KQ500气体探测报警系统技术方案解读.docx

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KQ500气体探测报警系统技术方案解读

KQ500气体探测报警控制系统

技术方案

河南英特电气设备有限公司

二○一一年八月

目次

前言……………………………………………………………………………………………3

1.参照标准……………………………………………………………………………………4

2.术语，符号……………………………………………………………………………………4

2.1.术语……………………………………………………………………………………4

2.2.符号……………………………………………………………………………………5

3.一般概念……………………………………………………………………………………5

3.1气体性质概述……………………………………………………………………………5

3.2气体传感器……………………………………………………………………………7

4.系统特点……………………………………………………………………………………9

5.系统功能……………………………………………………………………………………9

6.系统组成……………………………………………………………………………………9

6.1气体报警控制器………………………………………………………………………10

6.2气体探测器……………………………………………………………………………12

7.系统安装说明………………………………………………………………………………15

7.1气体报警控制器安装说明……………………………………………………………15

7.2气体探测器安装说明…………………………………………………………………16

7.3注意事项………………………………………………………………………………17

7.4维护和保养……………………………………………………………………………17

7.5墙面安装示意图………………………………………………………………………17

8.包装运输和储存……………………………………………………………………………18

前言

随着工业化的发展，有毒有害气体及易燃易爆气体已经成为我们在生产和生活中不得面对的危险来源。

包括石化企业、化工行业、环保应急事故、恐怖袭击、危险品储运、垃圾填埋乃至城市污水处理、各类地下管线等等各个方面，特别是石油化工和一些化工企业是有毒有害气体及易燃易爆气体存在较为普遍的场所，从原材料、生产过程、产品储运等各个方面都会发生易燃易爆气体、有毒有害气体的发生和泄漏，我们可能在不知不觉中就会受到危险气体的威胁。

以人为本的观念需要我们随时随地关心我们的健康和安全，各类泄漏爆炸又不断造成社会危机和公共财产的破坏，环境保护的监控及环境应急事故的处理也越来越多地摆在各级政府、事故处理队伍的面前，因此各种有害气体及易燃易爆气体报警仪器渐渐成为工业安全中必不可少的防护设备。

1.参照标准

GB 2421　电工电子产品基本环境试验规程　总则

　　GB 3836.1　爆炸性环境用防爆电气设备　通用要求

　　GB 3836.2　爆炸性环境用防爆电气设备　隔爆型电气设备“d”

　　GB 3836.4　爆炸性环境用防爆电气设备　本质安全型电路和电气设备“i”

　　GB 4798.10　电工电子产品应用环境条件　导言

　　GB 4857.5　运输包装件基本试验　垂直冲击跌落试验条件

GB 16808-1997　可燃性气体报警控制器技术要求和试验方法

GB 15322.7-2003　可燃气体探测器第七部分：

先行可燃气体探测器

GB12358-90作业环境气体检测报警仪通用技术要求

JJG693-2004　中华人民共和国计量检定规程可燃气体检测报警器

SH3063-1999石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范

2.术语，符号

1.

2.

2.1.术语

1.

2.

2.1.

