合成氨厂气体安全分析

1、西 部 煤 化 工2009 年 第 2 期·安全分析·合成氨厂气体安全分析吕晓燕（陕西渭河煤化工集团有限责任公司，陕西渭南，714000）摘要针对化工企业合成氨厂可燃及有毒有害气体分析，从分析项目的确定、分析方法和分析仪器的选择等各个方面，探讨其对安全、动火分析的保证。关键词合成氨厂；可燃气；有毒有害气体；安全分析化工企业其生产具有高温高压、易燃易爆易中第 1 类：安全动火分析；分析可燃气含量。动毒的特点。而动火作业的环境中大多存在着易燃易火又可分为特殊危险动火、1 级动火和 2 级动火。爆有毒有害介质，且往往又是一边生产一边动火，第 2 类：安全进人分析；分析有毒有害气体

2、和稍有不慎很容易发生火灾爆炸事故，给企业造成较氧含量。大的经济损失。可以说化工企业的动火作业是一项第 3 类：安全生产分析；多指管道设备置换和技术性强、要求高、难度大、颇具风险性的特殊作检漏时分析可燃气含量。业。合成氨装置区的主要可燃易爆有毒物质有 H2、根据作业类型不同，分析项目有所区别，具体CO、CH4、NH3、H2S、CH3OH 等，它们与空气混合至一分为以下几种情况：定浓度时，遇明火会引起爆炸或燃烧。进塔入罐作（1）管道外动火：在动火点周围和管道内取业也称设备内作业(包括在槽、罐、塔、釜、槽车、样进行第 1 类分析。地下贮池、炉膛、沟道、排风道内等有缺氧危险的（2）容器内作业不动火：在

3、容器内取样进行作业)，由于设备内部活动空间较小，空气流动不第 2 类分析 。畅，贮存过危险物质；很可能积聚了有害气体及易（3）容器内作业且动火：在容器内取样同时燃易爆物质。当作业者进入有 CO、H2S、NH3、CH3OH进行第 1 类和第 2 类分析。等有毒物质残存的空间或设备容器管道内作业时，（4）高空动火作业除在动火点进行第 1 类分如有毒物质浓度超过空气中的最大允许浓度时，就析外，还应在动火区下边或下风头采样分析可燃会引起中毒，危及人身健康和安全。因此必须进行气，以防火种飞溅，发生事故。可燃、有毒有害气体分析，指标合格后方可进行动（5）在生产、使用、储存氧气的设备上进行火和设备容器内作业

4、。但安全分析一直没有一套完动火作业: 除分析可燃气外还要分析氧含量。整的标准方法来参照，这里我根据厂区动火、设备（6）带压不置换动火：分析可燃气和氧含量。内作业安全规程和化工企业安全管理制度等标准规范的要求，结合自己多年从事分析工作的经验，2取样及留样对合成氨厂的可燃及有毒有害气体分析进行一个2.1在容器、管道设备内取样全面总结。（1）取样前必须了解管道、容器、设备是否经过置换（气体管道设备要经氮气置换），确认置1 安全分析分类换后方可取样。-61-西 部 煤 化 工2009 年 第 2 期（2）在容器管道及法兰间隙取样，用胶带将火的分析样品应保留到动火结束。负压球连接取样长管插入容器内，插入

5、深度在容器（4）取样与动火间隔不得超过 30 min，如超内 2m以上，若是较大容器或较长管道插入深度应过此间隔或动火作业中断时间超过 30 min，必须重在 4m以上。必须多点取样，注意死角，以确保各新取样分析。点样品均能取到。（5）使用测爆仪或其它类似手段进行分析时，（3）考虑多种气体比重不同，在各种深度采检测设备必须经被测对象的标准气体样品标定合取有代表性的气体样品。当被测气体密度大于空气格。时，取中、下部各 1 个气体样品；小于空气密度时，3.2 动火分析合格判定取中、上部各 1 个气体样品。（1）如使用测爆仪或其他类似手段时，被测（4）确定无有毒、有害、窒息性气体后，分的气体或蒸气浓

