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火花檢測

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-25 08:49:03 更新時(shí)間：2025-07-25 00:32:59

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

火花檢測：易燃易爆環(huán)境中的關(guān)鍵安全保障

火花檢測是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，特別是在存在易燃粉塵、氣體或纖維（如木材加工、糧食處理、紡織、化工、制藥、金屬加工等行業(yè)）環(huán)境中，至關(guān)重要的主動(dòng)安全防護(hù)技術(shù)。其核心目標(biāo)是實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地探測生產(chǎn)流程中意外產(chǎn)生的火花、熾熱顆粒或高溫?zé)狳c(diǎn)，這些微小但能量集中的熱源往往是引發(fā)毀滅性火災(zāi)或粉塵爆炸事故的初始點(diǎn)火源。通過快速識別這些危險(xiǎn)源，火花檢測系統(tǒng)能夠立即觸發(fā)聯(lián)動(dòng)保護(hù)措施（如噴淋滅火、切斷物料流、設(shè)備停機(jī)、發(fā)出警報(bào)），在火災(zāi)或爆炸發(fā)生前將其扼殺在萌芽狀態(tài)，從而最大程度地保護(hù)人員生命安全、生產(chǎn)設(shè)備及資產(chǎn)?；鸹z測技術(shù)是構(gòu)成完整爆炸防護(hù)和安全系統(tǒng)（如泄爆、隔爆、抑爆、惰化等）中不可或缺的預(yù)警環(huán)節(jié)。

核心檢測項(xiàng)目

火花檢測系統(tǒng)主要聚焦于識別特定波長范圍或溫度閾值的異常熱輻射信號：

1. 可見光/紅外光火花: 這是最常見的檢測目標(biāo)。系統(tǒng)通過傳感器捕捉燃燒或高溫金屬摩擦、碰撞產(chǎn)生的強(qiáng)烈可見光（波長約380-780nm）和/或近紅外光（波長約780nm - 1400nm）信號。即使是非常短暫（毫秒級）或微弱的火花也能被靈敏捕捉。

2. 熾熱顆粒（Ember）: 指燃燒不完全或高溫物料（如木材碎片、金屬屑、炭粒）在冷卻過程中仍然攜帶足夠熱量的顆粒。它們自身可能不發(fā)出強(qiáng)烈可見光，但在紅外波段（特別是中紅外，如3-5μm或8-14μm）具有顯著的熱輻射特征。這類顆?？赡茉诒晃突虺两颠^程中引燃沿途或堆積處的易燃物。

3. 高溫?zé)狳c(diǎn): 在某些應(yīng)用場景（如輸送帶、干燥設(shè)備、料倉），檢測系統(tǒng)還需監(jiān)測是否存在異常的溫度升高區(qū)域，這些區(qū)域可能由摩擦、電氣故障或物料自燃引發(fā)，是潛在的火災(zāi)隱患。

主要檢測儀器

火花檢測的核心是靈敏的光學(xué)傳感器，根據(jù)原理和應(yīng)用場景不同，主要有以下幾種：

1. 光電管/光敏電阻火花探測器: 這是最傳統(tǒng)和廣泛使用的類型。利用光電效應(yīng)，當(dāng)特定波長（通常針對可見光和近紅外光）的光照射到光敏元件（如硅光電二極管、硫化鉛PbS探測器）上時(shí)，產(chǎn)生電信號。其結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、響應(yīng)速度快（微秒級），但對環(huán)境背景光（如陽光、燈光）干擾敏感，通常需配合遮光罩和濾光片使用。

2. 紅外熱像儀/紅外攝像頭: 通過面陣傳感器捕捉目標(biāo)區(qū)域的紅外輻射，生成溫度分布圖像（熱圖）。不僅能探測點(diǎn)狀火花/顆粒，還能識別大面積的高溫區(qū)域或熱點(diǎn)。適用于需要空間分辨率的復(fù)雜區(qū)域監(jiān)控，但成本較高，數(shù)據(jù)處理相對復(fù)雜。

3. 紅外火焰探測器（多光譜/雙光譜）: 這類探測器通常設(shè)計(jì)用于火焰探測，但其中一些型號也能有效探測火花和熾熱顆粒。它們利用多個(gè)特定紅外波段（如4.3μm CO2輻射峰、特定烴類燃燒峰）的信號及其比值關(guān)系來辨別火焰和干擾源，具有較強(qiáng)的抗環(huán)境光干擾能力。

4. 高速攝像機(jī): 主要用于實(shí)驗(yàn)室研究或特定高要求的工業(yè)場景，可以拍攝火花產(chǎn)生、飛行和熄滅的全過程，提供極其詳細(xì)的信息，但系統(tǒng)復(fù)雜、成本高昂，實(shí)時(shí)性處理挑戰(zhàn)大，一般不用作常規(guī)在線監(jiān)測。

輔助設(shè)備: 信號處理單元（放大器、濾波器、比較器）、控制器（PLC或?qū)Ｓ每刂破鳎?bào)警裝置（聲光報(bào)警器）、聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（噴淋閥、物料切斷閥、設(shè)備急停）、冷卻/清潔系統(tǒng)（保護(hù)鏡頭）、遮光罩/導(dǎo)光管等。

