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        化學(xué)偵檢裝備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

        2018-08-15 00:55:58楊玉勝中國人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院消防指揮系
        消防界(電子版) 2018年5期
        關(guān)鍵詞:事故現(xiàn)場探測儀化學(xué)品

        ■ 楊玉勝 中國人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院消防指揮系

        隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,危險化學(xué)品應(yīng)用范圍越來越廣,重要程度越來越大,其生產(chǎn)、存儲、運(yùn)輸?shù)纫?guī)模也越來越大,潛在的火災(zāi)爆炸隱患更大。一旦發(fā)生化學(xué)事故,不僅造成嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失,而且往往引發(fā)社會恐慌,甚至造成環(huán)境污染等嚴(yán)重社會事件。2004年4月6日,重慶市天原化工廠氯氣泄漏爆炸事故造成9人死亡,15萬人緊急疏散。2013年6月3日,吉林省德惠市寶源豐禽業(yè)公司液氨泄漏燃燒爆炸事故,造成121人死亡,90多人中毒受傷。尤其是2015年8月12日天津港瑞海公司危險品倉庫特別重大火災(zāi)爆炸事故更是造成了大量的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失,在國內(nèi)外產(chǎn)生了廣泛的影響。

        化學(xué)事故發(fā)生以后,對其進(jìn)行應(yīng)急處置是降低化學(xué)事故危害的有效措施?!吨腥A人民共和國消防法》第三十七條規(guī)定:公安消防隊(duì)、專職消防隊(duì)依照國家規(guī)定承擔(dān)重大災(zāi)害事故和其他以搶救人員生命為主的應(yīng)急救援工作。《公安消防部隊(duì)執(zhí)勤戰(zhàn)斗條令》第八十一條規(guī)定:公安消防部隊(duì)依照國家規(guī)定承擔(dān)危險化學(xué)品事故和其他以搶救人員生命為主的應(yīng)急救援工作。因此對化學(xué)事故進(jìn)行救援是消防部隊(duì)的法定義務(wù)。

        在化學(xué)事故處置過程中,偵檢是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。偵檢就是使用偵檢器材對化學(xué)事故現(xiàn)場泄漏的危險化學(xué)品進(jìn)行檢測,辨別泄漏的危險化學(xué)品種類,測定其染毒程度的技術(shù)。因此偵檢的主要任務(wù)就是確定泄漏物質(zhì)的種類,測量泄漏物質(zhì)的濃度,同時實(shí)時檢測泄漏物質(zhì)濃度的變化。

        偵檢是化學(xué)事故處置的首要問題。偵檢的目的是便于有針對性地做好個人安全防護(hù),確定事故現(xiàn)場危險區(qū)范圍,及時采取撤離、疏散措施和處置措施,便于中毒人員的醫(yī)療救治。由于危險化學(xué)品的種類繁多,不同的危險化學(xué)品,其物理化學(xué)性質(zhì)和毒性都各不相同,危害方式和程度也不同,處置的方法、技術(shù)和使用的工具也不一樣,即對于不同的化學(xué)事故要采取特定的處置方法。所以,在化學(xué)事故處置中,確定泄漏的危險化學(xué)品種類和濃度分布是首要的任務(wù)。只有確定了泄漏的是何種危險化學(xué)品及其在空間的分布,才能進(jìn)行科學(xué)的決策,才能采取有針對性的人員防護(hù)措施、防火防爆措施,堵漏措施和后期的洗消方法,科學(xué)地進(jìn)行處置。

        一、現(xiàn)狀

        (一)偵檢裝備

        我國消防部隊(duì)的化學(xué)偵檢技術(shù)及其裝備是隨著消防特勤隊(duì)伍的建立而逐漸發(fā)展起來的。1995年3月18日日本東京地鐵發(fā)生了震驚世界的沙林毒氣襲擊事件,隨后我國為了應(yīng)對化學(xué)事故的現(xiàn)場處置任務(wù),先后在北京、上海、重慶等30個大城市組建了消防特勤隊(duì)伍,消防部隊(duì)的化學(xué)偵檢裝備建設(shè)開始發(fā)展。尤其是從2006年開始,先后有12輛核生化偵檢車配備到部隊(duì),這在我國消防特勤隊(duì)伍的建設(shè)中具有里程碑式的意義,在化學(xué)事故應(yīng)急處置中也正在發(fā)揮著重要的作用。