6、度应小于或等于爆炸下限的 20%。析人员可进入容器内取样，如有毒性气体必须戴上（2）使用其他分析手段时，爆炸下限大于或防毒面具才能进去取样。等于 10%的可燃气体（蒸汽），其可燃物含量小于或2.2 容器、管道设备外取样（即空间取样）等于 1%为合格；被测的气体或蒸气的爆炸下限大于（1）首先了解动火点或作业点周围、上下哪等 4%时，其被测浓度小于等于 0.5%为合格；当被些是可燃或有毒害介质的管道和设备，注意风向与测的气体或蒸气的爆炸下限小于 4%时，其被测浓度动火点或作业点的位置，以及来风方向有无可燃、小于等于 0.2%为合格。有害气体。（3）两种或两种以上的混合气体，以爆炸下（2）取样时应特

7、别注意动火点或作业点附近限最低的可燃气体为准。的管道接头处，必要时应专门在接头处取样。（4）在生产、使用、储存氧气的设备上进行（3）有风时须在上风口取样。动火作业，其氧气含量不得超过 20%。（4）高空动火，地面也要取样分析。（5）带压不置换动火，系统内氧含量最高不（5）采样点原则上是工人经常活动的地方，得超过 0.5%。离地面或操作 1.5m 高处呼吸带或设备检修时设备3.3 设备内作业安全要求人孔内。（1）进入设备内作业前，必须对设备内进行2.3留样清洗和置换。安全进人分析和一类动火分析留样至少（2）进入设备内作业前 30 min 内，必须对设30min，特殊动火须将样品留至作业结束，以备

8、复备内气体采样分析。查。（3）采样要有代表性。（4）分析合格后办理设备内安全作业证，3安全分析合格判定标准方可进入设备进行作业。在作业过程中至少每隔 2h3.1动火分析分析一次，如发现超标，立即停止作业，迅速撤出（1）动火分析应由动火分析人进行。凡是在人员。易燃易爆装置、管道、储罐、阴井等部位及其它认3.4 安全进人分析合格判定为应进行分析的部位动火时，动火作业前必须进行（1）氧含量 18%21%。动火分析。（2）有毒有害气体浓度符合工业企业设计（2）动火分析的取样点，均应由动火所在单卫生标准的规定：位的专（兼）职安全员或当班班长负责提出。CH3OH (蒸汽) 50mg/m3 ；CO30mg/

9、m3（3）动火分析的取样点要有代表性，特殊动NH3 30mg/m3 ；H2S 10mg/m3-62-西 部 煤 化 工2009 年 第 2 期（3）若在设备内动火还要求可燃气体含量符合安全动火分析合格判定规定。3.5注意事项（1）动火分析必须由动火分析人员进行，并对动火分析手段和分析结果负责。分析过程必须两人进行，一人取样、分析 ；一人监护、复核。（2）取样用球胆、容器设备等必须专用，取样前必须置换干净，以防样品污染。（3）分析完毕，在作业证上填写分析项目、结果、单位、分析时间，并签名。（4）分析人员到现场取样要按规定着装和穿戴劳动保护用品，遵守现场管理制度，确保自身安全。4 可燃气分析合成氨

10、装置区的可燃易爆气体主要有 H2、CO、CH4、NH3、H2S、CH3OH、液化石油气等，分析方法大致有以下几种。4.1 奥氏气体分析仪分析原理: 各种可燃气体均能与氧燃烧生成二氧化碳和水，燃烧后其体积定量减少，根据样品燃烧前后体积的变化，可测定样品中可燃气体的含量。气体经碱液、焦性没食子酸钾、氨性氯化亚铜溶液吸收，根据体积的变化，计算出 O2、CO 含量。燃性气体检测仪主要是根据可燃气体燃烧热和爆炸极限之间存在联系设计的。直接测量可燃气体的体积浓度（VOL）的热导式检测仪也有生产，同时也已经有了 LEL/VOL 合二为一的可燃气体检测仪。用体积浓度检测仪可以测得较高含量的易燃易爆气体的浓度，

