆，如：发热发光发声散发出烟尘可燃气体特殊气味这些特性是物质燃烧过程中发生物质转换和能量转换的结果，为早期发现火灾、进行火灾探测提供了依据。2、火灾探测报警技术（1）火灾探测报警系统：主要包括火灾探测器和报警控制器两个基本部分；大型的探测报警系统与自动灭火、烟气控制系统等联动。（2）火灾探测器：基本功能就是对火灾烟气的浓度、温度、火焰(光)和燃烧气体等参量做出有效反应，并通过敏感元件将表征火灾特征的物理量转化为电信号，送到火灾报警控制器进行处理。根据探测火灾参数的不同火灾探测器可分为：感温火灾探测器感烟火灾探测器感光火灾探测器气体火灾探测器复合火灾探测器触发装置有自动和手动两种。火灾探测器是自动触发装置，手动报警按钮是手动触发装置。1．手动报警按钮。具有应急情况下人工自动通报火警或确认火警的功能。有的还具有动作指示、接受返回信号等功能。报警的程度比探测器报警紧急，不需要确认。要求更可靠、更确切，处理要求更快。2．火灾探测器。不断监视和探测被保护区域火灾的初期信号。将现场火灾信号（烟、光、温度）转换成电气信号，并将其传送到火灾报警控制器。火灾探测器

监视与火灾有关的物理或化学现象。提供合适的信号以通报火警或操作自动消防设施，经判定后出警报。根据火灾早期产生的烟雾、温度、光、气体等特征，现已研制出四大类常用的火灾探测器。（一）感烟式火灾探测器

火灾初期，物质处于阴燃阶段，产生大量烟雾。是早期火灾的重要特征之一，将探测部位烟雾浓度的变化转换为电信号实现报警目的。有离子感烟式、光电感烟式、红外光束线型感烟式等几种类型。应用最广泛。

2光电感烟式灭灾报警器光电感烟式火灾探测器根据其将烟雾信息转变为电信号的工作原理的不同，可以分为遮光式和散射光式两种类型。前一种方式目前较少采用，而后一种获得广泛应用。4遮光式光电感烟火灾报警器半导硅光电池等光电元件，在光照下，就可产生光电流，大小受光照强度的影响，利用这一原理可制作遮光式光电感烟火灾探测器进行火灾报警。

在探测室内，红外发光元件（如红外发光二极管）与受光元件（如半导体硅光电池）同轴对向放置。当火灾产生烟雾进入检测室后，由于烟雾遮挡了发光元件发射出的光，使受光元件接收到的光量减少从而使其产生光电流的强度也有所降低，当光电流强度降低到一定值时，便发出报警信号

3散射光式光电感烟报警器

检测室内，发光元件与受光元件不同轴对向放置。正常情况下，受光元件受不到发光元件发射出的光，故不产生光电流。当火灾产生的烟雾进入检测室后，发光元件发出的光照射在烟雾粒子上，会产生光的漫反射现象。这种散射光照在受光元件上，就会产生相应强度的光电流，从而触发报警。

4红外线感烟式火灾探测器由对向安装的红外发射器和红外接收器组成。发射器发射周期性红外辐射脉冲（周期约为8毫秒、脉宽为15微秒左右）。红外辐射经光学系统形成近似为平行光束穿过被保护区，在接收器处形成一个较大的弥散区。再经过光学系统聚焦后，由光电探测器接收，再经检波器检波后变为一定大小的直流电平。当烟雾出现在光束路径上时，对红外光吸收、遮挡和散射，使到达接收器的红外辐射通量减弱，检波器输出的直流电平发生变化,便可向报警控制器发出报警信号。

这种红外光感烟火灾探测器有可靠性高、成本低的特点，但需经常保持清洁，否则会引起误报。5激光感烟式火灾探测器

激光感烟火灾探测器的工作原理与红外光感烟火灾探测器十分相似，只是光源不是红外线发光管而是半导体激光发生器。激光发生器在激光脉冲调制电源的激发下，发出激光束，经过光学系统后，由光电接收器转换为电信号。当烟雾遮挡激光束时，接收到的激光强度有所减弱，就可以发出火灾报警信号。激光感烟探测器要比红外光感烟探测器的警戒距离大得多，这是由激光的基本性质所决定的，但这种探测器造价比较高。

感烟式火灾探测器的特点、灵敏度

具有响应速度快，能及早发现火情，有利于火灾早期扑救的特点。但是探测器易受外界因素影响，如风速、灰尘以及电路的噪声干扰等，而引起误报警。分为高、中、低三级灵敏度。（二）感温式火灾探测器以火灾发生时释放出的热量使周围温度升高这一现象来作为探测依据的。因此，又叫热探测器。它虽不是理想的火灾早期报警探测器，但在火灾报警系统中也是必不可少的。目前应用也比较多。

按工作原理的不同，可分为定温式、差温式、差定温式3种类型。

1定温式火灾探测器

定温式火灾探测器的功能是探测环境温度升高的变化。当环境温度升高到规定的温度时，探测器即可发出报警信号。定温式火灾探测器中的核心部件是感温敏感元件。根据所使用的敏感元件的不同，又可分为双金属片型、易熔金属片型、热敏电阻型、热敏电缆型等多种类型。点型定温式火灾探测器是相对线型而言的，点型警戒的区域为一个点，线型警戒区域为一条线。2双金属片型定温式火灾探测器

主要元件是一个被压合在一起的双金属I（膨胀系数不同）片。常温下为直形，受热后，因膨胀系数不同会产生弯曲，使触点闭合。当有火灾发生，环境温度升高时，双金属片弯曲。当温度升高到一定值时，使A、B两触点闭合，从而产生报警信号。3易熔全属型定温式火灾探测器

用低熔点的易熔金属，如铅、铋、锡、镉等按一定的比例制成合金，可在60-70℃左右时熔化。火灾发生时，环境温度升高，使低熔点的合金熔化，导致触点闭合，从而发出火灾报警信号。4热敏电阻型定温式火灾探测器

此探测器由热敏电阻分压器构成。U为定值，R1为普通电阻，Rt为热敏电阻，常温下R、Rt阻值一定，B点电位一定，当发生火灾，环境温度升高使Rt阻值减小时，B点电位发生变化，当电位变化到一定的阈值时，在其他元器件的作用下，便可输出报警信号。

