氨气检测报警仪技术条件和检验方法

1、氨气检测报警仪技术条件和检验方法Technical Requirements and Performance Test for Ammonia Detection Instruments标准编制说明中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院2009年6月目录1 任务来源 (22 起草工作简要过程 (33 编写原则和确定标准主要内容的依据 (43. 1考察国内外产品,确定技术指标 (43.2开展量传研究,保证溯源可靠 (53.3符合应用实际,制定编制原则 (73.4参照国标要求,设计框架结构 (74 技术经济分析论证和预期的经济效益 (95 采用国际标准和国外先进标准情况及水平对比 (106 与

2、现行法略、法规、政策及相关标准的协调性 (107 贯彻实施标准的措施和建议 (118 其他应予说明的事项 (119 附件:氨气检测仪检验不确定度评定 (121 任务来源氨气报警仪是新一代高科技电子产品,它采用高精度传感器作为检测元件,当报警仪探测到环境中气体的浓度达到或超过预置报警值时,报警仪通过屏蔽电缆线将信号传到控制器,控制器立即发出声光报警,同时可启动排风装置或关闭电磁阀切断气源,以达到安全之目的。此种仪器广泛应用于各类型冷库机房、储库、应用到氨气的工业场所,能有效地防止中毒事故、爆炸发生,从而保障人的生命、财产的安全。课题组调研了部分企业的在用有毒气体报警仪的使用情况,调查所涉及到的1

3、4家企业在用的2214台有毒气体报警仪中,氨报警仪所占比例约为5%,主要分布在石油、化工、啤酒行业等。 图1 有毒气体报警器种类分布情况 调查发现,目前国内可燃性气体、硫化氢、一氧化碳等检测报警仪的计量检定工作依据国家现行的计量检定规程进行,而氨气报警仪的检验、检定工作却难以正常开展,多数企业的氨气报警仪疏于管理,无法保证其指示准确和报警及时,存在安全和职业危害隐患。主要原因大致如下:(1国内尚未颁布氨气报警仪检验标准、规范、规程,对氨报警仪的技术指标缺乏具体规定;(2由于氨的化学活泼性质,标准气体的提供商极少,难以及时买到标准气体;(3标准气体的保存期限较短,一般不大于6个月,购置钢瓶装的标

4、准气体给企业造成较大的经济负担。目前国内可燃性气体检测报警仪、硫化氢检测仪的计量检定工作依据国家现行的计量检定规程进行,但是由于标准气体、量值溯源等方面的技术问题,国内尚未颁布氨气报警仪检验标准、规范、规程等,导致此类气体检测报警仪的检验工作因缺乏标准依据而难以正常开展。为了改观目前检验缺乏依据的局面,强化对氨气报警仪的使用和管理,国家安全监管总局关于下达2008年制修订安全生产行业标准项目计划的通知安监总政法2008144号文规定,本标准起草工作正式开始。2 起草工作简要过程课题组成员于2008年初调研了部分企业的氨气报警仪的使用情况,了解了此类报警仪在选型、安装、校验和日常维护的现状及存在

5、的问题。查阅了国外相关标准、规范。2008年6月始明确了氨气报警仪的技术特点,就关键项目进行了实验,并对检验用氨气标准气的量值溯源方法进行了研究,为确保标准气体的准确性,对所用标准气体进行了实验验证以及不确定度的评定。在拟定好编写原则和框架结构以及对调研收集到的信息、意见进行归纳、整理、分析的基础上,2008年9月初开始编写本部分。在编写过程中,注意对那些与国家计量法规有关的条款进行推敲和比对。10月底脱稿后,征求了部分院技术委员会成员的意见,对氨气的量值溯源方面进行了进一步试验。2008年12月根据国标要求编制了氨气报警仪的技术条件和检验方法(初稿。2009年2月形成该标准的征求意见稿,20