2.1.1.检测范围

报警仪在试验条件下能够测出被测气体的浓度范围。

2.1.2.检测误差

在试验条件下，报警仪用标准气体校正时，指示值与标准值之间允许出现的最大误差。

2.1.3.稳定性　　

在试验条件下，报警仪保持一定时间的工作状态后性能变化的程度。

2.1.4.响应时间

在试验条件下，从检测器接触被测气体至达到稳定指示值的时间。

通常，读取达到稳定指示值90%的时间作为响应时间。

2.1.5.恢复时间

在试验条件下，从检测器脱离被测气体至恢复监视状态的时间。

通常，读取恢复到稳定指示值10%的时间作为恢复时间。

2.1.6.零气体

不含被测气体或其他干扰气体的清洁的空气或氮气。

2.1.7.标准气体

成分、浓度和精度均为已知的气体。

2.1.8.精确度

仪器读数和实际浓度的差异的百分数。

精确度可以以仪器的满量程、一个实际读数的百分数或者一个数值为基础

2.1.9.分辨率

可以被仪器可靠地检测到的最低浓度。

2.1.10.漂移

与测量浓度无关的仪器读数缓慢地或长期的变化。

2.2.符号

ppm：

指的是百万分之。

如5ppm一氧化碳指的是空气中含有百万分之5的一氧化碳。

LEL：

指的是气体爆炸下限的浓度。

如10%LEL指的是达到了气体爆炸下限浓度的10%

VOL：

指的是气体体积百分比。

如5%VOL指的是特定气体在空气中的体积占5%。

TWA：

8小时统计权重平均值

指人暴露在此浓度下工作八小时不致有不良反应。

STEL：

短时间平均允许浓度

人连续暴露在此浓度下任何15分钟，不致有下列情况：

不可忍受之刺激

慢性或不可逆之组织病变

麻醉昏晕作用，意外事故增加之倾向或工作效率之降低

3.一般概念

3.1.常见气体性质

一氧化碳（carbonmonoxide,CO）纯品为无色、无臭、无刺激性的气体。

分子量28.01，密度0.967g/L，冰点为-207℃，沸点-190℃。

在水中的溶解度甚低，但易溶于氨水。

空气混合爆炸极限为12.5%～74%

凡含碳的物质燃烧不完全时，都可产生CO气体。

在工业生产中接触CO的作业不下70余种，如冶金工业中炼焦、炼铁、锻冶、铸造和热处理的生产；化学工业中合成氨、丙酮、光气、甲醇的生产；或生产使用含CO的可燃气体（如水煤气含CO达40%，高炉与发生炉煤气中含30%，煤气含5%～15%），都可能接触CO。

炸药或火药爆炸后的气体含CO约30%～60%。

使用柴油、汽油的内燃机废气中也含CO约1%～8%

一氧化碳（CO）是一种对血液和神经系统毒性很强的污染物。

空气中的一氧化碳（CO），通过呼吸系统，进入人体血液内，与血液中的血红蛋白（Hemoglobin，Hb）、肌肉中的肌红蛋白、含二价铁的呼吸酶结合，形成可逆性的结合物。

       一氧化碳对机体的危害程度，主要取决于空气中的一氧化碳的浓度和机体吸收高浓度一氧化碳空气的时间长短。

一氧化碳中毒者血液中的碳氧血红蛋白（COHb）的含量与空气中的一氧化碳的浓度成正比关系，中毒的严重程度则与血液中的碳氧血红蛋白（COHb）含量有直接关系。

如果空气中的一氧化碳浓度达到10ppm，10分钟过后，人体血液内的碳氧血红蛋白（COHb）可达到2%以上，从而引起神经系统反应，例如，行动迟缓，意识不清。

如果一氧化碳浓度达到30ppm，人体血液内的碳氧血红蛋白（COHb）可达到5%左右，可导致视觉和听力障碍；当血液内的碳氧血红蛋白（COHb）达到10%以上时，机体将出现严重的中毒症状，例如，头痛、眩晕、恶心、胸闷、乏力、意识模糊等。

由于一氧化碳在肌肉中的累积效应，即使在停止吸入高浓度的一氧化碳后，在数日之内，人体仍然会感觉到肌肉无力。

一氧化碳中毒对大脑皮层的伤害最为严重，常常导致脑组织软化、坏死。

一氧化碳中毒对心脏也能造成严重的伤害。

当碳氧血红蛋白（COHb）达到5%以上时，冠状动脉血流量显著增加；COHb达到10%时，冠状动脉血流量增加25%，心肌摄取氧的数量减少，导致某些组织细胞内的氧化酶系统活动停止。

