可燃、有毒氣體報警器在化工領(lǐng)域的應(yīng)用與探討

陳山

利華益維遠化學(xué)股份有限公司 山東東營 257400

1 可燃、有毒氣體報警器儀表概述

可燃、有毒氣體檢測儀表就是氣體泄漏檢測報警儀器。廣泛應(yīng)用于石油、化工、燃氣等行業(yè)，用于檢測室內(nèi)外危險場所的泄漏情況，是保證生產(chǎn)和人身安全的重要儀器。按自身形態(tài)分固定式和便攜式兩種。探測器主要由檢測元件（即氣體傳感器）信號放大單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、單片機處理單元、報警單元、顯示單元和輸出單元組成。其中氣體傳感器為主要部件，其性能直接決定了整機的性能[1]?？刂破髦饕尚盘柦邮諉卧?、信號放大單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、單片機單元、報警單元、輸出單元和供電單元組成。

2 可燃、有毒氣體報警器儀表工作原理及特性

2.1 工作原理

當被測場所存在可燃、有毒氣體時，儀表檢測到氣體濃度達到爆炸或中毒儀表設(shè)置的臨界點時，將氣信號轉(zhuǎn)換成電壓信號或電流信號傳送到報警儀表，儀器顯示出可燃、有毒氣體濃度值，當可燃、有毒氣體濃度超過報警設(shè)定值時檢測儀就會發(fā)出聲光報警信號提示，以提醒工作人員采取安全措施，并驅(qū)動排風(fēng)、切斷、噴淋系統(tǒng)，防止發(fā)生爆炸、火災(zāi)、中毒事故，從而保障安全生產(chǎn)[2]。

2.2 氣體傳感器

氣體傳感器是一種可以檢測氣體分子，并產(chǎn)生電信號的傳感器，所產(chǎn)生的電信號與氣體濃度呈正比增長關(guān)系。傳感器常見有三類，從工作原理上可以分為：

（1）采用物理、化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：半導(dǎo)體式、催化燃燒式等。

（2）采用物理性質(zhì)的氣體傳感器：熱傳導(dǎo)式、光干涉式、紅外式等。

（3）采用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：電化學(xué)式、電池式、隔膜離子電極式和固定電解質(zhì)式等。

在工業(yè)現(xiàn)場常見的有催化燃燒式、紅外式、電化學(xué)式。其中催化燃燒和紅外多用于檢測可燃氣體，電化學(xué)式用于檢測有毒氣體，半導(dǎo)體用于檢測可燃氣體，一般用于家用。

2.2.1 半導(dǎo)體傳感器

半導(dǎo)體傳感器利用半導(dǎo)體表面電阻變化來測定可燃氣體濃度，電導(dǎo)率隨著環(huán)境氣體成份的變化而變化，當半導(dǎo)體傳感器遇到可燃氣體，半導(dǎo)體電阻下降，下降值與可燃氣體濃度有對應(yīng)關(guān)系。

優(yōu)點：可以有效的用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯及丙烯酸等很多種氣體檢測。尤其是傳感器成本低廉，適宜民用氣體檢測的需求。

缺點：穩(wěn)定性差，受環(huán)境影響較大，尤其，每一種傳感器的選擇性不是唯一的，輸出參數(shù)也不能確定。因此，不宜用于計量準確要求的場所。

2.2.2 催化燃燒式傳感器

催化燃燒傳感器是由兩只固定電阻構(gòu)成惠斯登檢測橋路。當含有可燃性混合氣體擴散到檢測元件上時，迅速進行無焰燃燒，并產(chǎn)生反應(yīng)熱，使熱絲電阻值增大，電橋輸出一個變化的電壓信號，這個電壓信號的大小與可燃氣體的濃度成正比。

