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火花检测

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发布时间：2025-06-16 19:17:40 更新时间：2025-06-15 19:17:40

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

火花检测：易燃易爆环境中的关键安全保障

火花检测是现代工业生产，特别是在存在易燃粉尘、气体或纤维（如木材加工、粮食处理、纺织、化工、制药、金属加工等行业）环境中，至关重要的主动安全防护技术。其核心目标是实时、准确地探测生产流程中意外产生的火花、炽热颗粒或高温热点，这些微小但能量集中的热源往往是引发毁灭性火灾或粉尘爆炸事故的初始点火源。通过快速识别这些危险源，火花检测系统能够立即触发联动保护措施（如喷淋灭火、切断物料流、设备停机、发出警报），在火灾或爆炸发生前将其扼杀在萌芽状态，从而最大程度地保护人员生命安全、生产设备及资产。火花检测技术是构成完整爆炸防护和安全系统（如泄爆、隔爆、抑爆、惰化等）中不可或缺的预警环节。

核心检测项目

火花检测系统主要聚焦于识别特定波长范围或温度阈值的异常热辐射信号：

1. 可见光/红外光火花: 这是最常见的检测目标。系统通过传感器捕捉燃烧或高温金属摩擦、碰撞产生的强烈可见光（波长约380-780nm）和/或近红外光（波长约780nm - 1400nm）信号。即使是非常短暂（毫秒级）或微弱的火花也能被灵敏捕捉。

2. 炽热颗粒（Ember）: 指燃烧不完全或高温物料（如木材碎片、金属屑、炭粒）在冷却过程中仍然携带足够热量的颗粒。它们自身可能不发出强烈可见光，但在红外波段（特别是中红外，如3-5μm或8-14μm）具有显著的热辐射特征。这类颗粒可能在被吸送或沉降过程中引燃沿途或堆积处的易燃物。

3. 高温热点: 在某些应用场景（如输送带、干燥设备、料仓），检测系统还需监测是否存在异常的温度升高区域，这些区域可能由摩擦、电气故障或物料自燃引发，是潜在的火灾隐患。

主要检测仪器

火花检测的核心是灵敏的光学传感器，根据原理和应用场景不同，主要有以下几种：

1. 光电管/光敏电阻火花探测器: 这是最传统和广泛使用的类型。利用光电效应，当特定波长（通常针对可见光和近红外光）的光照射到光敏元件（如硅光电二极管、硫化铅PbS探测器）上时，产生电信号。其结构简单、成本较低、响应速度快（微秒级），但对环境背景光（如阳光、灯光）干扰敏感，通常需配合遮光罩和滤光片使用。

2. 红外热像仪/红外摄像头: 通过面阵传感器捕捉目标区域的红外辐射，生成温度分布图像（热图）。不仅能探测点状火花/颗粒，还能识别大面积的高温区域或热点。适用于需要空间分辨率的复杂区域监控，但成本较高，数据处理相对复杂。

3. 红外火焰探测器（多光谱/双光谱）: 这类探测器通常设计用于火焰探测，但其中一些型号也能有效探测火花和炽热颗粒。它们利用多个特定红外波段（如4.3μm CO2辐射峰、特定烃类燃烧峰）的信号及其比值关系来辨别火焰和干扰源，具有较强的抗环境光干扰能力。

4. 高速摄像机: 主要用于实验室研究或特定高要求的工业场景，可以拍摄火花产生、飞行和熄灭的全过程，提供极其详细的信息，但系统复杂、成本高昂，实时性处理挑战大，一般不用作常规在线监测。

辅助设备: 信号处理单元（放大器、滤波器、比较器）、控制器（PLC或专用控制器）、报警装置（声光报警器）、联动执行机构（喷淋阀、物料切断阀、设备急停）、冷却/清洁系统（保护镜头）、遮光罩/导光管等。

