光離子化檢測(cè)技術(shù)在冶金焦化行業(yè)的應(yīng)用

吳海光

煤炭的主要加工方法是高溫?zé)捊?從而提取有用的化學(xué)產(chǎn)品,回收可燃?xì)怏w。在生產(chǎn)過(guò)程中,多種有機(jī)蒸氣對(duì)工作人員的健康造成慢性侵害。同時(shí),大量有機(jī)和無(wú)機(jī)揮發(fā)物的泄露也會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染,造成能源和資源的雙重浪費(fèi)。

國(guó)家質(zhì)檢總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 12710-2008《焦化安全規(guī)程》將于2009年12月1日開(kāi)始實(shí)施,新規(guī)程將取代GB 12710-1991《焦化安全規(guī)程》,在焦化氣體監(jiān)控方面新增了7種有機(jī)化合物和2種氮、硫氧化物的檢測(cè)?？傮w來(lái)看,新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)職業(yè)安全與健康、環(huán)保提高了要求,特別是對(duì)于職業(yè)健康,新標(biāo)準(zhǔn)增加了7種致癌物質(zhì)濃度的限制。在環(huán)保方面,新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)主要大氣污染物的氮、硫氧化物濃度有了更嚴(yán)格的限制。本文通過(guò)介紹總揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)工作場(chǎng)所限值標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方法、光離子化檢測(cè)技術(shù)(PID)在有機(jī)揮發(fā)物檢測(cè)方面的特點(diǎn),介紹一種冶金焦化行業(yè)保護(hù)職工健康、避免環(huán)境污染的方法。

TVOC限值標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方法

GB 12710-2008《焦化安全規(guī)程》對(duì)焦化工作場(chǎng)所空氣中有毒物質(zhì)容許濃度的規(guī)定如表1所示。

從表1中可以看出,新標(biāo)準(zhǔn)增加了苯逸散物和焦揮發(fā)物,它們的主要成分是多種揮發(fā)性有機(jī)化合物的混合物,即TVOC。

目前,常用的有機(jī)揮發(fā)物的檢測(cè)方法主要有電化學(xué)傳感器、半導(dǎo)體氧化物傳感器、紅外傳感器和最新技術(shù)的光離子化傳感器(PID)。在以上幾類(lèi)檢測(cè)技術(shù)中,由于揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的理化特性,電化學(xué)方法只能檢測(cè)其中小部分有機(jī)化合物,而且其使用壽命也無(wú)法滿(mǎn)足客戶(hù)實(shí)際使用的要求;半導(dǎo)體氧化物傳感器的檢測(cè)靈敏度較高,但由于其對(duì)碳、硫、氮氧化物有較大的響應(yīng),而不能用于焦化行業(yè);紅外方法的檢測(cè)穩(wěn)定性、選擇性較好,但無(wú)法檢測(cè)多種氣體;煤焦化混合芳烴中含有幾十種有機(jī)物,他們的化學(xué)性質(zhì)差異較大,而PID檢測(cè)技術(shù)是無(wú)損壞的物理檢測(cè)技術(shù),拋開(kāi)化學(xué)性質(zhì)的差異,以物理(電離)的方法對(duì)多種有機(jī)化合物如苯、甲苯、二甲苯、萘、酚、酮等進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè),檢測(cè)精度可達(dá)1×10-9(1ppb)水平,是目前首選的VOC檢測(cè)技術(shù)。

光離子化檢測(cè)技術(shù)原理

光離子化檢測(cè)器由調(diào)制電場(chǎng)、無(wú)極紫外光源和電離室組成,中間由可透紫外光的光窗相隔。在電離室內(nèi),待測(cè)組分的分子吸收紫外光能量發(fā)生電離,選用不同能量的紫外燈(9.8eV,10.6eV,11.7eV),可選擇性地測(cè)定各種有機(jī)化合物。有機(jī)化合物的分子在紫外光的激發(fā)作用下電離成為正負(fù)離子,在電場(chǎng)的作用下,在電極間發(fā)生遷移產(chǎn)生的電流與氣體濃度成正比,高精度檢測(cè)電路對(duì)變化的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理,實(shí)時(shí)得出現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)。