5线型定温式火灾探测器

线性定温式火灾探测器的探测区是一条线型分布的有较大长度范围的探测区。1.气体填料型：在细铜、不锈钢、尼龙管内充以空气或填料。发生火灾过热时，管内气体或填料膨胀，管头气室膜片凸起，电路触点接通，发出火警信号。2.热敏同轴电缆型：内、外导体之间的绝缘物是用特殊材料制成的，受热达到一定温度时，具导体性能。内、外导体短路，发出火灾报警信号。3.热敏双芯电缆型：两根裹以热敏易熔绝缘材料的金属导线交织着扭在一起。火灾遇热，热敏材料的电阻变得很小，绝缘材料转换为导体，甚至熔化，致使金属导线短路报警。

6差温式火灾探测器

差温式火灾探测器的功能是探测环境温度升高速率的变化。当火灾发生时，引起环境温度的上升速率大大超过正常情况下的环境温升速率时，探测器即可发出火灾报警信号。根据其结构及工作原理的不同，差温式火灾探测器可分为金属膜盒式（机械式）、热敏电阻式（电子式）、空气管线等多种类型。有线型和点型两种结构。7空气管线型环境温度升高，空气管内的空气膨胀，压力升高，气体通过泄漏孔排出。当温度速率超过某值时，迅速膨胀的气体来不及排出，管内的气压升高，膜片膨胀，使电气触点闭合报警。8金属膜盒型差温火灾探测器

在空气室内有一个金属的弹性膜片，在正常环境温升的情况下，虽然空气室的空气会受热膨胀，但空气可以从毛细孔排出；因此膜片不动，与触点不会接触。当发生灭灾，环境温升很快时，泄气孔来不及向外排泄空气，促使膜片向上运动。当温升达到一定速率时，空气室的空气即可推动膜片与触点闭合，从而产生报警。

9热敏电阻型差温火灾探测器

Rt1、Rt2均为热敏电阻。Rt1装在特制的隔热金属盒内，其阻值对外界环境急剧温升变化不敏感。Rt2就安放在探测器的外壳上，其阻值对外界环境温升变化很敏感。常温下Rtl、Rt2为定值，B点电位一定，当环境温度缓慢变化时，热敏电阻Rt1,Rt2的阻值会发生同样的变化，B点电位相对稳定，当发生火灾环境温升速率急剧增加时，Rt2的阻值会明显下降，而Rt1的阻值仍可基本不变，这样B点电位发生变化，当变化达到一定阈值时，便可在其他元器件的作用下发生报警信号。差温式火灾探测器

定温式火灾探测器对环境要求较严格，有些场合不能应用；差温式火灾探测器只检测温升速率。都有误报和漏报情况的发生。差定温式火灾探测器，是前两种探测器以一定的方式结合在一起。同时具有定温和差温报警的功能，提高了探测器工作的可靠性，有效地防止了漏报。根据其结构及工作原理的不同，可分为金属膜盒式、双金属片式、热敏电阻式等多种类型。金属膜盒型差定温火灾探测器

在原有的差温火灾探测的空气室内又增加了一个金属弹簧片和易熔合金块。金属弹簧片的一端固定，另一端被易挤合金块顶住。当环境温度达到标定值时，低熔点的合金块熔化，弹簧片弹起与上方的弹性膜片接触，并推动膜片B上移，与触点A相通，即可发出火灾报警信号。该种差定温火灾探测器的缺点是其定温探测部分的易熔金属块只能一次性使用，一旦发出定温报警信号，就不能自行复原。电子型差定温火灾探测器两只NTC热敏电阻，参考电阻R2密封在探测器内部。R2、R3差温特性，R1、R3定温特性。当阈值电路A输入端电位达到闭值时，其输出信号促使双稳态电路B翻转。双金属片盒式可复位型差温火灾探测器定温部分为一双金属片，在标定的温度下可因弯曲度达到一定程度，从而通过推杆，推动金属膜片，使触点接通，而发出定温火灾报警信号。差温部分由吸热罩、金属膜片、泄气管组合成气室。气室内的压力随温度的开高而增大，金肩膜片受挤向外变形，推动触点接通，而发出差温火灾报警信号。

气室内设计的泄气管、可使环境温升速率在低于10C／分时，因气室内的室气可以通过此管与大气相通，因而使气室内外压力保持平衡，从而避免了由子非火灾因素造成的环境低温升速率的变化，而出现的误报警的现象。

感温式火灾探测器的灵敏度及特点

探测器达到动作温度（或温升速率）时发出报警信号所需时间的快慢，分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级，用绿色、黄色和红色表示。Ⅰ级灵敏度：54℃＜动作温度＜62℃标志绿色Ⅱ级灵敏度：54℃＜动作温度＜70℃标志黄色Ⅲ级灵敏度：54℃＜动作温度＜78℃标志红色差温探测器的灵敏度没有分级。结构简单，价格低廉，某些类型不配置电路也能工作，可靠性较感烟探测器高，对环境要求低，对初期火灾响应迟钝。（三）感光式火灾探测器

对火焰中特定波段中的电磁辐射（红外、可见和紫外谱带）敏感的火灾探测器。响应波长低于400nm辐射能通量的紫外探测器，响应波长高于700nm辐射能通量的红外探测器。对快速发生的火灾或爆炸能够及时响应，是对这类火灾早期通报火警的理想探测器。

紫外线火焰

探测器紫外线火焰探测器是用来探测波长在4000埃（1埃＝10-10米）以下的紫外辐射光的。此种探测器的特点是反应速度快、抗干扰能力强、耐高温，适用于工业企业中对各种易燃易爆场合的火灾探测报警。紫外线火焰探测器