一氧化碳中毒还会引起血管内的脂类物质累积量增加，导致动脉硬化症。

动脉硬化症患者，更容易出现一氧化碳中毒。

2.5%，甚至1.7%的碳氧血红蛋白（COHb），就可能使心绞痛患者的发作时间大大缩短。

人体内正常水平的COHb含量为0.5%左右，安全阈值约为10%。

当COHb含量达到25%～30%时，显示中毒症状，几小时后陷入昏迷。

当COHb含量达到70%时，即刻死亡。

血液中的COHb含量达到30%～40%时，血液呈现樱红色，皮肤、指甲、粘膜及口唇部均有显示。

同时，还出现头痛、恶心、呕吐、心悸等症状，甚至突然昏倒。

深度中毒者出现惊厥，脑和肺部出现水肿，心肌受到损害等症状，如不及时抢救，极易导致死亡。

无论何种煤气都含有一定浓度的一氧化碳，只不过所占的体积百分比不同，但一氧化碳的检测单位是ppm级，1ppm等于百万分之一的体积比。

以焦炉煤气为例：

焦炉煤气中的一氧化碳体积百分比为8.6%，对应等于86000ppm，浓度之高可见一斑。

目前国内也有一些企业一氧化碳检测单位是mg/立方米，1mg/立方米=0.8ppm。

钢铁企业发生的中毒事故绝大多数是由于一氧化碳中毒造成的。

一氧化碳（CO）无色无臭、比空气较重、有毒性，属血液性窒息性气体。

一氧化碳同时还具有爆炸性，它的爆炸下限是12.5%。

国家规定一氧化碳的报警浓度为低报50ppm、高报300ppm。

对人体的伤害程度见下表：

一氧化碳浓度对人体伤害情况

50PPM健康成人可承受8小时以上的上限浓度

200PPM2或3小时后出现轻微头痛、疲劳、头晕、恶心等症状

400PPM1-2小时后开始头痛，3小时后有生命危险

800PPM45分钟就会头昏、恶心、痉挛，2小时后不省人事，并会在2-3小时内死亡

1600PPM20分钟后头痛、头昏、恶心，1小时后死亡

3200PPM5-10分钟后头痛、头昏、恶心，25-30分钟后死亡

6400PPM1-2分钟头痛、头昏、恶心，10-15分钟后死亡

12800PPM1-3分钟后死亡

注：

参照美国OSHA职业病安全和健康委员会规定

氢气是无色并且密度比空气小的气体（在各种气体中，氢气的密度最小。

标准状况下，1升氢气的质量是0.0899克，比空气轻得多）。

因为氢气难溶于水，所以可以用排水集气法收集氢气。

另外，在101千帕压强下，温度-252.87℃时，氢气可转变成无色的液体；-259.1℃时，变成雪状固体。

常温下，氢气的性质很稳定，不容易跟其它物质发生化学反应。

但当条件改变时（如点燃、加热、使用催化剂等），情况就不同了。

如氢气被钯或铂等金属吸附后具有较强的活性（特别是被钯吸附）。

金属钯对氢气的吸附作用最强。

氢气在常温常压下为无色无嗅无毒可燃性气体，是普通氢的一种稳定同位素。

它在通常水的氢中含0.0139%～0.0157%。

其化学性质与普通氢完全相同。

但质量大些，反应速度小一些。

3.2.气体传感器

3.2.1.催化燃烧传感器

测可燃气体的仪器一般使用催化燃烧式传感器，它可以看成是一个小型化的热量计，它的检测原理在几十年内没有大的变化。

其基本工作原理为：

在一定的条件下（温度），被测可燃性气体到达传感器表面与吸附氧发生剧烈的燃烧反应，放出大量的热，导致感温线圈电阻发生变化，通过检测感温线圈电阻的变化实现对气体的检测，由于环境温度的变化也会引起感温线圈电阻的变化，因此，元件通常配对使用，其中一只为补偿元件（白元件）对气体无反应，另一只为检测元件（黑元件）可与气体发生反应，白元件用以抵消（补偿）环境因素带来的影响。

图1惠斯通电桥原理图

测量时，要在参比和测量电桥上施加电压使之加热从而发生催化反应，这个温度大约是500℃或者更高。

正常情况下，电桥是平衡的，V1=V2，输出为零。

如果有可燃气体存在，它的氧化过程会使测量桥被加热，温度增加，而此时参比桥温度不变。

电路会测出它们之间的电阻变化，V2>V1，输出的电压同待测气体的浓度成正比。

3.2.2.电化学式气体传感器

最常见的电化学气体传感器有两种形式即：

定电位电解式和伽伐尼电池式。

定电位电解式电话学气体传感的基本原理：

在一定的条件下（给定电位下）被测气体通过透气膜到达传感器工作电极的表面被氧化，产生电子转移引起工作电极电位的变化，同时氧气在对电极被还原，引起对电极电位的变化，通过检测两电极之间电流的变化可实现对气体的检测。

