家用可燃气体探测器性能失效分析与改进

孔祥朋 鞠彬彬 畅通 刘建志 刘欢欢 李玲 林超 刘驰宇

摘 要：伴随着国家越来越重视劳动者安全生产、生活，家用可燃气体探测器（以下简称“探测器”）作为主要安防产品之一，其产业发展迅速、行业竞争加剧。近年來燃气事故时有发生，探测器质量问题日益凸显，备受关注。本文介绍了探测器行业情况，简述了我国探测器产业、产品管理、标准等发展情况，并基于近年来公告的国家监督抽查结果，结合检验数据对产品不合格项目进行研究，分析了产品性能失效的原因，提出了质量改进措施，以促进探测器产品质量进一步发展。

关键词：家用可燃气体探测器，监督抽查，性能失效，改进

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.19.035

基金项目：本文受国家重点研发计划项目“高等级防电弧纺织材料制备、防护机理与间接评价体系研究”（项目编号：2018YFC0810302）资助。

Performance Failure Analysis and Improvement of Household Combustible Gas Detectors

KONG Xiang-peng JU Bin-bin CHANG Tong LIU Jian-zhi LIU Huan-huan LI Ling LIN Chao LIU Chi-yu

（Shandong Institute for Product Quality Inspection； National Inspection and Testing Center for Fire and Flame-retardant Product， Shandong）

Abstract： With the increasing attention paid by the country to the safety of production and daily life， household combustible gas detectors （hereinafter referred to as detectors）， as one of the main security products， have developed rapidly with more intensifi ed industry competition. In recent years， gas accidents have occurred frequently， and the quality issues of detectors have become increasingly prominent， attracting much attention. This paper introduces the situation of the detector industry， briefl y describes the development of Chinas detector industry， product management， standards， and other aspects. Based on the results of national supervision and spot checks announced in recent years， the paper studies the unqualifi ed items of the product combining inspection data， analyzes the causes of product performance failures， and proposes quality improvement measures， in order to promote the further development of detector product quality.

Keywords： household combustible gas detector， supervision and spot check， performance failure， improvement

0 引 言

安全生产事关经济社会发展大局和人民福祉。近年来，燃气事故频发，2022年全年共收集到媒体报道的国内（不含港澳台）燃气事故802起，造成66人死亡，487人受伤，其中较大事故10起。与燃气相关的交通运输事故60起，造成7人受伤，事故分布在全国30个省份、249个城市[1]。2022年3月15日6时20分许，北京市房山区周口店镇红苹果庄园小区一住户家中发生燃气爆燃，该事故导致2人死亡、2人受伤。2022年6月21日上午9时许，山东泰安一小区一层门头房因液化气罐泄漏引发爆炸事故，造成3人死亡、10人受伤。2022年7月19日7时15分许，天津市一居民家中发生燃气爆燃事故，此次事故造成4人死亡、13人受伤。2022年8月14日7时许，济南市槐荫区香桔市小区6号楼3楼发生天然气爆燃事故，造成4人受伤。家用可燃气体探测器可以有效监视居民住宅环境中可燃气体浓度，当空气中燃气浓度达到设定值时，即发出报警信号并关闭电磁阀以切断供气管路，其对燃气拥有比“搜救犬”更灵敏的嗅觉，可有效防止燃气泄漏引起的爆炸事故的发生。

1 探测器产品行业发展状况

1.1 产品产业情况

截至目前，全国家用可燃气体探测器生产企业约有130家。主要分布在广东、山东、浙江、河北、上海、江苏、天津、北京、四川、河南等省市（直辖市），各省份的生产企业数量详细状况如表1所示。广东省生产企业数量约占总数的三分之一，有43家，约有80%分布在深圳市，山东省有14家生产企业，其中57%分布在济南市，河南省生产企业均分布在郑州市，四川生产企业67%分布在成都市。

家用可燃气体探测器的市场在国内可划分为南方市场和北方市场。北方市场包括东北区、华北区、西北区、华中区四个大区，南方市场包括华东区、华南区、中南区三个大区。目前家用可燃气体探测器的市场主要集中在北方市场。北方地区气温较低，冬季取暖空间相对封闭，发生燃气泄漏时燃气易在室内积聚，发生燃气事故的可能性更高。

2021年，全国天然气消费量3690亿 m3，其中城市燃气占比32%，即1180.8亿 m3[2]。以济南市为例，2021年济南市城市天然气供气总量17.21亿 m3，城市天然气用气户数303.54万户。而城市燃气的发展会有效促进家用可燃气体探测器产业的发展，探测器的寿命一般为3～5年，由此可看出家用可燃气体探测器的产业规模至少是千万只/年的级别。