工作原理紫外光敏管玻壳内，充氢气和氦气，并设置两根电极,加上工作电压（200-300伏）。当紫外光敏管接收到紫外光辐射时，电极发射出电子。电子被极间电场加速后又与壳内气体分子相互碰撞，致使气体分子大量电离(雪崩放电过程)。此时，紫外光敏管由截止状态转变为导通状态。紫外光越强，产生的导电电流也就越大，促使电子线路的开关开闭，紫外光敏管的极间进行反复充发电。因此产生了一系列的电脉冲。其频率与紫外线的强度成正比。将此脉冲电信号经电子线路处理后，即可得到与紫外线辐射强度成正比的直流电压，当此电压超过规定的阑值电压时，就可触发报警控制器发出火灾报警信号。红外线感光式火灾探测器

红外线火焰探测器一般是用来探测波长在70000埃以上的红外辐射光的。为了扩大探测器的视场角，在探测器内可以120度间隔角安装3个红外光敏元件，并将它们并联地接到电路中。这种探测器的特点是比紫外线火焰探测器的探测区域大，探测距离远，并且在烟雾弥漫的火场仍可对火焰报警，这是因为红外光波长长，绕射性强。

红外线火焰探测器工作原理

探测器前方的红外滤光透镜只让一定波长范围内的红外光通过，而滤除掉红外线以外的光谱成分。锗片可以更好地滤除掉可见光。经滤光后的红外光照射在探测器内的红外光敏元件上（硫化铅或硫化镐光电池等），它们可以将红外光信号转变为相应强度的电信号。经电路放大和处理之后，即可用来触发报警。为了避免非火焰的红外线辐射使探测器产生误报，电路中往往采用一个频率选择放大器，它只对火焰发出的具有一定频率的红外光辐射所产生的信号予以放大。感光式火灾探测器的特点

对物质燃烧火焰的光谱、强度和火焰闪烁频率敏感的探测器。响应速度快，适用突然起火无烟的易燃易爆场所。不受环境影响，可在户外使用。性能稳定、可靠、探测方位准确。属被动型。可燃气体探测器探测空气中可燃气体的含量。有效地探测煤气、液化石油气、然气、一氧化碳等多种可燃性气体的微量泄漏。适用于石油、化工、煤炭、电力、冶金、电子等工业企业，以及煤气厂、液化石油气站、氢气站等生产和贮存可燃性气体的场所。分为气敏半导体型、催化燃烧型、光电型及固体电介质型等多种类型。气敏半导体型可燃气体探测器

氧化锌(Zn0)或氧化锡(Sno2)中添加Pt、Pa、稀土元素或过渡族元素，在高温下烧结成多晶体。在适当工作温度下（250-300℃），遇可燃气体泄漏时，阻值将会减小，将探测到的可燃气体的浓度转变成为相应强度的电信号。达到一定浓度时，即可触发报警。

催化燃烧型可燃气体探测器

在铂丝催化元件表面覆盖一层氧化铝。给铂丝通电使催化剂表面温度达300℃。可燃性气体产生“接触式无焰燃烧”，产生的热量使铂丝的温度升高，引起电阻值发生变化。将探测到的可燃气体的浓度转变成为相应强度的电信号。达到一定浓度时，即可触发报警

（四）其它可燃气体探测器作用及原理热导原理：利用被测气体与纯净空气导热性的差异和金属氧化物表面燃烧的特性，将被测气体浓度转换成热丝温度或电阻的变化达到测定气体浓度的目的。三端电化学原理：电池内安置3个电极并施加一定的极化电压，以透气薄膜同外部隔开，被测气体通过此膜达到工作电极，氧化还原反应，产生与气体浓度成正比的输出电流。特点、响应性、适用场所特点：点型结构，输出信号的处理多采用阈值比较方式。响应性：1、火灾产生的一氧化碳往往先于火焰或烟出现，因此，可提供最早期的火灾报警。2、半导体气体探测器能探测远小于一般火灾的低浓度的一氧化碳（百万分之几），对探测火灾是一个有利的因素。3、一氧化碳半导体气体探测器对各种火灾具有较普遍的响应性，这是其他火灾探测器无法比拟的。4、半导体气体探测器结构简单，对大气酸性物质有一定抵御能力，体积较小，且坚固，成本较低。适应性：广泛地应用于溶剂仓库、压气机站、炼油厂、输油输气管道等场所的可燃性气体探测，同时也用于预防潜在的爆炸或毒气对工业场所及民用建筑场所。一、图像型火灾探测技术基于实时影像的火灾探测模式，将摄影测量、图像处理、计算机多媒体应用于火灾探测与联动控制。研究火灾中各种物理现象在图像上的表现，明显区别于火灾以外的其他物理现象。用摄像机进行火灾探测，免受空间高度和气流的影响，配有防护罩消除粉尘影响，多重判据克服判据单一的困难。基本消除了复杂、恶劣环境因素对火灾探测系统的影响。（二）吸气式火灾探测技术为重要场所超早期报警，开发高灵敏度吸气式感烟火灾探测报警系统。改被动等烟为吸气方式，采用特殊检测室，高强度光源和高灵敏的光接收器件，使灵敏度增加了几百倍。国际定义：通过管道抽取被保护空间空气样本到中心检测点以监视被保护空间内烟雾存在与否的火灾探测器。气泵抽样空气样本。滤除灰尘等大颗粒。（HSSD探测器采用激光光源，直接对空气粒子记数，不需过滤）。测量室有测量光源及光接收器。烟粒子作用光束产生散射，接收散射的光信号，测得散射光强变化或光信号脉冲数测量出空气样本中烟粒子量。信号处理后，与报警阈值比较，给出报警信号。

（3）火灾自动报警（器）系统：1）组成：触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置，以及其他辅助功能的装置原理：对火灾探测信号加以处理并做出相应反应的设备，它应具有信号识别、报警、控制、图形显示、事故广播、打印输出及自动检测等功能。火灾自动报警系统可以分为：区域报警系统：集中报警系统控制中心报警系统某一相对独立的建筑物或建筑群可设一台中央报警控制器，每台中央报警控制器可管理若干个区域报警控制器。一个区域控制器一般控制几十个探测器。系统的组成1、区域报警系统由火灾报警控制器（或区域火灾报警控制器）和火灾探测器等组成功能简单的火灾自动报警系统。火灾报警控制器火灾探测器手动报警按钮火灾警报装置2、集中报警系统