工作时参比电极提供恒电位，以保持工作电极稳定工作。

主要性能：

1〉灵敏度定义为：

传感器在检测回路中的给定条件下单位浓度的被测气体所输出的电流。

该类传感器在低浓度毒性气体探测领域具有良好的灵敏度。

100nA/ppmCO。

2〉响应、恢复特性该类传感器有较长的响应恢复时间。

一般情况下响应时间≤30秒，恢复时间≤90秒。

3〉选择性通过电位选择及采取其它措施，该类传感器能够实现一定的选择性。

4〉稳定性易受环境温湿度的影响。

5〉线性气体浓度和输出信号呈线性关系。

6〉初始稳定特性调试前须8小时左右的老化时间。

7〉寿命与其它种类的气体传感器相比具有较短的寿命（1-2年）。

8〉适用领域适用于工业、家用领域的毒性气体的定性、半定量、定量检测。

4.系统特点

❒先进的微机处理技术

❒多种气体混合安装

❒远程显示监测气体浓度

❒灵敏度高，响应迅速

❒自动对温漂、时漂进行补偿

❒各通道上下限报警值独立设定

❒外接控制端口丰富

❒操作简单，通用性强，输入为标准4-20mA信号或RS485信号

❒多级密码管理，杜绝非法操作，保证系统运行稳定

5.系统功能

❒高亮数码管显示，显示更清晰

❒两级声光报警，方便用户区别不同的报警等级

❒Rs485数字信号输出，能够和DCS与上位机连接（选配）

❒标准4-20ma信号输入，同步传输数据，响应及时

❒标准4-20ma信号输出，能够保证数据再输出功能（选配）

❒探测器报警位置指示，能够快速确定报警位置

❒报警点任意可调，方便用户根据需要调整数值

❒报警无源触点输出功能，能够联动外接设备（风机和声光报警器），报警自动启动外设，及时处理危险和提醒用户。

6.系统组成

系统有气体报警控制器和气体探测器组成，可以加装外设，包括风机，声光报警器，电磁阀等联动设备。

6.1气体报警控制器

6.1.1外观效果图

6.1.2外形尺寸图：

6.1.3原理及功能

气体报警控制器有3大部分组成，显示和按键控制部分，接线端口部分，开关电源供电部分，是一款操作方便功能简洁的气体报警控制器，可以接入1-16路通道的气体探测器，其基本原理是微控制器通过检测到输入端口的A/D值的变化，并转化显示到数码管上，同时，将该数值和报警设定值做比较，如果达到报警设定值，通过I/O端口输出信号，使蜂鸣器和LED灯显示，指示报警状态，并给继电器一个开关信号，驱动外部风机等外设，另外，4-20ma电流信号端口和RS485端口能够将该数值转化输出为标准4-20ma信号和485数字信号，上传给上位机和DCS系统，方便用户集中控制。

气体报警控制器原理框图

6.1.4主要技术参数：

●型号：

KQ500

●适用气体：

可燃气，有毒气体，氧气

●环境：

适用环境温度:

-10℃～50℃

适用环境湿度:

<90%RH无冷凝

压力范围：

80-120KPa

●电源

供电电源:

110-220VAC,50HZ

系统功耗：

最大功耗50W

●信号

输入信号：

三线制标准4-20mA信号

电流输出：

两线制标准4-20mA信号输出（选配）

数字信号输出：

RS485输出（MODUS协议）（选配）

●报警

报警方式：

声光报警

报警音量:

两级音量，一级报警音》90分贝，二级报警音》120分贝（1米）

报警点设定:

任意可调

●显示

显示方式：

LED高亮显示（红色）

工作点数：

1-16路

●报警输出:

（1-8）路无源常开接点,额定输出为10A250vAC

●外观

外观尺寸:

375（长）×250（宽）×130（厚）mm

重量：

4.0kg 

●安装

安装方式：

壁挂式

传输距离:

1000m<2mm2铜线

●防护等级:

IP44

6.1.5接线端口示意图

6.1.6组网示意图

6.2气体探测器

6.2.1外形图

6.2.2结构尺寸图

6.2.3原理及功能

气体探测器主要有传感器和电路检测部分组成，其基本原理是传感器检测到气体浓度值后，输出电压会成线性上升，电路部分检测到电压值，并通过运算放大器将信号放大传送给单片机。