        我國消防部隊(duì)偵檢器材的配備按照《城市消防站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》(建標(biāo)152-2011)進(jìn)行統(tǒng)一配備。2011版《城市消防站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了消防特勤消防站偵檢器材配備標(biāo)準(zhǔn),共有有毒氣體探測儀、軍事毒劑偵檢儀、可燃?xì)怏w檢測儀、水質(zhì)分析儀、電子氣象儀、無線復(fù)合氣體探測儀、生命探測儀、消防用紅外熱像儀、漏電探測儀、核放射探測儀、電子酸堿測試儀、測溫儀、移動式生物快速偵檢儀、激光測距儀和便攜危險化學(xué)品檢測片等15種偵檢裝備,規(guī)定其中水質(zhì)分析儀、無線復(fù)合氣體探測儀、核放射探測儀和移動式生物快速偵檢儀等5種偵檢器材為由各地消防根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配備,其余10種偵檢器材是特勤消防對必配的。其中,有毒氣體探測儀和可燃?xì)怏w探測儀是普通消防中隊(duì)必配的化學(xué)偵檢器材,也是消防部隊(duì)常見的兩種化學(xué)偵檢設(shè)備。

        (二)儀器類別

        我國消防部隊(duì)使用的偵檢器材可以分為便攜式偵檢儀、氣體偵檢管和偵檢片等三類。

        1.便攜式檢測儀

        消防部隊(duì)配備的便攜式檢測儀主要包括水質(zhì)分析儀、可燃?xì)怏w檢測儀、有毒氣體探測儀和有毒氣體探測儀等。

        水質(zhì)分析儀是在被檢測的水樣中加入一種特殊催化劑,使水樣中的危險化學(xué)品發(fā)生化學(xué)變色反應(yīng),然后利用光譜分析儀的偏光原理進(jìn)行分析和鑒定。目前常用的水質(zhì)分析儀是麥爾克S Q118,能夠定性分析水中氰化物、甲醛、硫酸鹽、氟、苯酚、二甲苯酚、硝酸鹽、磷、氯、鉛等物質(zhì)。

        可燃?xì)怏w檢測儀的測量原理是催化燃燒式原理,即電壓輸出與氣體濃度成正比關(guān)系??扇?xì)怏w檢測儀的傳感器內(nèi)檢測電路一般采用惠更斯電橋電路。可燃?xì)怏w檢測儀主要用于偵檢化學(xué)事故現(xiàn)場可燃?xì)怏w或蒸氣,如氫、甲烷、汽油、液化石油氣和乙炔等可燃?xì)怏w。

        消防部隊(duì)常用的有毒氣體檢測儀為奧德姆MX21,能夠測定可燃?xì)猓淄?、煤氣、丙烷、丁烷?1種)、毒氣(一氧化碳、硫化氫、氯化氫)、氧氣和有機(jī)揮發(fā)性氣體等四類。

        軍事毒劑偵檢儀主要用于偵檢氣態(tài)和液態(tài)的神經(jīng)性毒劑和霉?fàn)€性毒劑,沙林GB、梭曼GD、維??怂筕 X、介子氣HD等。常用的軍事毒劑偵檢儀為GT-A P2 C,其工作原理是利用毒劑份子中含有的有機(jī)磷或有機(jī)硫元素,在高溫燃燒時產(chǎn)生的特有光譜而進(jìn)行檢測的。

        2.氣體檢測管

        氣體檢測管的工作原理是被檢測氣體通過檢測管時,檢測劑和被測氣體發(fā)生定量化學(xué)反應(yīng)并變色,其色變的長度或程度與被測氣體濃度成正比。根據(jù)變色長度或程度來判定物質(zhì)的濃度。根據(jù)這種測量原理,氣體檢測管可以分為比長型檢測管和比色型檢測管兩大類。

        氣體檢測管是一種簡單、快速的定量偵檢器材。在已知有害氣體或液體蒸氣種類的條件下,利用氣體檢測管可在1~2分鐘內(nèi),根據(jù)檢測管色變的長度或程度,來確定氣體或蒸氣的濃度。