常用检测方法

火花检测的实施通常遵循以下步骤和方法：

1. 风险分析与点位布设: 首要步骤是识别工艺过程中最可能产生火花的环节（如破碎、打磨、切割、筛分、物料输送、干燥、除尘系统入口/管道/料仓）和火花可能的传播路径。探测器应安装在关键位置，如管道（通常在弯头、变径处下游直管段，或除尘器入口）、设备入口/出口、输送带上方/下方、料仓顶部等，确保能覆盖火花最可能经过的视线区域。

2. 传感器选型与安装: 根据环境条件（温度、湿度、粉尘浓度、背景光源、干扰源）、待测目标（火花、炽热颗粒、热点）的特性（波长、温度、尺寸、持续时间）以及所需的响应速度、探测距离、覆盖范围选择合适的传感器类型。安装时确保传感器视窗清洁、对准监测区域中心，并考虑冷却、防尘、防震措施。

3. 信号采集与处理: 传感器将光信号转换为电信号。信号处理单元进行放大、滤波（滤除特定频率的干扰，如工频干扰）、背景信号抑制（如采用调制光源或差分技术）。常用阈值比较法：当信号强度超过预设的、经过严格测试和校准的报警阈值时，判定为检测到危险源。

4. 报警与联动: 一旦确认检测到火花或炽热颗粒，控制器立即触发预设的响应程序：启动声光报警通知操作人员；联动打开喷淋装置（通常在火花预计到达的下游位置喷射水雾或惰性气体熄灭它）；关闭相关物料输送阀门或风门以切断物料流；必要时启动设备紧急停机。

5. 系统自检与维护: 定期进行功能测试（如使用标准测试光源模拟火花）、检查探测器镜头清洁度、校准灵敏度、测试联动功能有效性，确保系统始终处于良好工作状态。

相关检测标准与规范

火花检测系统的设计、安装、测试和维护需遵循一系列国际、国家和行业标准，以确保其可靠性和有效性：

1. 国际标准: * ISO 6184 / ISO 80079 系列 (爆炸性环境): 这些标准规定了爆炸性环境用设备的通用要求，火花检测系统作为安全设备需要满足其相关要求，特别是关于设备保护级别（EPL）和防爆型式（如Ex d, Ex e, Ex i, Ex t）。 * NFPA (美国国家防火协会) 标准: 如 NFPA 69 (防爆系统标准)、NFPA 654 (可燃性粉尘生产、加工和处理设备的火灾和粉尘爆炸防护标准) 等，对火花探测系统的应用、性能要求有专门章节阐述。

2. 欧洲标准: * EN 54 (火灾探测和报警系统): 虽然主要针对建筑物火灾报警，但其中关于点型感烟/感温探测器的部分测试方法（如响应阈值、环境适应性）对工业火花探测器也有参考意义。 * ATEX 指令 (94/9/EC 和 1999/92/EC): 这是欧盟关于爆炸性环境设备和工人保护的强制性指令。火花检测设备及其安装必须符合ATEX指令的要求，取得相应的认证（如EC型式检验证书），并标注适用的设备类别、组别和温度组别。

3. 行业特定规范: 许多特定行业（如木材加工、粮食仓储、塑料回收、金属加工）有其协会或权威机构发布的指南或最佳实践手册，对火花检测的应用有更具体的指导。

4. 设备制造商标准: 设备制造商通常遵循内部严格的研发、生产和测试标准，并会提供符合性声明，说明其产品满足哪些核心安全标准的要求。

遵循这些标准和规范是确保火花检测系统能够在其预期的危险环境中可靠工作、有效防止火灾和爆炸事故的法律和技术基础。

综上所述，火花检测是一项融合了光学传感技术、信号处理、自动控制和安全工程的综合性技术。通过科学的风险评估、合理的设备选型与布局、可靠的检测方法以及严格遵循相关标准规范，火花检测系统能够为存在易燃易爆风险的工业环境提供至关重要的早期预警和保护屏障。