11、即可以检测高于 LEL 的浓度。有些仪器还可以检测 10-6 级的可燃气体，有些仪器还可以在不同浓度间进行切换。对于常见的可燃气体检测仪，一般用催化燃烧传感器，其工作原理如下：气体扩散到传感器的催化燃烧室，燃烧室中两只传感器元件上的催化剂使可燃性气体进行无焰燃烧，产生热量。温度使感应电阻阻值发生变化，打破电桥平衡，产生微小的电压差信号，此信号与可燃气体浓度是成正比的的，从而达到检测可燃气体浓度的目的。如被测样品气中只有单一的可燃气体组分，仪器显示的 LEL 百分数结果可以通过下式进行换算成组分体积浓度值。可燃气体含量%=该气体的爆炸下限×检测仪仪表读数表 1合成氨厂常见可燃毒性气体的

12、爆炸极限气体名称爆炸下限/%爆炸上限/%氢4.075一氧化碳12.574甲烷5.015一定量的余气加适量空气，先经燃烧后用碱液吸收，再根据体积变化，计算出 H2、CH4 的含量。4.2 气相色谱法选择热导检测器，13X 分子筛色谱柱，He 气做载气可测 O2、CO、CH4、H2 等。4.3便携式可燃气体检测仪可燃气体检测仪（也称可燃气体报警器，即测爆仪）具有操作简单、维护方便等特点。可燃性气体的危害主要是气体燃烧引起爆炸，但可燃气体发生爆炸必须具备一定的条件，即一定量的可燃气体、足够的氧气与点燃的火源。通常将一个混合物可能被点燃而后爆炸的最低浓度为爆炸下限（即常说的 LEL）。不同的可燃气体具

13、有不同的 LEL，所以对于可燃气体的检测仪一般检测它的 LEL，LEL 可甲醇5.544氨1528二甲醚3.027硫化氢4.045i-丁烷1.88.4LPG（液化气）2.0125有毒有害气体分析合成氨装置区的有毒气体主要有 CO、NH3、H2S、CH3OH、SO2 等，分析方法分别有以下几种。5.1检测管法测量有毒有害气体的检测管实际是将化学分析方法仪器化，是一种定量、定性、定值的检测方式,具有化学分析和仪器分析的双重优点。检测管-63-西 部 煤 化 工2009 年 第 2 期在世界上一些发达的工业国家使用的相当普遍，从品种和数量上规模都很大，并且有许多有影响的专业生产厂。5.1.1工作原理

14、各种气体检测管是在一个固定有限长度内径的玻璃管内，装填一定量的检测剂（ 即指示粉），用塞料加以固定，再将玻璃管的两端密封加工而成。 检测剂是将某些能与待测物质发生化学反应并可以改变颜色的化学试剂吸附在固体载体颗粒表面上的一种物质，化学试剂的选择和它在载体上的化学浓度比决定了检测管的物质成分和量程范围。定电位电解式传感器工作原理：筒状塑料池体内，装有电极，电极间充满电解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜在顶部封装，电极间加电位且与前置放大器连接，气体与电解质内的工作电极发生氧化还原反应，电极平衡电位发生变化，变化的值与气体浓度成正比，从而达到检测有毒有害气体的目的。表 2有毒有害气体检测仪上出现的各种

15、参数有毒气体TWASTELIDLHMACNH3253550030CO25/150030Cl20.51301H2S1015300105.1.2适用范围在化工行业，大多存在可燃性易爆气体、有毒气体及窒息性气体，检测管广泛用于生产设备动火前和进入密空间前的安全分析，可以快速准确地检测气体中有毒有害气体。5.1.3检测管的使用方法使用时将管子两端割断（注意使用需按箭头方向），让被测气体按检测管上标注的要求匀速定量地通过管子，被测物质和检测剂发生化学反应，部分检测剂因化学反应被染色，其染色长度与被测物质浓度成正比，从检测管上已印制好的刻度即可得知被测气体的浓度。读数多为直读指示值 mg/m3, 也有的检