常用檢測方法

火花檢測的實(shí)施通常遵循以下步驟和方法：

1. 風(fēng)險(xiǎn)分析與點(diǎn)位布設(shè): 首要步驟是識別工藝過程中最可能產(chǎn)生火花的環(huán)節(jié)（如破碎、打磨、切割、篩分、物料輸送、干燥、除塵系統(tǒng)入口/管道/料倉）和火花可能的傳播路徑。探測器應(yīng)安裝在關(guān)鍵位置，如管道（通常在彎頭、變徑處下游直管段，或除塵器入口）、設(shè)備入口/出口、輸送帶上方/下方、料倉頂部等，確保能覆蓋火花最可能經(jīng)過的視線區(qū)域。

2. 傳感器選型與安裝: 根據(jù)環(huán)境條件（溫度、濕度、粉塵濃度、背景光源、干擾源）、待測目標(biāo)（火花、熾熱顆粒、熱點(diǎn)）的特性（波長、溫度、尺寸、持續(xù)時(shí)間）以及所需的響應(yīng)速度、探測距離、覆蓋范圍選擇合適的傳感器類型。安裝時(shí)確保傳感器視窗清潔、對準(zhǔn)監(jiān)測區(qū)域中心，并考慮冷卻、防塵、防震措施。

3. 信號采集與處理: 傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。信號處理單元進(jìn)行放大、濾波（濾除特定頻率的干擾，如工頻干擾）、背景信號抑制（如采用調(diào)制光源或差分技術(shù)）。常用閾值比較法：當(dāng)信號強(qiáng)度超過預(yù)設(shè)的、經(jīng)過嚴(yán)格測試和校準(zhǔn)的報(bào)警閾值時(shí)，判定為檢測到危險(xiǎn)源。

4. 報(bào)警與聯(lián)動(dòng): 一旦確認(rèn)檢測到火花或熾熱顆粒，控制器立即觸發(fā)預(yù)設(shè)的響應(yīng)程序：啟動(dòng)聲光報(bào)警通知操作人員；聯(lián)動(dòng)打開噴淋裝置（通常在火花預(yù)計(jì)到達(dá)的下游位置噴射水霧或惰性氣體熄滅它）；關(guān)閉相關(guān)物料輸送閥門或風(fēng)門以切斷物料流；必要時(shí)啟動(dòng)設(shè)備緊急停機(jī)。

5. 系統(tǒng)自檢與維護(hù): 定期進(jìn)行功能測試（如使用標(biāo)準(zhǔn)測試光源模擬火花）、檢查探測器鏡頭清潔度、校準(zhǔn)靈敏度、測試聯(lián)動(dòng)功能有效性，確保系統(tǒng)始終處于良好工作狀態(tài)。

相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

火花檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、測試和維護(hù)需遵循一系列國際、國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以確保其可靠性和有效性：

1. 國際標(biāo)準(zhǔn): * ISO 6184 / ISO 80079 系列 (爆炸性環(huán)境): 這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了爆炸性環(huán)境用設(shè)備的通用要求，火花檢測系統(tǒng)作為安全設(shè)備需要滿足其相關(guān)要求，特別是關(guān)于設(shè)備保護(hù)級別（EPL）和防爆型式（如Ex d, Ex e, Ex i, Ex t）。 * NFPA (美國國家防火協(xié)會(huì)) 標(biāo)準(zhǔn): 如 NFPA 69 (防爆系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn))、NFPA 654 (可燃性粉塵生產(chǎn)、加工和處理設(shè)備的火災(zāi)和粉塵爆炸防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)) 等，對火花探測系統(tǒng)的應(yīng)用、性能要求有專門章節(jié)闡述。

2. 歐洲標(biāo)準(zhǔn): * EN 54 (火災(zāi)探測和報(bào)警系統(tǒng)): 雖然主要針對建筑物火災(zāi)報(bào)警，但其中關(guān)于點(diǎn)型感煙/感溫探測器的部分測試方法（如響應(yīng)閾值、環(huán)境適應(yīng)性）對工業(yè)火花探測器也有參考意義。 * ATEX 指令 (94/9/EC 和 1999/92/EC): 這是歐盟關(guān)于爆炸性環(huán)境設(shè)備和工人保護(hù)的強(qiáng)制性指令。火花檢測設(shè)備及其安裝必須符合ATEX指令的要求，取得相應(yīng)的認(rèn)證（如EC型式檢驗(yàn)證書），并標(biāo)注適用的設(shè)備類別、組別和溫度組別。

3. 行業(yè)特定規(guī)范: 許多特定行業(yè)（如木材加工、糧食倉儲(chǔ)、塑料回收、金屬加工）有其協(xié)會(huì)或權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布的指南或最佳實(shí)踐手冊，對火花檢測的應(yīng)用有更具體的指導(dǎo)。

4. 設(shè)備制造商標(biāo)準(zhǔn): 設(shè)備制造商通常遵循內(nèi)部嚴(yán)格的研發(fā)、生產(chǎn)和測試標(biāo)準(zhǔn)，并會(huì)提供符合性聲明，說明其產(chǎn)品滿足哪些核心安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。

遵循這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范是確保火花檢測系統(tǒng)能夠在其預(yù)期的危險(xiǎn)環(huán)境中可靠工作、有效防止火災(zāi)和爆炸事故的法律和技術(shù)基礎(chǔ)。

綜上所述，火花檢測是一項(xiàng)融合了光學(xué)傳感技術(shù)、信號處理、自動(dòng)控制和安全工程的綜合性技術(shù)。通過科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)評估、合理的設(shè)備選型與布局、可靠的檢測方法以及嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，火花檢測系統(tǒng)能夠?yàn)榇嬖谝兹家妆L(fēng)險(xiǎn)的工業(yè)環(huán)境提供至關(guān)重要的早期預(yù)警和保護(hù)屏障。