優(yōu)點：選擇性好，反應(yīng)準確，穩(wěn)定性好，能夠定量檢測，不易產(chǎn)生誤報，控制可靠，壽命3年左右。

缺點：在可燃氣性氣體范圍內(nèi)，無選擇性。暗火工作，有引燃爆炸的危險。大部分元素有機蒸汽對傳感器都有中毒作用。

注意：含有硅化合物、硫化合物、氯氣、重金屬可以導(dǎo)致催化劑中毒滅火器使用的鹵化物及制冷劑中的氟利昂有抑制催化傳感器的作用，暴露在高濃度、高熱量及在傳感器表面發(fā)生氧化反應(yīng)時傳感器會發(fā)生退化，出現(xiàn)零飄和偏移。

2.2.3 紅外傳感器

基于氣體本征吸收原理，利用特定波段的紅外光通過可燃氣體時能量發(fā)生衰減這一物理特性進行氣體濃度檢測，檢測過程無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，因此有較高的穩(wěn)定性和可靠性[3]。可以應(yīng)用在有毒氣體或缺氧環(huán)境中，使用壽命長，維護簡單。紅外傳感器不會中毒，高濃度接觸不會燒壞，使用壽命可以到10年，與氣體連續(xù)接觸，只要氣體樣品保持干燥和無腐蝕性紅外儀器可用于長期連續(xù)監(jiān)測氣體流。

2.2.4 電化學(xué)傳感器

電化學(xué)傳感器通過與目標氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號來工作。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極和反電極組成，有一個薄電解層隔開。氣體通過微小的毛管型開口與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后是憎水屏障，最終到達電極表面。穿過屏障擴散的氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，傳感電極可以采用氧化機理或還原機理。這些反應(yīng)由針對目標氣體而設(shè)計的電極材料進行催化。通過電極間連接的電阻器，與電氣濃度成正比的電流會在正極與負極間流動。測量該電流即可確定氣體濃度。由于該過程中會產(chǎn)生電流，電化學(xué)傳感器又常被稱為電流氣體傳感器或微型燃料電池。

特性：傳感器需長時間穩(wěn)定，30分鐘到24小時。多數(shù)有毒氣體傳感器需要少量氧氣和保持功能正常。水蒸氣有很大的破壞作用。使用壽命在1-3年，取決于工作環(huán)境。如溫度、壓力和濕度等。

2.3 出廠試驗

出廠前應(yīng)進行外觀檢查、功能試驗、報警動作試驗、報警重復(fù)性試驗、示值誤差試驗、絕緣電阻試驗、耐壓試驗、恒定溫熱試驗、氣體干擾試驗、穩(wěn)定性試驗和響應(yīng)時間試驗等。

2.4 現(xiàn)場調(diào)試

（1）按說明書要求通零點氣校準零點；

（2）調(diào)整量程值，通標準氣體標定，反復(fù)2到3次；

（3）分別通10%LEL、 40%LEL、 60%LEL的標準氣體，記錄儀器穩(wěn)定數(shù)值，根據(jù)計算結(jié)果取絕對值最大的為示值誤差。

（4）報警功能及報警動作值：按說明書中設(shè)定的報警點進行標定，標氣濃度應(yīng)選大于設(shè)定點的濃度，不能太小也不能太大否則不利于讀數(shù)，重復(fù)測試3次，觀察聲光報警是否正常。

（5）響應(yīng)時間的檢定：通入滿量程40%的氣體標準物質(zhì)，讀取穩(wěn)定求值，停止通氣，讓儀器回到零點。再通入上述氣體待示值升至穩(wěn)定值的90%時的時間，重復(fù)3次，平均值為儀器的響應(yīng)時間。

3 可燃、有毒氣體報警器儀表設(shè)置原則及標準、規(guī)范

原GB 50493-2009《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》作廢，新標準為GB 50493-2019《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設(shè)計標準》。本節(jié)主要是引用其內(nèi)容，還有結(jié)合近期事故案例和檢查標準對設(shè)計規(guī)范進行梳理。