由集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器或区域显示器和火灾探测器等组成，功能较复杂的火灾自动报警系统。集中火灾报警控制器区域火灾报警控制器区域火灾报警控制器火灾探测器火灾探测器手动报警按钮手动报警按钮火灾警报装置部分联动装置3、控制中心报警系统由消防控制室的消防控制设备、集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器(或区域显示器)和火灾探测器等组成，功能复杂的火灾自动报警系统。火灾探测器手动报警按钮火灾警报装置火灾应急广播火警电话防排烟装置火灾探测器输入模块手动报警按钮输入模块灭火装置区域火灾报警控制器区域火灾报警控制器集中火灾报警控制器消防联动控制设备３、火灾监测技术（1）监测系统的组成：主要由监测主机（计算机及其软件）、传输接口、传输电缆、分站和各种传感器组成。（2）火灾监测仪表：主要有感温报警器、感烟报警器、感光报警器；二、火灾监测仪表1、感温报警器：(1)定温式感温报警器：指感温元件在感知到现场的温度达到或超过设定的温度时，便发出火灾报警探测器。1)动作温度65～100℃（可设定调整）；2)感温元件的类型：低熔点金属：达到温度、元件熔断双金属片、双金属筒：受热变形，启动触点热敏半导体：受热（温变）引起电阻变化,信号变化铂金属丝：电阻变化→电流改变(2)差式感温报警器：指感温元件在一定时间内的温升差达到或超过某一限值时，便发出火灾警报信号的火灾警报探测器。优点：更接近火灾发生的实际情况，减少误报。(3)定温差动式感温报警器：既同时满足以上两种情况才发出报警信号。使用范围：存在大量烟雾、粉尘或水蒸汽场所;不适用于高温、烘烤等有常规温升或温变的场所;感烟报警器;2、离子感烟报警器（1）原理：烟雾进入外电离室→部离子被子烟雾吸附→离子（到达电极减少→外电离室等效电阻变大→电压（内、外电离室）分配改变→直流电压信号→报警。

(2)光电感烟报警器：原理：烟尘进入暗室时→散发→光射到光敏二极管上→工质状态变化→检测器发出电信号→报警。（3）特点：灵敏度高，寿命长，价格较低，适用火灾初起阶段有阴燃的场所。不适用灰尘较大、水蒸汽弥漫等场所。3、感光报警器：（1）原理：利用光敏元件（硫化铝、硫化镉等）检测物质燃烧时火焰辐射的红外线或紫外线来控制火灾。（2）使用范围；不适合明火作业的场所中使用。4、可燃气体报警器

它主要用来检测可燃气体的浓度，当气体浓度超过报警点，便发出报警。报警器采用了如半导体气敏电阻元件等。空气模盒感温示意图离子感烟报警器原理示意图光电感烟式报警器原理示意图三、自动报警灭火系统1、定义:将报警与灭火联动并加以控制的系统。（1）系统组成：如图所示（2）工作原理：

火灾一发生，感烟、感温、感光等火灾探测器将接收到发生火灾的信号转变成电信号输入自动报警器，以报警器声、光信号向人们发出警报，同时指示出火灾发生的部位，并记录下火灾发生的时间。接着控制装置发出指令性动作，打开自动灭火设备的阀门喷出灭火药剂，将初起火灾扑灭。整个系统的组成及其原理如图所示。

2、分类：(1)全自动报警灭火系统火灾探测器感知火灾后，将信号输入到控制中心；控制中心立即发出报警信号，在记录报警时间的同时并发出控制信号，自动关闭火灾区域的防火门窗、排风机等；在延迟一个短时间后，接着便指令自动灭火系统装置动作，打开有关灭火设备将火扑灭。它适用于范围较大的保护对象，如炼油厂、电站、化工厂、大型仓库、高层建筑、地下工程和重要建筑等。（2）半自动报警灭火系统1)局部联动报警灭火系统：在局部环境内，由—个火灾探测器感知火灾后，控制一个自动灭火装置，同时借助联动开关使附近其他若干个自动灭火装置工作;不设独立的火灾探测器，自动灭火器上的感温玻璃装置在感知到火灾后自行破裂，喷洒灭火药剂;适用范围：较小的空间，如计算机房、自动化仪表控制室、独立仓库、电信电报机房、卫星地面站等;2)独立报警灭火系统：由一个探测器感知火灾后，控制一个自动灭火器喷洒灭火剂，并将报警和喷洒信号传送给控制中心；由一个装有感温玻璃球的自动喷洒灭火器，遇火灾时玻璃球破裂自动喷洒灭火剂，并将信号输出;这种灭火系统适用于保护珍贵的文物、贵重仪表和计算机柜等。(3)手动报警灭火系统发现火灾，在没有自动装置或虽有自动装置而因故失灵时，操作手动装置打开一个或几个灭火器，或连锁打开多个火火器，扑灭火灾;它适用于自动化程度不高、范围小的保护对象，或作为自动、半自动报警灭火系统的备用辅助手段。2、测爆仪（可燃气体的偶然泄漏和积取程度）（1）热催化原理：在检测元件的作用下，可燃气体发生氧化反应，释放出燃烧热，其大小与可燃气体浓度成正比例。气体→工作室→检测元件上放热→电流计P→指示气样的相对浓度达到预定值→报警。（2）热导原理：利用被测气体的导热性与纯净空气的导热的差异，将可燃气体的浓度转换为加热丝温度和电阻的变化，在电阻温度计上反应出来。（3）气敏原理：气敏半导体检测元件吸附可燃性气体后，电阻大大下降（50KΩ→10KΩ），则与检测元件串联的微安表可给出气样浓度的指示值。3、爆炸抑制装置：（1）原理：检测爆炸前期参数变化（压力、光电、火焰等）判断爆炸危险状态发出爆炸信号与警报启动抑爆剂喷洒装置喷洒抑爆剂（水或卤代烷类物质）抑爆。（2）系统组成：1）爆炸检测装置：<a>要求：反应迅速；动作准确，不受温度、压力、震动等外力因素的影响；<b>传感器：