探测器框图

6.2.4主要技术参数：

●产品型号：

KQ500

●检测气体：

可燃气,有毒气体,氧气

●环境

环境温度：

-40℃～+70℃

相对湿度：

≤90℅R.H

压力范围：

80-120KPa

防护等级：

IP66

●电气

工作电压：

24VDC±15%

工作电流：

小于40mA

测量范围：

参照检测气体种类

响应时间：

《30s

准确度：

±3%FS

重复性：

±3%

●输出信号：

两线制/三线制4-20mA标准信号

●传感器

传感器类型：

催化燃烧式传感器，电化学传感器

寿命：

（催化燃烧式传感器）3-5年，（电化学传感器）2-3年

●外观及结构

探测器主体：

ADC12精铸铝

传感器：

304不锈钢

防尘网：

316不锈钢

电气接口：

M20×1.5mm

重量：

《1200g

●安装

安装方式：

墙壁式安装和管装式安装

传输电缆：

两芯/三芯屏蔽电缆，截面2/3×1.5mm²

传输距离：

≤1000m

●防爆

防爆形式：

隔爆型

防爆标志：

ExdIICT6

●检测气体种类表

产品型号

检测气体

技术指标

测量范围

分辨率

报警点

传感器预期工作寿命

KQ500-CO

一氧化碳

0-1000ppm

1ppm

50ppm

2～3年

KQ500-Ex

氢气

0-100％LEL

1%LEL

20%LEL

3～5年

7.系统安装说明

7.1气体报警控制器安装说明

7.1.1安装规范

●应安装在仪表室等非防爆场所，严禁安装在防爆场所。

●采用壁挂式安装，安装应确保固定牢靠，避免震动、灰尘和水，环境应符合仪器说明书要求。

●应采用相对洁净的电源，避免与大型电机设备使用同路电源。

●应外壳接地或电源插头的地线接地。

●外壳严禁破坏，否则会影响屏蔽效果。

7.1.2安装高度

建议安装高度为1.2-1.6米，一般以平行视力可以观测到的高度为适宜。

7.2气体探测器安装说明

7.2.1安装规范

仪器的安装位置对于检测效果致关重要的，确定位置时需要综合考虑以下因素：

气体泄漏点的密度、被测气体的比重、周围建筑的影响、生产设备的新旧程度、风向影响、常年的气象情况等，在室内还要考虑门窗的位置。

●选点应选择阀门、管道接口、出气口或易泄漏处附近方圆1米的范围内，尽可能靠近，但不要影响其它设备操作，同时尽量避免高温、高湿环境。

●用于大面积气体检测时可采用40～50平方米一个探头布置，也可达到检测报警效果。

●安装方式可采用房顶吊装、墙壁安装或抱管安装，应确保安装牢固可靠，同时应考虑便于维护、标定。

●布线应采用三芯屏蔽电缆，单根线径大于1平方毫米，接线时屏蔽层必须接地。

●探测器应穿管，所用管子应符合消防要求，管子应与探头连接，以达到消防要求。

●探测器应安装在泄漏点下风向,要按防爆要求接好地线

●在室内安装时，如果泄漏源在室外，探测器应安装在进风口处

●要根据被测气体可能泄漏点的情况，人员出现的频率和停留时间，选择探测器的数量，以达到最佳的安全效果。

●如果生产设备陈旧可考虑增加检测点。

●在测量管道或密封箱体中的气体浓度时，必须保证气体流速均匀，流量小于1升/分钟，压力为常压，以避免产生压力和冲击力。

●应至少每年标定一次，以确保检测精度。

7.2.2安装高度

●一般情况下，若被测气体比重小于空气比重时，探头应安装于房间或设备的上方；被测气体比重大于空气比重时，探头应安装于贴近地面0.3-0.5米；被测气体比重接近空气比重时，探头应安装于距地面1.6米左右。

被测气体比重小于空气比重时，探头应安装于距地面2.0—2.5米左右。

●可燃气体检测探头安装时应传感器朝下固定。

●可燃气体检测探头应在断电情况下接线，确定接线正确后通电；应在确定现场无可燃气泄漏情况下，开盖调试探头。

7.2.3安装方法

一般为墙面固定安装，也可以使用2寸管安装方式，但要确保：

探头的传感器应向下与地面垂直。

探头固定后，将电缆线接好，检查连线无误后，固定电缆及壳体上盖。

接线时，请按照电路板上的指示标记接线，确认接线正确的情况下，再接通电源。

7.3注意事项

7.3.1.第一次安装时，根据距离不同和导线长短的不同，经通电10分钟后，如显示值不为零，可以手动重新调整零点。

7.3.2.检测探测器的调零和标定以所接数字式控制器显示值为准。

7.3.3.如在检测运行过程中出现故障，应及时切断电源，与我公司技术人员联系排除故障。

7.4维护和保养

7.4.1.安装时避免碰撞线路板及探测器；

7.4.2.用户不可擅自更换、维修探头内部电器元件；

7.4.3.维修应由本公司人员或本公司授权的专业人员进行；

7.4.4.定期对探测器进行清洁、调零和校准，以保证其灵敏度和测量精度；

7.4.5.严禁安装在热源和震动源之上。

7.5墙面安装示意图

8.包装，运输和储存

8.1.外包装为纸箱，内部还有小纸箱存放控制器和探测器

8.2.产品在运输中要防雨防潮，避免强烈的震动和撞击。

8.3.应放置在通风，干燥不含腐蚀性气体的室内，储存温度为0-40℃，相对湿<85℅R.H