3.1 術(shù)語

（1）報警設(shè)定值：指報警器預(yù)先設(shè)定的報警濃度值。

（2）最高容許濃度：指工作地點、在一個工作日內(nèi)、任何時間均不應(yīng)超過的有毒化學(xué)物質(zhì)的濃度。

（3）短時間接觸容許濃度：指一個工作日內(nèi)，任何一次接觸不得超過的15min加權(quán)平均的允許接觸濃度。

（4）直接致害濃度：指環(huán)境中空氣污染物濃度達到某種危險水平，如可致命或永久損害健康，或使人立即喪失逃生能力。

3.2 檢查點設(shè)置原則

（1）可燃氣體和有毒氣體檢測器的檢測點，應(yīng)根據(jù)氣體的理化性質(zhì)、釋放源的特性、生產(chǎn)場地布置、地理條件、環(huán)境氣候、操作巡檢路線等條件，選擇氣體易于積累和便于采樣檢測之處布置。

（2）可能泄露可燃氣體、有毒氣體的主要釋放源：如氣體壓縮機和液體泵的動密封處；液體采樣口和氣體采樣口附近；液體排放口和氣體放空口處；設(shè)備和管道法蘭和閥組附近等。

3.3 在各類檢測中易違反設(shè)計規(guī)范的地方

（1）安裝位置及間距：各種檢查及案例中發(fā)現(xiàn)有氣體檢測器安裝高度不足、覆蓋半徑不夠、安裝位置不對、特殊地方?jīng)]有安裝等問題。

（2）報警控制器功能及設(shè)置：經(jīng)常有發(fā)現(xiàn)可燃、有毒氣體檢測控制器不獨立設(shè)置、沒有雙電源、無歷史記錄功能、單位報警值設(shè)置不對、沒有聲光報警等。

4 關(guān)于GDS系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

雖然國家出臺了一系列法律、法規(guī)及新的標準，但是多年來形成的現(xiàn)狀以及經(jīng)濟及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展還跟不上，造成了好多地方GDS系統(tǒng)還不是很規(guī)范，問題還很多。要想真正起到為安全保駕護航還需要很長的路要走。

4.1 各報警器廠家現(xiàn)狀

（1）隨著國家對安全越來越重視，可燃、有毒報警器廠家如雨后春筍，增加了很多。但是各個廠家的技術(shù)良莠不齊，多數(shù)是購買測量探頭然后自己組裝生產(chǎn)。

（2）好多可燃氣體的探頭不能嚴格按爆炸下限來進行量程的標定設(shè)置，只是用某種可燃氣代替。

（3）有毒氣體探頭技術(shù)要求更高，大多是ppm級的，探頭壽命很短，再者探頭的區(qū)分度有的不高，不僅對有毒氣體起作用，用普通的可燃氣體仍能起作用，這樣就大大影響了使用性。

4.2 各化工生產(chǎn)裝置現(xiàn)狀

隨著國家對安全的重視，各生產(chǎn)廠家也加強了GDS系統(tǒng)的管理和升級。但是還存在有部分問題。比如：

（1）原來的裝置GDS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)做到一起，很難做到獨立。

（2）各裝置報警器布局一般不夠合理，沒能安裝國家標準安裝。

（3）很多地方對于報警器的報警值設(shè)置不合理，特別是有毒氣體報警器。

（4）對于報警器報警后的處置方案不夠合理，甚至出現(xiàn)嚴重錯誤。

5 結(jié)語

可燃、有毒氣體檢測系統(tǒng)和火災(zāi)檢測系統(tǒng)同屬于SIS（安全儀表系統(tǒng)），可見其重要程度，但是現(xiàn)如今還有很多地方都不夠重視，覺得它不影響生產(chǎn)，不產(chǎn)生效益，純屬于安全投入。正是這些意識淡薄的思想導(dǎo)致了一些本不該發(fā)生的事故。所有我們要提高安全意識，將可燃、有毒氣體檢測系統(tǒng)拿到它應(yīng)有的位置上去，真正為化工行業(yè)的安全保駕護航。