金属薄膜型压力传感器：检测压力P的变化；光电感应传感器：检测光的变化；2）抑爆剂喷洒装置：<a>原理：收到警报信号，喷洒抑爆剂；<b>分类：不加压填充：强度不高的容器内填充抑爆剂，以雷管起爆，容器破坏，抑爆剂喷出；加压填充：将抑爆剂加压填充，电雷管引爆薄弱部分（破裂板），高压气体（惰性气体如：N2）将抑爆剂从开口处喷出；<c>介质:卤代烷类物质3）系统控制装置：原理：接到警报信号，引爆电雷管；（3）应用：1）抑制密闭空间的爆炸；2）防止火焰在管道中传播；（4）特点：抑爆过程发生在需要防护的装置内；催化检测与热导检测原理图气敏检测电路图第二节爆炸泄压技术

一、泄爆参数本节主要介绍可燃气体和可燃粉尘与空气形成的爆炸性混合物爆炸泄压技术。它只适用于爆燃，不适用于爆轰，也不适用于由于外部火焰或暴露于其他火源中而产生过大内压的包围体泄压。对于有毒性、腐蚀性物质及火炸药的爆炸，不适用于本章的爆炸压力泄放。泄爆有关参数有：1.泄爆压力与泄爆压力上升速率泄爆时，包围体内的压力因泄爆而降低，但又因爆炸物在继续爆炸而升高，二者综合的结果是减小了泄爆时的压力上升速率，使爆炸压力上升到一最大值，即泄爆压力，然后随时间不断降低。如果泄爆面积相当大，泄爆压力上升速率会下降到零，甚至负值，即包围体内压力在泄压口打开后立即下降。在所有爆炸物浓度范围内泄爆压力、泄爆压力上升速率值中最大的值即为最大泄爆压力、最大泄爆压力上升速率，设计经常是用此值。第二节爆炸泄压技术

一、泄爆参数2.开启压力(1)开启静压越小，包围体泄爆越早。泄压面积一定时，低开启压力比高开启压力产生的泄爆压力小，如果要达到同样大小的泄爆压力，则开启压力小的，所需泄压面积小。(2)开启压力要受工艺要求的制约。开启压力太小，稍受干扰(如大气流动对泄压盖会产生吸力等)就打开泄爆口，影响生产操作。(3)泄爆盖质量愈大，惯性越大，需要的开启静压就越大，打开的时间也越长。3.爆炸指数Kmax(1)爆炸指数Kmax愈大，最大压力上升速率愈大，则需要更大的泄压面。(2)爆炸性混合物的爆炸特性差别较大，而且测试条件不同，其爆炸性差别甚大，最好设计前将试样送往专门机构测定。第二节爆炸泄压技术

一、泄爆参数4.粉体分布均匀程度计算泄压面积的诺谟图，是根据爆炸容器内粉体均匀分布试验得出的。如果粉体分布不均匀，所需泄压面积比诺谟图计算出的要小。5.泄爆反坐力包体的支撑结构应能承受泄压时作用于泄压口对面的反坐力。当反坐力由公式计算出来后，应将它换算成当量静载荷(Feq)。动载荷系数a主要决定于tF/T，T为包围体振动周期，tF为后坐力持续时间。不同材料和结构各异，a取值约为0.52-1.6，脆性材料取上限。第二节爆炸泄压技术

一、泄爆参数6.最大火焰长度Stl、St2级粉尘与空气均匀分布的混合物，最大泄爆压力不大于0.1MPa，包围体为立方体则不均匀分布的Stl、St2级粉尘，其最大火焰长度随泄压的立方形包围体容积(V>=10m3时）的增大而减小：第二节爆炸泄压技术

一、泄爆参数7.泄压口外爆炸压力对St1级均匀粉尘云，最大泄爆压力小于等于0.1MPa、开启压力小于等于0.01MPa时，在立方形储罐的泄压口外距离为0.25倍的最大火焰长度处，出现最大压力，其值可由下式估算：第二节爆炸泄压技术

一、泄爆参数8.包围体强度在设计包围体强度时，首先应知道该包围体最弱部分的强度和要求的安全水平。如果发生爆炸，包围体除了不允许破裂外，是否允许存在永久非弹性变形如图4-11-1。如果不允许，则为耐压强度安全水平，如果允许则是抗爆强度安全水平。二者不同之处是，前者包围体要求能承受最大爆炸压力，市后者最大允许应力不得超过屈服强度极限第二节爆炸泄压技术

二、泄爆设计1.泄爆方法的复审由于泄爆方法成本低而且较易实现，所以人们往往首先想到采用它。但在设计之前，应根据实际重新审查是否应采用泄爆技术。主要考虑的问题是：①需泄爆的粉尘、气体是否有毒而不宜采用泄爆技术；②周围环境是否有易燃易爆物或公共场所不宜泄爆；③是否采取其他防爆方法，而可不用泄爆技术，更为方便和经济，也能达到安全的目的；④泄爆技术只能适用于爆燃，而不能适用于爆轰。第二节爆炸泄压技术

二、泄爆设计2.设计依据在进行泄爆设计时主要依靠以下参数⑴爆炸指数Kmax、或爆炸St等级；⑵操作温度和压力；⑶生产中压力波动情况，有否反向压力变化情况；⑷要求的开启压力和耐温度数；⑸泄爆口尺寸；⑹包围体容积及其长径比；⑺特殊和通常的操作条件；⑻允许的最大泄爆压力；⑼包围体的材料及其强度；⑽有关的泄爆膜强度；⑾有关泄爆框的材料；⑿所需泄压的总面积；⒀安装条件及尺寸等。第二节爆炸泄压技术

二、泄爆设计3.泄爆位置及其布局泄爆口应尽可能接近可能产生点火源的地方；应避免因泄爆引起伤人和点燃其他可燃物，因此应泄向安全区域，不要向易燃易爆公共场所或常有人去操作的或过路的地方泄压；应尽量在包围物顶部或上部泄放；侧面泄压时尽可能不采用玻璃，必要时可设置挡板以减小伤害力。泄爆口布局应均匀，最好对称开设，以消除后座力。4.泄爆装置选择和设计⑴对于建筑物没有保温、保湿特殊要求时，以无覆盖物的敞口泄压效率最高、最经济，百叶窗次之。如果密闭与开启压力要求严格、操作压力高、泄爆频率不大，一般以采用爆破片为宜，否则采用泄爆门。⑵包围体的泄爆门总重(包括隔热材料和固定安装的硬件)应尽可能轻，般不应超过10kg/m2，但应避免外面风力吸开，故泄爆门可能达97kg/m2，甚至在强烈风暴地区增大到146kg/m2。第二节爆炸泄压技术