        3.偵檢紙

        消防部隊(duì)另外一類常用的偵檢手段是偵檢紙。偵檢紙是將特定的指示劑均勻地涂抹或浸漬在試紙上制成的。常見的偵檢紙有酚酞試紙、氯化鈀試紙、藍(lán)色石蕊試紙、紅色石蕊試紙等。偵檢紙可以檢測氨氣、一氧化碳、酸性氣體和酸性氣體等。

        使用偵檢紙進(jìn)行檢測,優(yōu)點(diǎn)是便于攜帶和使用方便,可對多種氣體進(jìn)行定性和半定量偵檢,缺點(diǎn)是易受環(huán)境干擾,且易失效。

        二、存在問題

        目前的偵檢器材,在實(shí)際使用中存在的問題主要表現(xiàn)在:

        (一)儀器原理多樣

        消防部隊(duì)要求配備的偵檢器材種類多樣,產(chǎn)品型號各不相同,其偵檢原理也多樣,有基于電化學(xué)方法的,有基于電氣方法的,還有基于光學(xué)方法的。電化學(xué)方法的原理是使待測危險化學(xué)品與偵檢儀的電極發(fā)生反應(yīng),從而產(chǎn)生與待測危險化學(xué)品濃度相關(guān)的電信號。電氣方法中又分為基于半導(dǎo)體的方法和基于催化燃燒的方法。常見光學(xué)方法有紅外吸收法、光學(xué)干涉法和氣相色譜法等。核生化偵檢車就配備了色譜偵檢儀。

        但是一般的消防員學(xué)歷水平不高,對于這些原理、方法、偵檢技術(shù)的掌握還存在一些困難。在現(xiàn)實(shí)中,一般的消防員只能掌握少量的偵檢器材的用法,對一些高端的偵檢儀則很難駕馭。

        (二)使用范圍受限

        一種偵檢儀只能偵檢特定的危險化學(xué)品,有的偵檢儀即使可以用來偵檢多種危險化學(xué)品,在使用中也需要采用不同的偵檢方法,而且是根據(jù)危險化學(xué)品的類別來采取特定的偵檢方法的。但是在化學(xué)事故現(xiàn)場,有時是不知道泄漏物質(zhì)的種類的,因此存在偵檢儀檢測物質(zhì)不準(zhǔn)確的問題,有時即使能夠檢測,偵檢的速度也較慢,對化學(xué)事故的應(yīng)急決策和處置造成一定的影響。

        (三)存在安全風(fēng)險

        目前消防部隊(duì)配備的偵檢器材,即使是核生化偵檢車,在化學(xué)事故現(xiàn)場偵檢中,都需要消防員到事故現(xiàn)場進(jìn)行采樣,然后才能進(jìn)行檢測。為了保護(hù)消防員的安全,在不了解泄漏現(xiàn)場危險化學(xué)品的性質(zhì)的情況下,需要對偵檢人員采取最高等級的防護(hù)。也就是說,消防員需要著一級化學(xué)防化服進(jìn)行偵檢。若防護(hù)不到位,將可能對偵檢人員造成傷害。

        因此,目前消防部隊(duì)配備的偵檢儀器存在檢測程序復(fù)雜、不易掌握,儀器原理多樣、適用范圍不宜確定,儀器集成度高、操作難度大以及對偵檢人員專業(yè)素質(zhì)要求高等問題,在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。同時由于危險化學(xué)品種類繁多、性質(zhì)各異,現(xiàn)有救援裝備種類較少、實(shí)用性不強(qiáng),造成偵檢效果不是十分理想。

        三、發(fā)展趨勢

        為了有效地處置化學(xué)事故,對偵檢的要求是準(zhǔn)確、快速、靈敏、簡便和安全。準(zhǔn)確是指準(zhǔn)確查明泄漏的危險化學(xué)品的種類和濃度。只有準(zhǔn)確知道泄漏物質(zhì)的種類,才能確保采取的措施更可靠與完善。快速是能夠快速偵檢;快速檢測便可能快速處置,將化學(xué)事故造成的不良后果減至最小。靈敏是指偵檢方法要靈敏,以便能發(fā)現(xiàn)低濃度的危險化學(xué)品。簡便是指采用的分析手段簡捷,設(shè)備易于操作掌握與維護(hù)修理。安全是指在偵檢過程中,不會對消防員或其他公眾造成傷害。