光離子化檢測(cè)器對(duì)大多數(shù)有機(jī)物可產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào),不但具有較高的靈敏度,還可簡(jiǎn)便地對(duì)樣品進(jìn)行快速檢測(cè)處理。在分析如芳烴和烯烴時(shí),其響應(yīng)靈敏度可比火焰離子化檢測(cè)器高約30倍。此外,光離子化檢測(cè)器還具有較寬的線(xiàn)性范圍,無(wú)極紫外燈、電離室、電極體積小,適合便攜式和固定式在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。它是一種非破壞性檢測(cè)器,還可和色譜儀(GCRAE1000)聯(lián)用,以獲取更加精確的信息。它可在常壓下進(jìn)行操作,不需使用氫氣、氮?dú)獾?簡(jiǎn)化了附屬設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)安全;檢測(cè)范圍非常寬,響應(yīng)時(shí)間小于10s,無(wú)檢測(cè)記憶,恢復(fù)快。

光離子化檢測(cè)器(RAEGuard PID),檢測(cè)量程0～100×10-6(100ppm)對(duì)焦化有機(jī)蒸汽的校正系數(shù)(CF)見(jiàn)下表2。

光離子化檢測(cè)技術(shù)在冶金焦化企業(yè)的應(yīng)用

煤焦油是焦化工業(yè)的重要產(chǎn)品之一,其組成極為復(fù)雜。常溫下煤焦油是一種黑色黏稠液體,主要由多環(huán)芳香族化合物組成,高沸點(diǎn)組分較多,熱穩(wěn)定性較好,其中的烷基芳烴最易揮發(fā),以苯為代表的烷基芳烴是污染物檢測(cè)的重點(diǎn)。低濃度TVOC有毒,會(huì)抑制人體造血功能,能致使白細(xì)胞、紅細(xì)胞和血小板的減少而造成多種疾病;高濃度時(shí)對(duì)皮膚和黏膜有局部刺激作用,吸入或經(jīng)皮膚吸收可引起中毒,嚴(yán)重者將導(dǎo)致中毒死亡。TVOC也屬于典型的致癌物質(zhì)。

從TVOC的危害可以看出,低濃度影響人員的健康;中等濃度導(dǎo)致人員患慢性疾病;較高濃度還會(huì)導(dǎo)致爆炸事故。因此,大范圍監(jiān)測(cè)環(huán)境TVOC濃度是焦化企業(yè)解決安全、健康、環(huán)保的重要手段。根據(jù)GB 12710-2008《焦化安全規(guī)程》的要求,在新建項(xiàng)目和技改項(xiàng)目的實(shí)施上,或在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上應(yīng)增加TVOC檢測(cè)器——PID。PID技術(shù)可以解決新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的9種焦化有機(jī)氣體的檢測(cè),使企業(yè)對(duì)環(huán)境污染的程度從定性的了解向定量的管理轉(zhuǎn)變,這也是一項(xiàng)“HSE”的對(duì)企業(yè)管理的基本要求。

各國(guó)TVOC標(biāo)準(zhǔn)基本在以下范圍:

環(huán)境:0.1×10-9(0.1ppb)～1×10-6(1ppm)

健康:0.1×10-6(0.1ppm)～100×10-6(100ppm)

爆炸:1000×10-6(1000ppm)～10000×10-6(10000ppm)

冶金焦化行業(yè)在儀器的選擇上,應(yīng)根據(jù)檢測(cè)目的決定儀器的量程配置。根據(jù)中國(guó)冶金企業(yè)的特點(diǎn),0.1×10-6(0.1ppm)～100×10-6(100ppm)量程范圍適合大多數(shù)企業(yè)環(huán)境。對(duì)于苯灌區(qū)等重大危險(xiǎn)源的監(jiān)控應(yīng)選擇在線(xiàn)式(固定式)寬量程的檢測(cè)儀器,檢測(cè)量程范圍選擇1000×10-6(1000ppm)的產(chǎn)品,根據(jù)企業(yè)的環(huán)境情況設(shè)置相應(yīng)的報(bào)警點(diǎn),這個(gè)范圍既可以兼顧防范人員中毒,又可以檢測(cè)意外的大量泄漏,避免爆炸事故的發(fā)生。

焦化污染及職業(yè)危害是冶金企業(yè)環(huán)境與勞動(dòng)保護(hù)問(wèn)題的重點(diǎn),不僅給企業(yè)職工健康造成危害,還影響到周邊生活區(qū)居民的健康,PID檢測(cè)技術(shù)(見(jiàn)圖1)將為保障職工的職業(yè)健康,建立勞動(dòng)保護(hù)與環(huán)境級(jí)檢測(cè)系統(tǒng)防范污染物擴(kuò)散,發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。

編輯韓 穎