新型燃气安全控制器方案与技术特征 吴　　康 摘要：本文主要介绍管道燃气(媒气)的安全保护装置-新型燃气安全控制器设计方案,并从比较中突出其技术特征的新型性作分析,同时又对装置的安装技术作以说明. 关键词：气体泄漏、浓度控制、灵敏度、选择性、电磁阀 一、前言 几乎在每一个重要工业、家庭生活之中，人的生命财产每时每刻都受着所聚集的有害、有毒物质的威胁造成此类危害的原因有三类物质，即有害气体，可燃气体和缺氧。 前几年,用于监控此类有害有毒气体的仪器或装置为数不多，但技术和设计的进步使气体浓度监控前的性能与种类得以改进与增多。从而使气体泄漏浓度的监控更准确、可靠，除具有声光报警外还具有电磁伐的自动控制，以自动切断气源，这将普遍应用于家庭、化工、矿区、油田、仓库和国防等各个领域。现代电子技术和新型气敏传感检测技术电磁阀控制技术的发展，使上述要求得以逐步实现，而当务之急是如何解决千家万户家庭使用煤气或天然气因泄漏对人体中毒、窒息或爆炸的危害。 为此,数年前就开始对FSC-1燃气安全控制器的研制。本文以管道媒气安全保护装置为重点，,对新型燃气安全控制器方案与技术特征作分析说明。 1、 设计指导思想 1.1燃气安全控制器的研制，主要保证千家万户使用管道煤气，天然气发生泄漏时，可防止人身中毒、伤亡、爆炸、恶性事故的发生。除此以外，还进一步扩展到环保节能等领域即煤矿（瓦斯）、化工、（氯气CO等），国防仓库（导弹液体燃料编硝酸二钾仓库）等，凡是有气体泄漏领域处的应用。需要指出的是该项目的研制是符合并加速气敏传感器的推广应用。 1.2根探国内外现状和以往前几年的教训，燃气安全控制器的设计指导思想是:必须要解决可靠性和实用性二大难题 1.21可靠性问题主经是指要确保该装置对煤气泄漏有较高的选择性和灵敏度。 所谓较高的选择性，即只对煤气敏感，而不对油烟、香烟、酒精等其它杂质气体敏感，确保不发生误动作、误报警。 所谓灵敏度，即要保证对煤气泄漏浓度在≤002％(200PPm)～0.04％(400PPm)-国家安全标准浓度时，就能自动接通电磁阀并切断管道气源，亦同时发生声光报警和自动打开然风扇或排油烟机。 1.22实用性问题 主要指该装置能控制串接于管道上的电磁阀，即能真正当煤气泄漏时自动切断管道气源，真正的制止人身中毒恶性事故的发生。这与以往单纯的煤气报警器，光报警而且又是误报警，有本质的区别。该升级换代的产品可称之为煤气管道安全使用的新一代电一体化安全保护装置。 2、 本任务主要技术性能及其确定的依据 2.1燃气安全控制器主要技术指标 2.11监控灵敏度 * 煤气0.02%～0.04% CO浓度，即200ppm～400PPm CO浓度 * 天燃气：爆炸点下限的1/3-1/5浓度 2.12响应时间：<30S 2.13恢复时间：<30S 2.2、指标确定依据 2.21监控灵敏度的确定，是根据国家劳动安全部门、环保部门制定的一氧化碳(CO)对人体危害情况表（见下表）所知，只有空气中含一氧化碳(co)浓度在500ppm，即0.05%(co)浓度以下时，人身才是安全的。一气化碳(CO)对人体危害情况见表1所示。 2.22 响应时间与恢复时间≤30S的确定。是根据既要保证监控器灵敏度又要不发生误动作、误报警所需要的时间延迟。 3、 国内外同类产品研制和应用情况 据初步调查研究： 3.1国外少数较大的燃气安控设备公司。虽然产有对CD浓度检测精度可达1ppm的工业用报警装置。但亦没有带电磁阀的专用装置。 