6、09年3-4月征求了国内部分专家、用户的意见,送审稿于2009年5月编制而成。主要参加单位:中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院。工作组成员:姜素霞、肖安山、高少华、丁德武、张贺。3 编写原则和确定标准主要内容的依据3. 1考察国内外产品,确定技术指标表1 国内外部分氨报警仪产品性能指标: 本课题组参照国内外仪器的性能要求,和已颁布的其他气体报警仪的计量检定规程,制定了本项目的技术路线、性能要求。3.2开展量传研究,保证溯源可靠由于氨气的化学性质比较活泼,极易与氧、水分、包装容器材料发生反应而使浓度发生变化,这些气体以往都是用安瓿瓶、饱和蒸气压等方法少量配制,不宜长途运输及长期贮存,且成

7、本很高。二十世纪八十年代美国NIST及一些特气公司如SCOTT等通过实验,研制出钢瓶的内涂层技术,并已成功地投入生产。该技术有效地防止了活性气体与钢瓶内壁发生反应,使得气体稳定性增大。我国的上海、北京等几个著名的气体公司,借助国外技术,也已开始这项技术的研究,并有少批量的产品供应市场,但气体的稳定性只限于半年最长不超过一年,配制浓度低时(如10-6级保存时间更有局限性。本项目组对气体来源的五种渠道:购置有证标准气体、使用纯气作为原料气用高压配气装置配制气体、氨气发生器、饱和蒸汽压法、安瓿瓶配气法等进行了理论论证及试验研究。(1饱和蒸汽压法使用分析纯氨水挥发稀释配制而得到所需浓度的气体。实际配制

8、中,用微量注射器取14l氨水加入到10升铝箔气袋内,然后用气体泵定量向气袋内通入10L清洁空气,充分振荡使气体混合均匀,配制成32×10-6mol/mol 128×10-6mol/mol氨气/空气。配制好的氨气用纳氏试剂分光光度法比对、定值。考查结果表明此法配制的氨气浓度与理论值相差较大,配制理论浓度为45.35g/L(即l64×10-6mol/mol氨气,实际测定浓度仅为24.54g/L(6次测定均值。而且该法配制的不同批次配制的气体浓度差异较大,连续配制的三袋浓度为22.67g/L氨气,化学比对测定结果最高为12.60g/L,而最低仅为7.85g/L。因此,该

9、法只能少量配制,不宜长期贮存,且配气的重复性较差,增加了浓度比对的工作量。(2安瓿瓶配气法已知一定量的氨气密封在安瓿瓶中,使用特别工具将其在一定容积的容器内打碎,获得已知浓度的气体。昂贵的安瓿瓶增加了气体的成本,且玻璃器皿易碎,不宜于长途运输。(3氨气发生器目前,国内外的氨气发生器供应商较多,产品性能不一,有些发生器发生的气体的浓度误差较大,超出5%的范围,气体浓度也存在波动性。国外产品的质量较好,但主机及其消耗配件(发生单元模块的昂贵价格也制约了此类仪器的推广使用。(4购置有证标准气体目前北京、上海、济南、江苏等地的专业气体公司已有少批量的产品供应市场,气体的有效期一般为半年。实验中,从北京

10、氦普北分气体工业有限公司购买的50ppm的氨气标准气体(4L内涂层钢瓶装,用纳氏试剂分光光度法进行量值比对,并考查标准气体的稳定性。50×10-6mol/mol的氨标气化学比对测定浓度为53.7×10-6mol/mol(7次测定均值,量值符合较好。目前,对所购买的氨标气进行5个多月的稳定性考查实验,定期对其氨气浓度进行化学比对测定,结果表明氨标气浓度一直保持稳定。因此,用内涂层钢瓶装的氨气标准气体可以进行长时间存放使用。(5使用纯气作为原料气用高压配气装置配制气体安工院针对标准气体配制技术的研究始于2004年,引进法国TBT公司气体混合装置的设计原理,并根据本单位检测工作的