1.2 产品管理及标准体系情况

可燃气体探测报警产品于2015年9月1日开始实行强制性认证管理。为响应国家行政管理“放管服”政策的号召，2018年6月11日，国家市场监督管理总局、国家认证认可监督管理委员会发布2018年第11号公告，可燃气体报警产品不再实施强制性产品认证管理，转为自愿性认证管理。

可燃气体探测报警产品国家标准截止目前共有三个版本，分别是1995年10月1日正式实施的GB 15322-1994《可燃气体探测器技术要求和试验方法》，另外两个是2003版（2003年12月1日正式实施）和现行的2019版（2020年11月1日正式实施）。2019版共分为四个部分，探测器采用第2部分，即 GB 15322.2-2019《可燃气体探测器 第2部分：家用可燃气体探测器》。

2 国家监督抽查结果分析

家用可燃气体探测器2019版标准实施后至今，国家市场监督管理总局共计组织了一次该产品的监督抽查，即2022年家用可燃气体探测器产品质量国家监督抽查。共抽查了18个省、直辖市，85家企业生产的85批次产品，抽查合格率为88.2%。通过表2能看出报警动作值试验、方位试验、报警重复性试验、电快速瞬变脉冲群抗扰度试验、跌落试验、抗中毒性能试验、低浓度运行试验等项目在国抽中不合格发现率较高。

3 产品主要性能失效分析

3.1 报警动作值、方位、重复性试验

标准规定探测器的报警动作值不应低于5% LEL（爆炸下限），探测器的报警动作值与报警设定值之差的绝对值不应大于3% LEL[3]。被抽查所有的产品报警设定值均在7% LEL～10% LEL之间，有80%的不合格产品是由于报警动作值出现了问题，有的稍微通点气体（极低浓度）就出现报警现象，有的产品甚至气体浓度达到两倍的报警设定值的时候还没有报警动作。

报警动作值试验项目可谓是家用可燃气体探测器产品的基本功能项目，是衡量家用可燃气体探测器质量好坏的关键项目，作为燃气泄漏的报警产品，其报警能力是体现产品主要性能的重要指标，不能准确地检测到气体的泄漏，如出现早报警、晚报警或不报警，在实际燃气泄漏过程中不能起到应有的作用；方位试验是检验探测器在不同方位上的工作能力，实际应用时安装的方位和气体泄漏的方向都是不确定的，不同方位之间如果检测灵敏度差距太大会影响产品的使用效果；报警重复性是检验探测器重复报警的能力，报警重复性可有效反映探测器传感器工作的重复持久有效性，若产品在报警工作几次后，导致其失去准确性，致使产品不能多次持久使用，造成成本的增加和资源的浪费。

3.2 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

探测器电源线和其他连接（控制输出或信号）线的两极之间应能耐受一定重复频率下的瞬变脉冲电压持续1 min的干扰。试验期间，探测器不应发出报警信号或故障信号。试验后，探测器的报警动作值仍需满足标准要求。检验过程中发现部分产品在干扰施加过程中出现故障灯亮起，发出报警信号，显示屏显示数据异常或息、黑屏等现象；有的产品瞬变脉冲电压施加过程中工作状态异常，干擾条件结束后设备出现重新启动现象。

探测器会在家庭的同一供电回路中和多种其他用电器共存，用电器在工作过程中，如继电器、开关等在工作时会产生瞬态脉冲，对探测器产生骚扰，作用于其敏感部位，脉冲群的干扰可能会导致其报警性能下降或失去功能。

3.3 高、低温（运行）试验

探测器应能耐受一定程度高、低温气候环境条件，试验期间，探测器不应发出报警信号或故障信号，试验后，探测器的报警动作值应满足标准要求。试验后发现，探测器在温度大幅变化的条件下传感器灵敏度会发生较大变化，尤其是高温试验条件下，产品灵敏度会提前，即提前报警。顾名思义，家用可燃气体探测器不仅使用在家庭环境中，而且是在燃气易发生泄漏的地方，即厨房内或附近。厨房内做饭的时候，温度变化幅度大，尤其在冬夏两季，性能本身不足的产品在这样的环境下很难发挥其效能。

3.4 跌落试验

跌落试验后，探测器不应有机械损伤和紧固部位松动，报警动作值应满足标准要求[1]。在抽查和平时的检测任务中，经过多家多批次的试验，发现部分产品出现外壳机械损伤，如外壳有裂痕、壳角碎落等；部分产品元器件发生脱落，重新上电后故障信号灯闪烁等；部分产品无前面两种情况，但报警动作值不达标。

众所周知，目前物品的转运基本是靠物流，即便是在产品包装上进行了充分的缓冲措施，物品在物流的转运或装卸过程中难免发生跌落或抛落的情况，探测器尤其传感器属于敏感型物品，其性能就会受到一定的影响。而跌落试验主要考察探测器抗跌落或抗摔能力，若生产者在设计之初未在这方面作充分考虑，就会导致产品受影响后性能不佳或失效。

