陳山

利華益維遠(yuǎn)化學(xué)股份有限公司 山東東營(yíng) 257400

1 可燃、有毒氣體報(bào)警器儀表概述

可燃、有毒氣體檢測(cè)儀表就是氣體泄漏檢測(cè)報(bào)警儀器。廣泛應(yīng)用于石油、化工、燃?xì)獾刃袠I(yè)，用于檢測(cè)室內(nèi)外危險(xiǎn)場(chǎng)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(cè)器主要由檢測(cè)元件（即氣體傳感器）信號(hào)放大單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、單片機(jī)處理單元、報(bào)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(jī)的性能[1]?？刂破髦饕尚盘?hào)接收單元、信號(hào)放大單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、單片機(jī)單元、報(bào)警單元、輸出單元和供電單元組成。

2 可燃、有毒氣體報(bào)警器儀表工作原理及特性

2.1 工作原理

當(dāng)被測(cè)場(chǎng)所存在可燃、有毒氣體時(shí)，儀表檢測(cè)到氣體濃度達(dá)到爆炸或中毒儀表設(shè)置的臨界點(diǎn)時(shí)，將氣信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)或電流信號(hào)傳送到報(bào)警儀表，儀器顯示出可燃、有毒氣體濃度值，當(dāng)可燃、有毒氣體濃度超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)檢測(cè)儀就會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)提示，以提醒工作人員采取安全措施，并驅(qū)動(dòng)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(cè)氣體分子，并產(chǎn)生電信號(hào)的傳感器，所產(chǎn)生的電信號(hào)與氣體濃度呈正比增長(zhǎng)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(chǎng)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(cè)可燃?xì)怏w，電化學(xué)式用于檢測(cè)有毒氣體，半導(dǎo)體用于檢測(cè)可燃?xì)怏w，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(cè)定可燃?xì)怏w濃度，電導(dǎo)率隨著環(huán)境氣體成份的變化而變化，當(dāng)半導(dǎo)體傳感器遇到可燃?xì)怏w，半導(dǎo)體電阻下降，下降值與可燃?xì)怏w濃度有對(duì)應(yīng)關(guān)系。

優(yōu)點(diǎn)：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(cè)。尤其是傳感器成本低廉，適宜民用氣體檢測(cè)的需求。

缺點(diǎn)：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(jì)量準(zhǔn)確要求的場(chǎng)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(cè)橋路。當(dāng)含有可燃性混合氣體擴(kuò)散到檢測(cè)元件上時(shí)，迅速進(jìn)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(gè)變化的電壓信號(hào)，這個(gè)電壓信號(hào)的大小與可燃?xì)怏w的濃度成正比。

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

缺點(diǎn)：在可燃?xì)庑詺怏w范圍內(nèi)，無選擇性。暗火工作，有引燃爆炸的危險(xiǎn)。大部分元素有機(jī)蒸汽對(duì)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(shí)傳感器會(huì)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?xì)怏w時(shí)能量發(fā)生衰減這一物理特性進(jìn)行氣體濃度檢測(cè)，檢測(cè)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]?？梢詰?yīng)用在有毒氣體或缺氧環(huán)境中，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單。紅外傳感器不會(huì)中毒，高濃度接觸不會(huì)燒壞，使用壽命可以到10年，與氣體連續(xù)接觸，只要?dú)怏w樣品保持干燥和無腐蝕性紅外儀器可用于長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)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(biāo)氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)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(gè)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(dá)電極表面。穿過屏障擴(kuò)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(jī)理或還原機(jī)理。這些反應(yīng)由針對(duì)目標(biāo)氣體而設(shè)計(jì)的電極材料進(jìn)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(huì)在正極與負(fù)極間流動(dòng)。測(cè)量該電流即可確定氣體濃度。由于該過程中會(huì)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(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，30分鐘到24小時(shí)。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(yàn)

出廠前應(yīng)進(jìn)行外觀檢查、功能試驗(yàn)、報(bào)警動(dòng)作試驗(yàn)、報(bào)警重復(fù)性試驗(yàn)、示值誤差試驗(yàn)、絕緣電阻試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)、恒定溫?zé)嵩囼?yàn)、氣體干擾試驗(yàn)、穩(wěn)定性試驗(yàn)和響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)等。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

（1）按說明書要求通零點(diǎn)氣校準(zhǔn)零點(diǎn)；

（2）調(diào)整量程值，通標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)定，反復(fù)2到3次；

（3）分別通10%LEL、 40%LEL、 60%LEL的標(biāo)準(zhǔn)氣體，記錄儀器穩(wěn)定數(shù)值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果取絕對(duì)值最大的為示值誤差。

（4）報(bào)警功能及報(bào)警動(dòng)作值：按說明書中設(shè)定的報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)氣濃度應(yīng)選大于設(shè)定點(diǎn)的濃度，不能太小也不能太大否則不利于讀數(shù)，重復(fù)測(cè)試3次，觀察聲光報(bào)警是否正常。

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

3 可燃、有毒氣體報(bào)警器儀表設(shè)置原則及標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范

原GB 50493-2009《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》作廢，新標(biāo)準(zhǔn)為GB 50493-2019《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》。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(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行梳理。

3.1 術(shù)語

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

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

（3）短時(shí)間接觸容許濃度：指一個(gè)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(dá)到某種危險(xiǎn)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(diǎn)設(shè)置原則

（1）可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)器的檢測(cè)點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)氣體的理化性質(zhì)、釋放源的特性、生產(chǎn)場(chǎng)地布置、地理?xiàng)l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(cè)之處布置。

（2）可能泄露可燃?xì)怏w、有毒氣體的主要釋放源：如氣體壓縮機(jī)和液體泵的動(dòng)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(cè)中易違反設(shè)計(jì)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(cè)器安裝高度不足、覆蓋半徑不夠、安裝位置不對(duì)、特殊地方?jīng)]有安裝等問題。

（2）報(bào)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(cè)控制器不獨(dú)立設(shè)置、沒有雙電源、無歷史記錄功能、單位報(bào)警值設(shè)置不對(duì)、沒有聲光報(bào)警等。

4 關(guān)于GDS系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

雖然國家出臺(tái)了一系列法律、法規(guī)及新的標(biāo)準(zhǔn)，但是多年來形成的現(xiàn)狀以及經(jīng)濟(jì)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(hù)航還需要很長(zhǎng)的路要走。

4.1 各報(bào)警器廠家現(xiàn)狀

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

（2）好多可燃?xì)怏w的探頭不能嚴(yán)格按爆炸下限來進(jìn)行量程的標(biāo)定設(shè)置，只是用某種可燃?xì)獯妗?/p>

（3）有毒氣體探頭技術(shù)要求更高，大多是ppm級(jí)的，探頭壽命很短，再者探頭的區(qū)分度有的不高，不僅對(duì)有毒氣體起作用，用普通的可燃?xì)怏w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(duì)安全的重視，各生產(chǎn)廠家也加強(qiáng)了GDS系統(tǒng)的管理和升級(jí)。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(dú)立。

（2）各裝置報(bào)警器布局一般不夠合理，沒能安裝國家標(biāo)準(zhǔn)安裝。

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

（4）對(duì)于報(bào)警器報(bào)警后的處置方案不夠合理，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤。

5 結(jié)語

可燃、有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)和火災(zāi)檢測(cè)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(shí)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(shí)，將可燃、有毒氣體檢測(cè)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(hù)航。