11、实际特点和需要,开发成功了精密气体混合装置,2005年至今,已有包括甲烷、丁烷、硫化氢、一氧化碳、氧气等16种类别的气体取得了国家质监总局颁发的制造计量器具许可证,在标准气体的配制和质量控制方面培养了一批技术过硬的队伍,积累了丰富的经验。利用已有的精密气体混合装置,使用浓度为99.999%液氨通过质量法自配制低浓度的氨气标准气体,用化学法进行量值比对,并考查了自配制氨标准气体的重复性和稳定性。配制过程采用两级稀释法,先由液氨配制成5000×10-6mol/mol左右的氨气中间气,再用氨气中间气作原料气配制更低浓度(如25×10-6mol/mol的氨气标准气体。用上述方法连续

12、配制三瓶25×10-6mol/mol的氨气标准气体,用化学法比对定值,考查气体配制的重复性。将它们长期放置并定期进行化学比对,考查配制气体的稳定性。结果表明,所配制三瓶25×10-6mol/mol氨标准气的化学比对浓度分别为26.75×10-6mol/mol、24.43×10-6mol/mol、24.74×10-6mol/mol,与理论值符合较好。气体分别放置2、3、5、10、15、30天后进行化学比对测定,氨气浓度值基本没有变化,多天测定浓度值之间的RSD分别为1.3%、1.5%、2.8%,说明气体稳定性非常好。此外,还对标气的配制过程和化学

13、比对过程进行了量传研究,考查了过程中所引入的各种不确定度,评定结果表明配制过程和化学比对过程的扩展不确定度均控制在2.5%以内,保证了量值溯源可靠。因此,自行配制的氨气标准气无论是在量值准确性还是在气体的重复性和稳定性方面均能够满足氨气报警仪检验的要求。量值溯源和传递图见图3。3.3符合应用实际,制定编制原则本标准的定位:为确保企业氨报警仪指示的准确性和报警的及时性提供规范性依据。因此,本标准的原则应该体现规范性、先进性、可操作性。即综合考虑国家对于气体报警仪类产品的技术指标规定、国内外氨报警仪生产企业的产品层次以及国内用户对氨气报警仪的使用规格的需求等诸方面的因素。3.4参照国标要求,设计框

14、架结构本部分的框架结构主要是参照GB/T1.1标准化工作导则第1部分:标准化的结构和起草规则、JJF1071-2000国家计量校准规范编写规则的内容要求而设计的。框架结构要现国家计量法规、标准的原则要求,并尽可能向国际标准。因此,在设计框架结构、选择内容支柱时,突出计量方面的要求,例如技术指标的设置、气体标准物质的配备、检验周期的规定等。框架结构形式如下:封面;前言;目次;范围;规范性引用文件;术语和计量单位;检测原理概述;技术性能要求;通用性能要求;试验条件;检验项目和方法;检验报告;复检时间间隔;附录。 图3 氨气报警器检验量值溯源和传递图3.4.1范围明确了标准的主要内容和适用范围。3.

15、4.2规范性引用文件本章只列出本部分引用过有关条款或重要内容且已正式发布的文件,没有包括尚未发布的文件和参考文献。3.4.3术语和计量单位本章只对因理解偏差容易产生歧义、重复在本部分多次出现且对条款的涵义至关重要的术语、缩略语、专业词或概念进行了说明或定义,即使是专业性很强的术语,如果约定成俗的理解对条款的基本涵义不容易产生误解,也不在之列。3.4.4检测原理概述对氨报警仪的检测原理进行简要说明。3.4.5技术性能要求明确了氨报警仪的技术性能指标。3.4.6通用性能要求明确了氨报警仪的外观、通电检查、绝缘强度、绝缘电阻等报警仪类的常规指标。3.4.7试验条件对检验环境、气体标准物质、设备的要求

16、等进行了规定。3.4.8检验项目和方法规定了8个项目的具体检验方法。3.4.9检验报告规定了检验报告的必备信息。3.4.10复检时间间隔对报警仪复检时间间隔提出了建议。3.4.11附录附录中包含了规范性附录和资料性附录。4 技术经济分析论证和预期的经济效益本标准的颁布将进一步规范目前氨气报警器的校准工作,强化氨气报警器的日常管理,确保在用氨气报警器指示准确、报警及时,能够及时发现安全隐患,杜绝中毒、爆炸事故的发生,保持社会稳定,避免企业经济损失,具有极大的社会效益。随着人们安全意识的增强， 氨气报警器在啤酒、 化工行业的应用量趋日益增长之势， 根据发改价格2009234号 国家发展改革委、 财