3.5 抗中毒性能、低浓度运行试验

标准规定探测器在中毒和低浓度环境期间不应发出报警信号或故障信号，试验后，报警动作值应满足标准要求。经试验发现，有的产品存在中毒、低浓度后动作值大幅提前，甚至微量气体浓度就出现报警动作；有的试验后，报警动作值滞后性严重。

生活方式、家居条件随着经济的高速发展趋于多样化，室内含有挥发性有机物的化学品如各种粘合剂、涂料、清洁剂、化妆品、装饰材料等，使用量骤增，挥发出的有机物包括烷烃、烯烃、醇、醛、醚、酯以及苯系物等[4]。这些物质会对产品造成不同程度的影响，致使性能不好的产品“中毒”或“微醺”现象，使得产品不能正常工作，关键时刻失去效能。

4 改进措施

4.1 设计过程

产品质量体现在其生命周期中的每个环节，产品质量首先是设计出来的，其次才是制造出来的，探测器也不列外。选用性能稳定的传感器、芯片等重要元器件加以匹配且经过科学验证的设计方案来保证产品报警动作值、重复性等基本功能。就方位试验而言，要考虑外观上探窗不同方位进气量的问题、传感器附近不同方位进气速率等要素；对于电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，要充分考虑电源线进入点、信号线的滤波及瞬态防护。电快速瞬变脉冲群为高频现象，且产品外壳多为非金属，外壳不正确的屏蔽、受试线与其他线缆的交叉耦合噪声或各种寄生效应都可能会产生3.2所述问题[5]，此类问题要注意；高、低温（运行）试验：需要设计方案在温度发生变化时予以算法补偿，可在标准要求环境下进行测试，根据产品具体表现确定补偿系数；跌落试验：选用耐冲击、不易碎易裂的外壳材质。整体结构需充分考虑电路板及电子元器件的受冲击安全性，尤其在靠近传感器的部分；抗中毒性能、低浓度运行试验：要考虑到新标准的要求变化内容，及时提升调整设计方案。必要时在传感器外部设置中毒防护装置，优化产品设计方案，有效防止其出现“微醺”症状。

4.2 生产环节

不能保证产品质量的生产就是浪费，生产越多，浪费就越多，要注重生产的各个环节。首先，生产企业从原材料进货开始，就要做好所有原材料控制和有效性的确认，尤其作为家用可燃气体探测器的关键元器件的气体传感器，这是保证产品与获证时的样品一致性的首要条件；其次，严格按照生产规程执行生产过程，比如电路板的制备、检测、老化等费时费工的过程不能敷衍了事；再者，探测器的标定过程很重要，要求生产企业有能力的人员使用符合要求的设施设备和标准物质在满足标准要求的环境条件下按照标准的方法进行，才能保证标定过程科学有效；最后，要严格执行例行、确认、出厂检验，用来确认生产各环节和产品的符合性和有效性。

4.3 质量意识

生产企业作为生产主体要有产品质量责任意识，尤其在严酷的市场竞争压力下守住质量底线，保证原材料质量，科学合理地追求利润。若出现了质量问题，应及时自查自纠，主动下架、召回问题产品。生产企业作为生产主体要有产品质量自律精神，严格控制标准生产过程、严格执行生产环节中各检验程序，保证出厂的产品均为合格产品。生产企业作为生产主体要有产品质量使命感，企业要向用户端输送合格且性能更好的产品来保障广大人民的生命财产安全。

5 结 语

家用可燃气体探测器产品质量好坏与亿万家庭的燃气使用及消防安全休戚与共。本文就探测器产品行业发展状况，结合国家监督抽查中发现的问题，详细分析了产品性能失效的原因，并给予了改进措施，希望可为探测器厂家的生产设计、政府部门监管以及消防执法提供参考借鉴，为千家万户燃气安全及探测器产业科学发展尽绵薄之力。

参考文献

[1]中国城市燃气协会安全管理工作委员会.全国燃气事故分析报告[M].北京：中国燃气安全杂志社，2022.

[2]国家能源局石油天然气司，国务院发展研究中心资源与环境政策研究所，自然资源部油气资源戰略研究中心.中国天然气发展报告[M].北京：石油工业出版，2022.

[3]可燃气体探测器 第2部分：家用可燃气体探测器：GB 15322.2-2019[S].

[4]韩克勤，井海宁.室内化学品中挥发性有机化合物的挥发特征[J].卫生研究，1997，26（1）：65-67.

[5]薛正元，单旭.有源医疗器械电快速瞬变脉冲群测试及问题分析[J].标准与检测，2021，27（9）：23-25.

作者简介

孔祥朋，硕士，工程师，主要研究方向消防电子产品检测技术、产品质量安全。

（责任编辑：袁文静）