二、泄爆设计4.泄爆装置选择和设计⑶侧面泄压时尽可能不采用玻璃，否则应设置挡板以减小伤害力。⑷泄爆门的门必须设计和安装成可以自由转动，不受其他障碍物的影响。⑸泄爆口必须设置栏杆，以免人落入。⑹要避免积雪结冰改变泄爆门的开启压力。⑺泄爆口应靠近可能产生引爆源的地方；应尽量在体顶部或上部泄爆。不得泄向易燃易爆危险场所，以免点燃其他可燃物；不得泄向公共场所以免因泄爆引起伤人。5.泄爆面积计算方法的选择泄爆面积计算是泄爆设计的中心环节，是采用泄爆技术安全和经济与否的关键。因为泄爆面积过小，最大泄爆压力将超过包围体的强度要求，使包围体遭到破坏。如果泄爆面积过大不仅不经济而且泄爆口往往无处可设。由于计算方法有很多种，但都不都适用于一切情况，故需要选择使用。第二节爆炸泄压技术

二、泄爆设计5.泄爆面积计算方法的选择泄爆面积的计算，要根据该包围体最弱部分的强度来选择。⑴根据包围体的强度选择高强度包围体泄压面积计算法或低强度包围体泄压面积计算法。高强度包围体系指能抵御最大泄爆压力Pred>0.01MPa的包围体，低强度包围体的最大泄爆压力Pred<0.01MPa。⑵可燃气体的爆炸泄压面积计算用气体泄爆诺漠图或用气体爆炸泄压面积的计算公式。⑶可燃粉尘云、混杂混合物爆炸泄压面积的计算用可燃粉尘云泄压诺谟图。如已知粉尘的爆炸指数Kmax，则可用爆炸指数诺谟图法，如不知Kmax或欲采用更大的安全系数时可用粉尘爆炸等级诺谟图法。第二节爆炸泄压技术

三、高强度包围体爆炸泄压(一)粉尘爆炸泄压1.爆炸指数Kmax诺谟图法⑴使用范围①最大泄爆压力在0.02~0.2MPa之间；②开启压力为0.01或0.02或0.05MPa；③最大爆炸指数Kmax在1-60MPa.m/s之间；④Stl、St2级粉尘其最大爆炸压力小于1.1MPa或St3级粉尘其最大爆炸压力小于1.3MPa。⑤包围体容积不大于1000m3；⑥包围体长径比不大于5；⑦无泄爆管相连；⑧初始压力为大气压，初始压比大气压不大于0.02MPa时也可应用。⑵计算依据的参数①最大泄爆压力；②包围体容积；③爆炸指数Kmax；④泄爆装置的开启压力。第二节爆炸泄压技术

四、低强度包围体爆炸泄压(二)低强度泄爆方程1.适用条件(1)最大泄爆压力不大于0.01MP，最大不能超过0.02MPa，且最大泄爆压力至少超过开启压力0.0025MPa；(2)泄爆盖的开启压应尽可能低，当开启压力低至0.001或0.0015MPa时，应考虑室外风的吸开问题。(3)泄爆口应均匀分布，设在长形包围体的一端。2.低强度泄爆推荐方程式中：Av-泄爆面积，m2；As-包围体总内表面积(包括地板和天花板，但不包括隔墙)，m2Pred.max最大泄爆压力，kPa。P0-初始环境压力，kPa；C-泄爆方程常数。值根据爆炸等级采用表4-11-3的推荐值，亦可根据爆炸指数Kmax的大小而采用表4-11-4的推荐值。第二节爆炸泄压技术

四、低强度包围体爆炸泄压(二)低强度泄爆方程2.低强度泄爆推荐方程如果初压为大气压，则上式为：第二节爆炸泄压技术

五、管道、通道或长形容器的泄爆本节应用于操作压力接近大气压(0.1MPa±0.02MPa)的管道、通道和长径比L/D>5的长形容器泄爆。（一）概述1.长形容器泄爆特点(1)长径比L/D比值大的长形包围体中，火焰的加速度会增大，甚至会发生爆轰，因此，泄爆面积取大一些为好。(2)如一个泄压孔的泄压面积超过管道横截面积，其泄压效果与泄压面积等于管道横截面积的效果相同。因此管道的横截面积是最大有效泄压面积。(3)通道中常有产生紊流的附属物，如阀门、弯头和其他填充物，这会使火焰突然加速，引起压力迅速增大。第二节爆炸泄压技术

五、管道、通道或长形容器的泄爆(4)在与管道或通道相连接的容器中，可燃混合物点燃后会在火焰前沿产生很大的紊流，并将管道或通道内的气体预压缩，当火焰前沿到达管道或通道入口时，就得到充分发展的紊流，因此火焰前沿传播到管道或通道内时，形成比在管道或通道内以火花点燃爆炸性合物猛烈得多的初始条件。(5)如果火焰前沿从没有适当泄压的管道或通道中传播，当进入含有可爆粉尘云的包围体或容器中，形成喷射火焰，即一个强点火源射进此包围体，则容器以任何大的泄爆面积都是不够的。2.泄爆口设置(1)泄爆口应尽可能设在靠近点火源的地方。第二节爆炸泄压技术

五、管道、通道或长形容器的泄爆(2)管道中有障碍的地方会产生或增加紊流度，加速火焰传播，迅速增大压力，一般应在障碍物两边设置泄爆口，对最大泄爆压力小于0.02MPa和两个泄爆面积都等于管道截面积的泄爆口，应设在障碍物的两边，距障碍物的分别为3倍管径和6倍管径的地方。当最大泄爆压力大于0.02MPa时，则两泄爆口应在障碍物两边3倍管径外。障碍物是指弯头、T形管、分流器、孔板、阀和任何对管道或通道有5%横截面积阻碍的附件。3.泄爆口面积每个泄爆口的面积等于管道的截面积，因为横截面积是每个泄爆口的最大有效泄爆面积。管道或通道可设一个或多个泄爆口。第二节爆炸泄压技术