17、政部关于适当降低计量检定收费标准及 有关问题的通知规定，有毒有害、可燃气体分析检测报警仪探头每个检定费用为700 元，若每年完成150台的氨气报警器校准任务即可实现收入10万余元。 5 采用国际标准和国外先进标准情况及水平对比 美国仪表学会 ISA 分别于 1998 和 1999 年制定了两个与氨气报警仪相关的标准即： (1 ISA-RP92.03.02-1999, Installation, Operation, and Maintenance of Ammonia Detection Instrument； (2 ISA-92.03.01-1998, Performance Require

18、ments for Ammonia Detection Instrument。 ISA 的标准对氨气报警仪的安装、操作、维护、性能等提出了统一的要求。 本标准在具体技术性能指标方面参照国外相关技术标准的某些规定，并力求框架结构 规范，性能指标合理，可操作性强，能够对国内氨气报警器的使用起到指导作用，切实保 障此类报警器指示准确，报警及时。 6 与现行法律、法规、政策及相关标准的协调性 国内已颁布实施的气体报警仪检验标准、检定规程包括： (1 GB12358-2006 气体检测报警仪通用技术要求； (2 JJG693-2004 可燃气体检侧报警器检定规程； (3 JJG695-2003 硫化氢气

19、体检测仪检定规程； (4 JJG915-2008 一氧化碳气体检侧仪检定规程； (5 JJG551-2003 二氧化硫气体检测仪检定规程； (6 JJG365-2008 电化学氧测定仪检定规程； (7 JJG635-1999 一氧化碳、二氧化碳红外线气体分析器检定规程； (8 JJG1022-2007 甲醛气体检测仪检定规程； (9 JJG940-1998 催化燃烧型氢气检测仪检定规程。 上述标准、规程对所涉及的气体报警器的计量性能、检定项目、检定条件、检定方 法、检定周期以及检定数据处理等皆进行了相应的技术规定。 10 本标准的主要框架根据 GB/T1.1-2000标准化工作导则第 1 部分

20、:标准化的结构和起 草规则 、JJF1071-2000国家计量校准规范编写规则的要求而确定，具体技术功能指标 参照国内相关检定规程的某些规定，结合考虑目前市场上在用氨气报警器的性能指标而制 定。 本标准适用于便携式、移动式、固定式氨气报警器的质量评价、检验与选型。 7 贯彻实施标准的措施和建议 气体检测报警仪器属于计量法规定的安全防护范畴，且已列入强制检定计量器具 目录中。国内已颁布检定规程的气体报警仪如可燃、硫化氢、二氧化硫、一氧化碳等气体 检测报警仪器的用户已经基本能够按照检定规程的规定进行周期性检定。 本标准颁布实施后，建议以同样的管理方式来实现氨气报警器的周期性检验。 8 其他应予说明

21、的事项 无。 11 9 附件：氨气报警器检验不确定度评定 9.1 测量方法： 把标准气体通入被检仪器， 读出相应的指示值， 计算指示值与标准气体浓度值之差， 以判定仪器的准确程度。 9.2 数学模型： 根据规程 E=I-L 式中：E I L 仪器示值误差， （ mol/mol） ； 仪器的显示值， （ mol/mol） ； 标准气体的标准值， （ mol/mol） 。 9.3 方差和传播系数： U c2 ( E = ( ¶E 2 2 ¶E U ( I + ( 2 U 2 ( L ¶I ¶L ¶E =1 ； ¶L 传播系数： ¶E =1 ¶I U c2 ( E = U 2 ( I + U 2 ( L 9.4 各不确定度分量的评估 不确定度来源于标