3.2国内少数企业虽则也有同类产品，但不是价格昂贵就是监控技术指标达不到安全标准，为此均极大影响推广使用。 3.3而当今国内市扬上销售的各种煤气报警器，普遍存在三大问题。 其一,是可靠性差，原因是采用的气敏传感器选择性差，有些虽然能对煤气泄漏报警，但亦同时对油烟、香烟、酒随精等多种杂质气体敏感.因而误报警经常出现。以至于用户厌恶甚至于干脆不使用、不安装。 其二，实用性差，不能驱动控制电磁阀，无法实现自动切断气原的目的。 其三，即使目前市场上少数企业有正在试制或销售带电磁阀监控器，但其监控器灵敏度均不能达200ppm-400ppm CO浓度安全技术指标。其原因是： *气敏传感器及其检测技术的灵敏度低。 *测试方法与手段的不科学性，以至于无法保证当泄漏煤气的一氧化碳(CO)浓度≤200PPm～400PPm时，不能起监控作用。 4、 所采用设计方案的工作原理及其依据条件 4.1、本装置的方案框图见图1所示,从框图可以看出该装置器是一种属于对泄漏气体(煤气或天然气、石油液化气)浓度进行敏感检测的开环控制装置。 4.2、工作原理简述 通过传感器检测对泄漏气体进行敏感，并将化学量转换电量。经过取样，使其换算成电压模拟量，并与设定的监控灵敏度相比较转换成数字量，以便去控制电磁阀及排油烟机或风扇的动作并进行声光报警及浓度LED显示，达到无接点火花的开环控制,即自动切断管道气源,自动打开排风扇和进行紧急报警。为确保灵敏度和高可靠的一致性，故在取样环节之后又增设缓存环节来实现。 4.3、组成和特点 FSC—1型燃气安全控制器由挂壁式监控器和串接于管道的电磁阀两部分组成(见图2部件外形示意图)。监控器采用国外最先进的传感器与检测技术及集成控制技术，能准确无误地声光报警和自动控制。电磁阀(见图3所示)采用自动和手动兼容的技术结构，低电压(+12V)控制，无接点火花，能安全可靠地自动或手动开闭气源。 整个安全装置具有体积小，功能全、寿命长、安装方便等特点。尤其是在煤气管道安装时不增任何器件和工作量。当煤气泄漏超过监控浓度≤0.04%-0.05%-国家安全标准浓度)时监控器立即发出紧急报警，自动切断管道气源，自动打开脱油烟机或排风扇，有效地防止人身中毒，伤亡和爆炸等恶性事故的发生。 5、本设计方案的先进性合理性经济性 5.1气敏传感器.采用当今最新型的半导体气敏传感器,其特点是： *重复性与一致性比较好,即反复敏感捡测多次,其误差率在±1%. *灵敏度高而且选择性好，探测范围50-1000 PPm,其灵敏度特性曲线见图4所示。 上图4中的特性曲线由费加罗气体传感器的敏感度由气体浓度的变化与传感器阻抗的变化之间的关系决定，并用对数函数表示。在这特性曲线中，Y轴已被每一类型的传感器在特定条件下传感器的阻抗Ro标准化，它表示了传感器的阻抗比Rs/Ro，而非传感器的阻抗值(Rs)，X轴为气体浓度(PPm)。本特性曲线表示高选择性CO(一氧化碳)气体传感器的典型特性。对于不同类型的可燃气体传感器其特性曲线在某一范围内有所不同。 5.2 采用设定与比较的程式，既解决了按规定的指标将采样的模拟量转换成数字量，又达到了分别对电磁阀，排风扇（或排油烟机）和声光报警、浓度LED显示,进行实时控制的目的，起到既合理又经济的效果。 5.3与其它那种价格昂贵高选择性的CO工业气敏传感器相比较，其传感器的灯丝电压不需要采用清洗与加热交替的供电系统，因而本监控器供电部份而且简单而且元器件少。 5.4 对电磁阀驱动与控制，采用体积小。