可燃氣體檢測報警器檢定要點研究

武曉榮 馮麗蘋 王笑微 王 娟 王 騰

（1.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710000；2.西安益通熱工技術服務有限責任公司，陜西 西安 710000）

0 引言

大型汽輪發(fā)電機一般采用水-氫-氫冷卻方式，機組運行過程中因設備故障、密封不良等原因會引起發(fā)電機內氫氣泄漏至密封油系統(tǒng)、定子冷卻水系統(tǒng)、封閉母線套管等處。氫氣泄漏通道隱蔽復雜，漏氫點不易查找，嚴重影響發(fā)電機組安全、經濟運行[1-4]。根據(jù)國家能源局印發(fā)的《防止電力生產事故的二十五項重點要求（2023版）》中關于防止氫冷發(fā)電機漏氫的規(guī)定，應在氫冷發(fā)電機內冷水箱、發(fā)電機勵磁罩殼內、發(fā)電機出線箱內等部位加裝漏氫監(jiān)測報警裝置（也稱“氫氣含量檢測裝置”），報警器量程范圍應滿足0%～20%（體積濃度）測量要求，并應結合機組檢修進行定期檢定。

國家計量檢定規(guī)程JJG 693—2011《可燃氣體檢測報警器》（以下簡稱“檢定規(guī)程”）對可燃氣體檢測報警器的計量性能提出了通用技術要求，如示值誤差、重復性、響應時間、漂移、報警功能及報警動作值等參數(shù)；同時，檢定規(guī)程中提出了統(tǒng)一的指導性檢定方法。目前，市場上相關產品種類繁多，檢定規(guī)程使用的檢定方法在指導具體檢定工作時不夠詳細和具體[5-6]?；诖?，本文通過對可燃氣體檢測報警器實際檢定過程中的影響因素進行研究分析，提出了應對措施，使檢定方法具體化，有利于減少因不同檢定人員對規(guī)程的理解不同、在檢定工作時細節(jié)處理的不一致帶來的誤差，提高檢定工作質量，保證計量檢定結論準確可靠。

1 環(huán)境條件影響因素

檢定規(guī)程中要求“環(huán)境溫度0～40 ℃；相對濕度＜85%；通風良好，無干擾被測氣體”。實際檢定時除滿足上述要求外，還應注意其他環(huán)境條件：1）控制環(huán)境溫度保持穩(wěn)定，溫度波動幅度盡量不超過5 ℃，避免因環(huán)境溫度變化引起氣體標準物質的壓力、流量變化[7]，影響待檢定儀器測量值；2）確保儀器不受陽光直射、不正對空調出風口；3）檢定場所不應有影響檢定的強烈振動和強電場、強磁場的干擾[8]；4）室內通風良好且無強氣流，避免逸出氣體標準物質殘留過多，影響檢定結果和污染環(huán)境；5）如待檢定儀器使用說明書中對其性能設計的工作條件另有規(guī)定的，應遵守其規(guī)定。

合適的環(huán)境條件是待檢儀器可以正常工作的基本要求，是計量檢定工作得以順利開展的前提。

2 檢定過程影響因素

2.1 儀器預熱與零點調整

儀器通電運行時內部線路、電子元件會發(fā)熱，在儀器啟動初期更為明顯，會瞬間引起溫度變化，進而影響儀器量程及零點，引起測量值漂移、不穩(wěn)定等情況。因此在檢定過程中需要儀器充分預熱[9-10]、預先放置一段時間，使其內部達到熱平衡、線路電磁變化趨于穩(wěn)定。預熱完成后還應進行測量系統(tǒng)零點調整，確保儀器具有正常性能，可以進入使用狀態(tài)。

對某電廠LH1500-B型、KQL1500型、B127型可燃氣體檢測報警器進行檢定，3臺待檢儀器的滿量程FS均為0～100%LEL（可燃氣體的爆炸下限濃度，即4%H2），通入1.600%H2/Air（V/V）濃度氣體標準物質，待檢儀器預熱不同時間后的測試結果如表1所示。

表1 待檢儀器預熱不同時間的測量結果

由表1可見，待檢儀器開機完成自檢后即開始工作（預熱時間0 min）的測量結果與其開機自檢并預熱30 min的測量結果相比，重復性較差且示值較小。因此，應在待檢儀器充分預熱、計量性能穩(wěn)定正常時，再開展相應檢定工作。

部分可燃氣體檢測報警器廠家建議預熱10 min，為保證不同廠家、不同型號儀器的預熱時間足夠充分，實際檢定過程建議預熱時間≥30 min。若檢定工作場所采取了控制環(huán)境溫度、相對濕度等措施時，預熱應在環(huán)境條件趨于穩(wěn)定后進行。

2.2 氣體標準物質通入時機控制

檢定規(guī)程中要求“采用與儀器所測氣體種類相同的氣體標準物質……標準氣體的濃度約為滿量程的10%、40%、60%……也可采用標準氣體稀釋裝置稀釋高濃度的氣體標準物質”。檢定時氣體標準物質通入被檢儀器路徑示意圖如圖1所示。