五、管道、通道或长形容器的泄爆4.容器与管道连接对可能发生爆炸的容器相连接的管道或通道，都要设置泄爆口。对于气体和St3级粉尘，其泄爆口至容器的距离不应大于两倍管径。对St1、St2级粉尘亦应逐个评估以确定是否有必要设置附加的泄压口。5.泄爆孔关闭物要求泄爆盖的质量不应超过10kg/m2，开启压力要尽可能低于最大泄爆压力的设计值。低强度泄爆时，开启压力最大不能超过最大泄爆压力设计值的一半。第二节爆炸泄压技术

六、泄—闭型泄爆设计泄-闭型是指管道、通道或长形容器只在一头泄爆的类型。1.长径比的最大限度图4-11-14用来对泄-闭型平直管道提出一个避免爆轰的长径比值最大限度。如果超过此限度，就必须增开泄爆口或采用其他防爆措施。如果已知爆炸指数Kmax与管径就可从图4-11-14中查出最大允许长径比，从而求得泄爆口最大允许间距。第二节爆炸泄压技术

六、泄—闭型泄爆设计2.爆燃压力的计算(1)粉尘泄-闭型平直管道、通道或长形容器内，当起始速度小于2m/s时，其内部粉尘爆燃所形成的压力可从图4-11-15查得。第二节爆炸泄压技术

六、泄—闭型泄爆设计2.爆燃压力的计算(2)气体图4-11-16可用来计算在平直管道、通道或长形容器内，丙烷/空气混合物起始速度小于2m/s时，性质与丙烷类似的气体混合物所形成的爆燃压力。如果形成的压力超过容器的强度，则应提供附加泄爆孔。第二节爆炸泄压技术

六、泄—闭型泄爆设计3.开设多泄爆口如使管道中最大泄爆压力不超过0.02MPa。管道内燃烧的粉气混合物初始流速在2~20m/s之间时，可根据图4-11-17查出管道所允许的最大长径比，由此可求得管道最大泄压间距。此图适用于爆炸指数Kmax小于等于30MPa.m/s的粉尘和不超过丙烷1.3倍的气体。对于其它气体有：初速大于20m/s时，对于燃烧速度大于1.3倍的气体，或粉尘爆炸指数Kmax大于20MPa.m/s时，泄压间距不能超过1~2m，或者管道或通道的设计压力必须能抵御爆轰，或者采取其他防爆措施。多泄爆口的位置亦应设置在障碍物的两边。第二节爆炸泄压技术

七、有泄爆导管包围体的泄爆1．泄爆导管泄爆导管是把爆燃物导向指定地点的管道。它必须符合以下要求：⑴泄爆管靠近泄爆装置附近应设同样强度的检查孔，以利维修和清除杂物，且要密闭好。⑵可用轻质保护膜保护雨雪侵入泄爆管，但其所增加的开启压力必须在允许范围内。⑶泄爆管应有较大的截面积和强度，至少要等于泄爆口的面积和至少要等于包围体的强度。⑷泄爆管要尽可能短而直，一般应小于3m。⑸泄爆管尽可能不用弯头，以减小泄爆阻力和泄爆时间。⑹泄爆门外安装泄爆管的容器，其泄爆面积比爆破片外安装泄爆管大，其大小决定于泄爆门的效率。泄爆管截面积必须明显大于泄爆门的有效面积。第二节爆炸泄压技术

七、有泄爆导管包围体的泄爆2．有泄爆导管包围体泄压面积的计算⑴如果容器泄爆口上的爆破片外安装泄爆管，则会引起最大泄爆压力增大，如不允许其增大则必须加大泄爆面积。⑵根据最大泄爆压力Pred.max爆炸指数Kmax、粉尘爆炸St等级、容器容积V、开启压力Pstat求出所需泄爆面积。3．有管道连接的储罐泄爆⑴对于连接管道小于或等于6m、公称管径在300mm以下的有管道连接的储罐且泄压装置的开启静压小于0.02MPa时，可以采用泄爆技术措施进行防爆。否则宜采用其他方法防爆。⑵当储罐容积相差10左右，即储罐容积基本相同时，两个储罐都要按常规泄压；当储罐大小不同时，不仅两个储罐都要按诺谟图泄爆，且耐压强度要增加0.2MPa。⑶如小储罐不能泄压，则其强度按最大爆炸压力设置，较大储罐的泄压面积要加倍，如大储罐不能泄压，则不应采用泄爆技术。第二节爆炸泄压技术

七、有泄爆导管包围体的泄爆4．储罐、料斗和筒仓的泄爆⑴设计时应使储罐、料斗和筒仓的长径(水力直径)比尽可能小些，以减小最大泄爆压力。⑵若包围体长径比小于等于5，对粉尘泄爆面积计算时，包围体的容积应按包围体全部充满粉尘云计算。任何措施都要考虑以加强安全度为好。⑶储罐、料斗和筒仓要尽可能设在顶部泄爆。在侧面泄爆时，装料的最高水平线点泄爆孔位置低。⑷如顶部截面积比所需泄压面积小时，设计时可增大咨器的强度以减小泄压面积，适应实际情况。⑸需要整个顶部作为泄爆用时，应分为若干个泄爆口，并设置支架。将泄爆装置安装在支架上。泄爆装置应尽可能轻，而且要防止漏雨、隔热和防潮。⑹在侧面泄爆时，泄爆口必须相对设置，以消除反冲力。⑺除尘器如清洁段不能满足泄爆面积时，则在灰斗上部装料面以上开设泄爆口。第二节爆炸泄压技术

八、泄爆装置与设施泄爆装置是用来封闭设备的泄压孔，使设备不会因漏气或天气影响正常操作。当设备内可燃混合物发生爆炸时，能在指定的开启压力打开泄压。泄爆设施指用来泄爆的设施，它一般指包围体的敞开口或半敞开口。(一)技术要求泄爆设施与装置是准确实现泄爆的关键。为此，必须满足以下要求(1)有准确的开启压力。如装置实际开启压力的值低于设计值，则会造成误动作，影响生产操作。开启压力实际高于设计值，会使最大泄爆压力增高，包围体可能遭到破坏。(2)较小的起动惯性。一般要求泄爆关闭物单位面积重量不超过10kg/m2。(3)开启时间尽可能短。(4)要避免冰雪、杂物覆盖和腐蚀等因素使实际开启压力值增大。选择耐腐蚀、抗老化和耐高温材料的泄爆装置。第二节爆炸泄压技术