集成度高、无接点火花的集成度高的器件来实现。 5.5测试设备采用了最科学而且又简便的标准气源测试法来实现，大大有利于降低开发与生产成本，确保技术措标监控灵敏度调试的正确性和产品的质量。 5.6、新型膜片自动与手动兼容方式的KDF电磁阀(外形见图3所示),并以此取代煤气表前的手动煤气开关。即不增加煤气管道的部件，又安全可靠便于操作，具有经济实用价值。 KDF精巧型煤气电磁阀是一种新型膜片直动常开式电磁阀，集手动、电动于一体，结构简单，性能优越。 5.61结构特点 * 根据CO浓度进行自动控制，即当CO泄漏浓度到达0.02%(200PPm)-0.04%(400PPm)时, 电磁阀线圈通电，衔铁在电磁力作用下，带动膜片关闭阀门,自关闭管道气源。平时线圈不通电时膜片在介质(气源)压力下被顶开，气路畅通为常开，亦可用手轮通过调节手动关闭阀门，具有自动与手动兼容功能门的管道燃气用电磁阀。 * 本阀采用膜片密封, 泄漏低。 * 安全、可靠,无接点火花,工作电压为+12V低压。 5.62主要技术参数 * 公称通径(煤气):DN5mm * 公称压力(煤气):PN 0.03MPa * 工作压差(煤气)：0～0.03MPa *使用介质：可燃气体(煤气、天燃气、液化气等, 当介质为天燃气、液化气时与煤气的公称通径与公称压力不同,应作调整) *使用温度：0～110℃ *电源电压：DC 12V *功率消耗，≤10W *泄漏量 :符合国家标准 6、技术关键 6.1采用最先进而成本低的集成传感器及其控制技术，解决一氧化碳（CO）低浓度 200ppm-400ppm的检测。 6.2电磁阀设计既要符合国家标准，又要限定于民用价格的范围。 6.3既是最科学又是实用方便的标准气源测试法。 7、安装和使用。图5为FSC—1型燃气安全控制器安装示意图。 7.1对于带束节的3/4”管电磁阀应串接于1吋煤气管与煤气表之间，此安装由煤气公司在安装管道煤气时负责解决，即将煤气表前的手动开关由电磁阀取代。 7.2对于接口直径为1/2”通径为6mm的电磁阀应串接于煤气灶前与铜球阀之间，或将电磁阀取代铜球阀。 7.3监控器安装。应挂于距离煤气灶为1～3m(实际距离按用房厨房面积的大小而定，厨房大为3m，厨房小为<1m)，离厨房顶板为30cm的下风口墙壁之处。 7.4监控器应避免置于高温及油烟气直接烘烤的地方。 7.5脱油烟机或排风扇手动检查。将脱油烟机或排风扇的电源线插头插入带开关的接线板上，并将接线板上手动开关置于“开”位置，则脱油烟机或排风扇有AC 220V输入，排油烟机工作或排风扇工作。然后，再将手动开关置于“关”位置，以处于自动状态。 7.6将电磁阀的信号插头插入监控器后背的“阀门”扦座上。 7.7接通监控器面板的电源开关，前面板上电源指示灯(绿)亮，监控器进入监控状态。 8、FSC-1技术应用前景与拓宽 8.1小区与智能化高层搂宇集散型安全监控网络系统的应用 本FSC—1型燃气安全控制器非但能单独用于千常万户，而且随着小区与智能化高层搂宇安全(防盗、防火、防燃气泄漏等)集散监控糸统的发展，可应用本装置的接口与系统USB.2技术阻成网络糸统(见图6示意)。这是必然的应用 8.2该装置的检测控制技术是一种通用性技术，可灵活扩展到环保节能等领域即煤矿（瓦斯）、化工、（氯气CO等），国防仓库（导弹液体燃料编硝酸二钾仓库）等凡是有气体泄漏领域处的应用，在实际应用只需要很方便的更换各专用半导体可燃气体传感器，则就可在各种工业安全场合获得使用。