随着天然气资源开发利用加快,清洁高效的天然气给工业生产带来了方便,但由于天然气管道老化或人为破坏,阀门密封材料脱落等原因时常造成天然气泄漏,稍有不慎就会产生爆炸,导致危险现象的发生。工业燃气报警器是检测燃气泄漏的一种常见的安全设备,在燃气发生泄漏后它能有效地发出预警,从而降低因燃气泄漏引发的火灾、爆炸、中毒等恶性事故发生率,为了及时发现燃气泄漏以免造成更大危害,人们在地下管廊燃气舱,加气站和化工厂等易发生可燃气体泄漏的场所安装了工业燃气报警器。泄漏的燃气是通过接触式燃气报警器呼吸孔扩散到报警器内部,同报警器内部可燃气体感应元件接触从而触发报警。然而报警器外部保护壳体会对燃气的扩散起到阻碍作用,因此燃气报警器自身就存在报警滞后现象。并且存在通风条件、呼吸孔不同堵塞程度及不同环境温度、相对湿度情况下,报警器的滞后性不同。由于燃气报警器安装位置不同,导致利用某点燃气泄漏来研究报警器滞后现象不具有普遍性,因此本文假设报警器外部被一定浓度的天然气笼罩,模拟天然气向报警器内部的扩散过程,研究报警器的报警情况,针对存在通风情况及呼吸孔不同堵塞程度,不同温度、湿度条件下,研究天然气报警器报警的滞后性,最后提出两种降低报警器滞后的方法,利用模拟过程加以验证,结果可为安全使用工业燃气报警器提供参考。本文基于质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、组分方程建立了天然气向工业燃气报警器内扩散的数学模型,采用有限体积法,结合边界条件和初始条件,来对控制方程进行离散求解。本文对正常状态下的接触式工业燃气报警器进行数值模拟,初始时刻报警器外天然气浓度分别为2%,3%,4%,5%,报警器传感器处天然气浓度分别在4.3s,2.1s,1.3s,0.9s后达到报警浓度1%。而在水平方向存在1m/s的风时,滞后现象非常严重,当报警器外天然气浓度为2%时,需43s才可报警,甚至当报警器外天然气浓度达到爆炸下限时,仍需11s才能报警。呼吸孔堵塞、不同温度、不同相对湿度对报警滞后性也有一定影响。其中,报警时间与温度、相对湿度整体变化是呈线性的,温度越高报警时间越短,相对湿度越低,报警时间越短。而呼吸孔堵塞对报警时间的影响则是随堵塞程度增大,报警时间增加幅度越大。针对工业报警器存在滞后性的问题,本文提出两种降低滞后性的办法,一是设计了一种新型报警器外壳,从天然气扩散过程予以优化,并对使用新型外壳后的报警器进行模拟测试,结果表明:使用新型外壳后,可显著降低在通风情况时报警的滞后性,与使用正常报警器外壳相比,在水平方向存在1m/s风,报警器外分别存在2%、3%、4%、5%浓度天然气时,报警时间约降低80%左右,分别降低34s,19.5s,12.5s,9.1s。在正常情况、呼吸孔不同堵塞程度、不同环境温度、不同相对湿度情况下,使用新型报警器外壳也均能有效降低报警时间,但效果不如存在通风条件时明显,约降低20%左右。第二种降低报警器滞后的方法是使用低感应级别的传感器,从感应端予以优化,使用感应浓度为0.8%的传感器进行模拟,结果表明:尽管感应浓度仅仅降低了0.2%,但在各状况下报警时间均减少了50%左右。例如在水平方向有1m/s的风,报警器外天然气浓度为2%、3%、4%、5%时,报警时间为21s、12s、7.6s、、7.6s、5.5s,分别减少了21s、12s、7.4s、5.5s。在正常情况下,报警器外天然气浓度为2%、3%、4%、5%时,报警时间为2.1s、1.1s、0.6s、0.4s,分别减少了2.2s、1s、0.7s、0.5s。最后本文为工业燃气报警器的设计、使用及日常维护提出合理建议,可以使报警器的设计及使用更加科学。