八、泄爆装置与设施(一)技术要求(5)确保安全泄放，避免爆炸装置碎片和高压喷射火焰对人员和设备造成危害。(6)要防止泄爆后包围体内产生负压，使包围体受到破坏。(7)要防止大风流过泄压口时将泄爆盖吸开。(8)泄压口应安装安全网，以免人失误落入，网孔应大一些，以免影响泄爆。(二)类型与标志泄爆装置与设施分类和标志如下：第二节爆炸泄压技术

八、泄爆装置与设施(二)类型与标志泄爆装置又分从动式与监控式。前者为泄爆装置的开启靠爆炸压力波冲开，后者靠电气自动控制系统触发开启，此控制系统包括爆炸信号探测，信号放大与控制部分。从动式比较价廉，简单易行，而监控式泄爆开启压力精度高，有利于实现生产防爆自动控制，当爆炸发生后，全都生产线上各种设备按设计停机，各种防爆设施按原设计开动，使爆炸损坏减少到最低程度。但监控式投资较大，而且监控系统要求严格要避免各种干扰，以免产生误动作影响生产，要有预防万一不能监控的措施，如意外停电等。从动式的装置如与监控系统相连则可变为监控式。(三)产品检验与编号泄爆装置属于防爆的产品，为了向用户负责应由国家指定的专门机构检验合格后方能生产和使用。在产品名牌上标明：防爆产品标志DS、产品型号、检验单位编号No、开启压力。除此以外，名牌上还要标明：泄爆面积、开启静压力、使用压力范围、使用温堪范围、使用介质、生产厂名、出厂日期等。第二节爆炸泄压技术

八、泄爆装置与设施(四)产品说明书包括以下内容：产品性能与技术指标、使用条件、产品结构图、系列规格、部件安装图、修理维护要求、注意避免危险操作、依据的标准名称编号与版别。(五)泄爆装置的选择主要根据生产要求密封程度，设备压力高低、泄爆频率大小、易腐蚀或老化程度、使用年限、温度、安装位置进行选择。对于建筑物没有保温、保湿特殊要求，以无覆盖物的敞口泄压效率最高和最经济，百叶窗次之。如密闭、开启压力要求很严、设备较易腐蚀、高压、频率不大，以采用泄爆膜为宜，否则以采用泄爆门式永久装置为宜。第二节爆炸泄压技术

八、泄爆装置与设施(六)标准敞口泄爆孔标准敞口泄爆孔是无阻碍无关闭物的孔口，也是最有效的泄爆孔，它适用于不要求全部封闭的设备或房间。只要可不考虑恶劣气候、环境污染或物料损失，则最好采用敞口泄压孔。1.百叶窗泄爆口安上固定的百叶窗可看作是近似敞口泄压孔。不过，百叶窗板的存在增加了泄爆阻力，实际上也就是减小了净自由泄压面积。2.飞机库式门大的飞机库式门或屋顶门可安装在有爆炸危险的房间或大楼的侧墙上，当爆炸发生时，这种门可及时打开以提供较大的、无阻挡的泄压孔。必须注意，只有当这种门打开时，此孔口才能算是泄压孔。第二节爆炸泄压技术

八、泄爆装置与设施(七)爆破膜式泄爆装置这种装置的特点是泄爆关键部分为膜或片状材料。同样大小的泄爆面积，控制开启压力大小的关键，在于膜或片的抗拉强度和厚度。泄爆膜是用框固定在包围体上，它是最廉价而且易行的泄爆装置。爆破片的特点是在泄爆膜上刻有沟纹，爆炸时泄爆膜沿沟纹迅速破裂打开，因此开启压力误差小，而且开启时间也短。爆破膜式泄爆装置的优点是泄爆效率高，且开启压力误差是所有泄爆装置中最小的。其缺点是，爆破膜只能一次性使用，在爆炸后要更新，往往还需要停机，工作量大；不能自动关闭，爆炸后空气从泄爆口进入设备，使粉尘继续燃烧；膜易老化、疲劳、腐蚀，故要定期更换，否则容易使开启压力降低，过早泄爆影响生产。第二节爆炸泄压技术

八、泄爆装置与设施(七)爆破膜式泄爆装置1.泄爆膜当生产在大气压下或接近大气压下操作，而且操作不十分严格和复杂，例如一般的粉尘系统，采用泄爆膜装置比较经济易行。这类泄爆装置绝常由两层泄爆膜和固定框组成，但泄爆膜上没有刻切沟纹，因此它的开启压力偏差要比爆破片大一些，开启时间也长一些。下面的一层膜片为密封膜片，通常用塑料膜或铝膜等材料，其上面的金属瓣固定在泄爆框的一边上，当密封的膜爆破后，此金属瓣全部打开而其一边被固定。泄爆膜定期要更换，否则会因污垢等原困提高开启压力或因腐蚀后材料疲劳降低Pstat。泄爆膜的孔径不应太大，以避免容器内压波动，使膜颤动而降低寿命。大多数材料的开启压力随泄爆面积减小而升高，特别是直径小于0.15m时。开启压力随膜的厚度、机械加工的缺陷、湿度、老化和温度有很大变化。开启压力与膜厚成正比。在高温条件下，如需要泄爆口隔热可以采用石棉泄爆片。第二节爆炸泄压技术

八、泄爆装置与设施(七)爆破膜式泄爆装置1.泄爆膜一些可作为泄爆膜和爆破片的材料如表4-11-5所示：第二节爆炸泄压技术

八、泄爆装置与设施(七)爆破膜式泄爆装置2.爆破片爆破片一般由刻有沟纹的膜片和固定框组成，如图4-11-20所示，第1层是固定框，第2层是刻有沟纹的膜片，第3层是密封膜，第4层是网格