        根據(jù)對化學(xué)災(zāi)害事故偵檢的要求,現(xiàn)場使用的偵檢儀器應(yīng)具備便攜性、可靠、靈敏和安全等特點(diǎn)。便攜性要求偵檢器材要輕便、防震,便于攜帶;可靠性要求偵檢儀檢測準(zhǔn)確、測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定;靈敏性要求偵檢儀抗干擾能力強(qiáng),能夠檢測所偵檢的危險化學(xué)品物質(zhì),測量范圍較廣;安全性則要求能防止各種不安全因素對偵檢人員的傷害等。

        基于以上幾點(diǎn)要求,偵檢裝備的發(fā)展趨勢將是檢測范圍更廣、檢測精度更高和檢測裝備便攜化以及偵檢中的安全性更高。檢測范圍廣要求同一種偵檢儀能夠同時對多種危險化學(xué)品進(jìn)行檢測,檢測精度高要求偵檢儀靈敏,對泄漏的微量危險化學(xué)品就能夠偵檢;便攜化則要求偵檢儀便于攜帶,安全性則要求在事故現(xiàn)場進(jìn)行偵檢時不會對人員產(chǎn)生傷害,同時也不會對事故現(xiàn)場產(chǎn)生危害。

        目前利用高新技術(shù),如紅外光譜技術(shù)等進(jìn)行化學(xué)偵檢已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢。將紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于偵檢中,最具有前途的是傅里葉變換紅外光譜技術(shù)(Fourier Trans form Infrared Spectroscopy,F(xiàn)TIR)。FTIR技術(shù)將紅外技術(shù)和遙測技術(shù)相結(jié)合,具有分辨力高、測量波段寬、響應(yīng)時間快以及遙測等優(yōu)點(diǎn),因此能夠解決目前偵檢器材中存在的問題,將是較為理想的化學(xué)偵檢方式。

        FTIR技術(shù)分為主動式和被動式兩種遙測方式。主動式FTIR技術(shù)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的遙測,且信噪比較高。但是主動式FTIR需要一個人工光源,因此在實(shí)際應(yīng)用中對于固定場所的檢測比較合適,而在對于場所不確定的事故現(xiàn)場檢測,則應(yīng)用范圍首先。被動式FTIR技術(shù)以自然環(huán)境或泄漏的危險化學(xué)品氣體為紅外輻射源,測得危險化學(xué)品的發(fā)射譜或吸收譜,并以此來分析泄漏物質(zhì)的種類和濃度等信息。由于不需要人工光源,因此對于事故現(xiàn)場危險化學(xué)品的偵檢將更加方便。

        在國家科技支撐計劃項(xiàng)目的支持下,我們擬研究FTIR技術(shù)在化學(xué)偵檢中的應(yīng)用,建立典型危險化學(xué)品紅外精細(xì)光譜數(shù)據(jù)庫,開發(fā)危險化學(xué)品識別軟件平臺等問題,以實(shí)現(xiàn)在化學(xué)事故現(xiàn)場,采取遙測方法,實(shí)時探測泄漏危險化學(xué)品的紅外光譜,實(shí)現(xiàn)對泄漏物質(zhì)的快速偵檢,并對事故處置進(jìn)行快速決策。

        四、結(jié)語

        我國消防部隊(duì)配備了多種偵檢裝備。這些偵檢裝備原理多樣、使用范圍各不相同,在化學(xué)事故處置中需要到現(xiàn)場進(jìn)行采樣,具有一定的危險性。因此需要開發(fā)安全可靠、使用范圍寬,能同時偵檢多種危險化學(xué)品的偵檢裝備,同時還不需要消防員到事故現(xiàn)場采樣。FTIR技術(shù)具備基于物質(zhì)的紅外特性,只要有該物質(zhì)的紅外精細(xì)光譜,就能用比對的方法進(jìn)行識別,同時FTIR技術(shù)具有遙測功能,在實(shí)際偵檢中,安全性能較高,能夠彌補(bǔ)當(dāng)前偵檢裝備的不足。因此基于FTIR的化學(xué)偵檢裝備將是化學(xué)偵檢的一個發(fā)展趨勢,具有很好的發(fā)展前景。

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