圖1 氣體標準物質通入被檢儀器路徑示意圖

為避免通氣瞬間氣體流量不穩(wěn)定造成氣流沖擊或管道內殘余氣體引起待檢定儀器傳感器污染，實際檢定過程中，無論是直接采用相應濃度氣體標準物質，還是采用標準氣體稀釋裝置稀釋高濃度的氣體標準物質，都需要控制其通入被檢定儀器的時機。通入氣體標準物質時應先打開旁路流量計、關閉檢定用流量計，使氣體全部放空。待管路中原有氣體被完全置換、排空并且氣體標準物質濃度、流量穩(wěn)定時，再打開檢定用流量計，同時緩慢調小旁路流量計的開度，使相應濃度、適宜流量的氣體標準物質擴散或吸入被檢儀器。

2.3 氣體標準物質通入流量控制

氣體通入時機確定后，還應根據(jù)被檢儀器的采樣方式（擴散式或吸入式），使用流量控制器調節(jié)所需流量。

對某電廠（擴散式）氫氣監(jiān)測儀在不同氣體流量條件下的響應時間進行檢定，結果如表2所示。

表2 （擴散式）氫氣監(jiān)測儀響應時間單位：s

由表2可以發(fā)現(xiàn)，不同的通氣流量下，待檢儀器響應時間結果相差約20 s。雖均滿足規(guī)程中“擴散式≤60 s”的要求，但若待檢儀器響應時間接近判定臨界值時，則可能會受通氣流量大小的影響，得到“≤60 s”或“＞60 s”兩種截然不同的檢定結論，因此應控制合適的通氣流量，避免影響檢定結論的準確性。

檢定吸入式儀器時，檢定流量計通道應完全打開，調整總流量使旁通流量計在檢定過程中保持有氣體放出，即保證檢定流量供氣量略大于待檢定儀器工作吸氣量，不得出現(xiàn)旁通氣路負壓倒吸外界空氣現(xiàn)象；同時檢定氣量不得過大，避免造成待檢定儀器傳感器鼓膜機械性損壞。

2.4 不同濃度氣體標準物質檢定順序控制

檢定時傳感器內若殘留有高濃度氣體，會對低濃度值檢定點的示值讀數(shù)產生較大干擾。相比較而言，低濃度殘留氣體對高濃度檢定點示值讀數(shù)的影響則較小。因此，應依照濃度由低到高的順序依次通入氣體標準物質，通氣濃度順序如表3所示。

表3 氣體標準物質通入濃度順序表

實際檢定過程中不同濃度氣體標準物質切換時，應在待檢定儀器示值歸零后進行。首先通入濃度約為滿量程10%的氣體標準物質，待檢定儀器在該濃度值下檢定項目完成后，停止通氣。其次通入零點氣體，使其示值歸零且計量性能處于穩(wěn)定狀態(tài)。再通入濃度較高一級（約為滿量程40%）氣體標準物質，開展相應檢定工作。重復上述操作，直至依照濃度由低到高的順序完成檢定規(guī)程要求的所有濃度的檢定項目。

2.5 檢定結果的重復性評定

檢定規(guī)程要求“通入約為滿量程40%的氣體標準物質，記錄儀器穩(wěn)定示值Ci，撤去氣體標準物質。在相同條件下重復上述操作6次”。按公式（1）計算的相對標準偏差為重復性：

式中：sr為單次測量的相對標準偏差為6次測量的平均值；Ci為第i次的示值。

檢定實施時需注意保證重復性測量條件，即相同的檢定人員在相同的地點、相同的條件下、使用相同的計量標準、按照相同的測量程序、短時間內重復測量6次。每次測量前都應通入零點氣體使待檢定儀器示值歸零。

2.6 響應時間檢定

檢定規(guī)程要求“通入零點氣體調整儀器零點后，再通入濃度約為滿量程40%的氣體標準物質，讀取穩(wěn)定示值，停止通氣，讓儀器回到零點。再通入上述氣體標準物質，同時啟動秒表，待示值升至上述穩(wěn)定值的90%時，停止計時，記錄秒表顯示的時間。按上述操作方法重復測量3次，3次測量結果的算數(shù)平均值為儀器的響應時間”。

檢定規(guī)程中測量響應時間時未考慮氣體標準物質到達待檢定儀器前所耗用時間的影響。有研究認為測量響應時間應從待檢定儀器零點開始有變化后計時，不應從通氣時計時[5]。因此，計量檢定實施中應從按照檢定規(guī)程測量出響應時間中扣減掉氣體流經管路所耗用時間。儀器響應時間計算公式如下：

式中：t為待檢儀器響應時間報告值；ti為待檢儀器響應時間測量值；t0為從啟動流量控制器到有氣體流至被檢儀器所耗用時間。

3 檢定要點總結

針對可燃氣體檢測報警器的檢定，本文明確了以下檢定要點：

1）做好檢定前準備工作，使環(huán)境條件滿足待檢儀器可以正常工作的性能設計要求。

2）儀器通電開機后至少預熱30 min，并進行零值調整，使其內部達到熱平衡，減少儀器數(shù)值漂移，確保儀器具有正常計量性能。

3）控制氣體標準物質通入待檢儀器的時機，避免流量控制器及氣體管路中殘余氣體產生干擾。

4）控制通入的氣體標準物質流量穩(wěn)定、大小適宜，避免引起待檢儀器示值波動。

5）檢定時依照濃度由低到高的順序依次通入氣體標準物質。

6）檢定結果的重復性評定應由相同檢定人員在相同地點、相同條件、短時間內完成。

7）響應時間報告值應去除氣體標準物質流經管路所耗用時間的影響。

實際工作中，應依據(jù)上述檢定要點，嚴格對可燃氣體檢測報警器進行檢定，以保證檢定結論的可靠性和準確性，滿足工作現(xiàn)場的使用要求。