火灾气体探测器 (1).doc

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第五章气体探测器

传统感烟、感温火灾探测器在火灾探测中起到了重要的作用，而且也在不断发展完善，但是还并不能让人满意。它们本质上以火灾的烟雾浓度和温度等物理特性作为测量的对象，而燃烧的材料种类、燃烧状况、灰尘、水汽和热源等很多因素都会显著的影响到这些参数，从而影响了常规探测器的可靠性，使之容易产生误报，甚至对特定的火灾不响应。例如，针对温升的探测器对阴燃火没有响应，某些感烟探测器对酒精火等也没有响应等等。

石油联合企业、煤矿、化学工厂等单位不断发生气体泄漏、爆炸事故、引发火灾，大气污染日趋严重，普通家庭也常有气体中毒事故。为了防止气体事故发生，对CH4等爆炸性气体的检测与控制势在必行，因而需要研制检测气体的传感器和研究各类气体的检测方法。

绝大多数液体或固体材料在燃烧初期，都产生CO、CO2等标志性气体，因而通过探测CO、CO2等火灾气体产物，可以实现早期火灾探测。由于在正常情况下，环境中的CO背景干扰性气体较少，因此相对于感烟、感温探测器，火灾气体探测器的环境影响因素大大减小。

气体探测技术比感温感烟的技术要复杂且昂贵，因此气体探测一直处于可望而不可及的境地。国外从30年代开始研究开发气体传感器，早期气体传感器主要用于煤气、液化石油气、天然气及矿井中的瓦斯气体的检测与报警，后来火灾领域的研究人员开始借助这些技术来检测火灾中产生的各种气态产物。近年来，由于气体传感技术有了长足进步，气体探测技术正面临着一个蓬勃的发展时期。在AUBE’99和AUBE’01火灾自动探测国际学术讨论会上，有多篇论文涉及气体探测，其中主要是CO气体探测以及烟温气复合探测技术。

第一节可燃气体和火灾中的气体产物

一、可燃气体

在石油、煤矿、化工厂等企业单位，油气泄漏使环境中存在易燃易爆气体，居民家庭煤气、液化气泄漏也偶有发生，容易引起火灾爆炸事故，给生产生活带来很大的威胁。为了防止爆炸的发生，需对易燃易爆气体的浓度进行检测，以便浓度超标时及时采取措施。在生产过程中，可燃气体泄出可能使工作场所的新鲜空气逐渐被取代，以致于全部被可燃气体充满。在图5-1中，根据空气与可燃性气体混合气体的比例，将可燃性气体的浓度分成三个区域：低于最低爆炸极限LEL（LowerExplosiveLimit）的欠量区；最低爆炸极限LEL与最高爆炸极限UEL（UpperExplosiveLimit）之间的爆炸区；高于最高爆炸极限的富量区。

图5-1可燃性气体与空气混合燃烧爆炸的三个区域

欠量区：空气混合气体中可燃性气体的浓度从0到LEL这个区域中，由于可燃性气体的浓度比较低，此时即使具备足够的点燃能量，也不会产生爆炸；

爆炸区：上述混合气体中可燃性气体的浓度处于LEL及UEL之间这个区域中，只要具备足够的点燃能量，就必然产生爆炸；

富量区：如上述混合气体中可燃性气体的浓度高于UEL，此时，由于空气（实际是氧气）含量过低，因此也不具备爆炸条件，但是当外来空气的不断补入时，又将返回“爆炸区”，因此，“富量区”的混合气体也是十分危险的。

常见各种可燃气体的爆炸界限见表5-1。

表5-1可燃气体的爆炸界限

物质名称

分子式

爆炸界限

爆炸等级

下限%

上限%

城市煤气

5.0

?

2

液化石油气

2.0

12.0

1

甲烷

CH4

5.0

15.0

1

丁烷

CH3(CH2)2CH3

1.8

8.4

1

乙炔

C2H2

2.5

81.0

3

乙烷

C2H6

3.0

12.4

苯乙烷

C6H5C2H5

1.0

6.7

乙烯

C2H4

2.7

36.0

2

氯乙烷

C2H5Cl

3.8

15.4

聚乙烷

CH3CHCl

3.6

33.0

1

氧化丙烯

CH3CHCH2O

2.1

21.5

环丙烯

C3H6

2.4

10.4

氢

H2

4.0

75.0

3

丁二烯

C4H6

2.0

12.0

2

丁烯

C4H8

1.6

9.7

1

丙烷

CH3CH2CH3

2.1

9.5

1

丙烯

C3H6

2.4

11.0

1

n-戊烷

C5HL2

1.5

7.8

1

n-正已烷

C6HL4

1.2

7.5

1

醋酸乙酯

CH3COOC2H5

2.1

11.5

1

醋酸丁酯

CH3COOC4H9

1.7

7.6

1

汽油

1.4

7.6

1

煤油

0.8

?

1

二、火灾中的气体产物

火灾产生的气体成分是复杂多样的，包含完全燃烧产物，如CO2和H2O；以及不完全燃烧产物，如CO、气态碳氢化合物及醇类、醛类、酮类、酸类、酯类；如果可燃物中还含有其他元素，例如S和卤素（F、Cl、Br），则产物中就会包含硫的氧化物以及卤素的化合物。

对于绝大多数可燃物，均含有C、H元素，其在空气中阴燃热解或明火燃烧时，气态燃烧产物的主要成分为H2O、CO和CO2。国内外的研究