16、测管读数为 10-6，但要换算为有毒有害气体合格判定要求的结果单位 mg/m3。如气样浓度过高或过低，应减少或加大进气量并进行折算。5.1.4影响准确度的因素检测管温度和进样速度，对其准确度有较大的影响，进样速度应严格按操作说明进行控制。5.2便携式有毒有害气体检测报警仪对于特定的有毒气体的检测，使用最多的是专用气体传感器。其中，检测无机气体最为普遍、技术相对成熟的方法是定电位电解式方法，也就是我们常说的电化学传感器。电化学式传感器包括定电位电解式和燃料电池传感器，有毒气体检测仪是定电位电解式传感器，氧含量测定是燃料电池传感器。SO22510015表中说明：TWA：8h 统计权重平均值； ST

17、EL:15min 短期暴露水平； IDLH:立即致死量 10-6 级；MAC：空间最大允许浓度 mg/m3。5.3 气相色谱法有毒有害气体 CO 和 CH3OH 还可用气相色谱法测定。用 FID 检测器的气相色谱加转化炉配 TDX-01 色谱柱测定 CO，用 FID 检测器配 Porapak Q 色谱柱的气相色谱测定 CH3OH。6设备容器内氧含量的测量氧气检测对于进入密闭空间和进入某些低于地面开放空间都十分重要。原因就在于高于空气密度的其它气体，比如硫化氢等会向下方聚集，从而置换出空间中的氧气。氧气浓度太低会造成窒息；而超过常量的过量氧气可能会引起不可想象的对燃烧或其它的化学反应的加速或提高

18、，氧气在正常空气中的浓度大约是 20.9%。6.1便携式氧气检测报警仪氧气检测仪也使用电化学传感器，燃料电池氧气传感器工作原理：塑料容器内一面装有对氧气透过性良好的聚四氟乙烯透气膜，在其容器内侧紧粘着贵金属（铂，黄金，银等）阴电极，在容器另一面内侧或容器的空余部分形成阳极（用铅，镉等离子化倾向大的金-64-西 部 煤 化 工2009 年 第 2 期属）。氧气在通过电解质时阴阳极发生氧化还原反分析仪器。优点是快速，测量范围宽，从 0100%，应，使阳极金属离子化，释放出电子从而产生电流，缺点是要求被测气体中不能含有可燃气。电流的大小与氧气的多少成正比。（5） 便携式气体检测报警仪目前被各行各业6

19、.2氧含量分析仪广泛选用，由于其体积小、重量轻，携带方便，可氧化锆氧量分析仪，使用氧化锆传感器，在传现场快速检测，且操作简单，可测量多种易燃易爆感器内温度恒定的电化学电池(氧浓差电池，也简有毒气体及氧气浓度，因此是各家企业安全动火分称锆头)产生一个毫伏电势，这个电势直接反应出析的首选仪器。样品中所含氧浓度值。该仪器测定范围宽，线性较好，用于无可燃气组分的气体中氧含量的测定。8 便携式气体检测报警仪在安全、动火分析中的6.3气相色谱法应用探讨同 4.2 可燃气分析中的气相色谱法。（ 1 ）可燃性气体检测仪的读数大都是以6.4奥氏气体分析仪“LEL%”表示的，在 LEL 的 0-100%之间，这是

20、因为同 4.1 可燃气分析中的奥氏气体分析仪。可燃性气体检测仪都是用 LEL%来制定危险程度指标的。在许多仪器上的缺省值均设为 LEL 的 10%（控7各种方法的比较制指标是小于或等于爆炸下限的 20%），一旦读数超（1）奥氏气体分析仪随着仪器分析的逐步推过 LEL 的 10%就意味着可能存在燃烧的危险或者非广应用已逐步被淘汰，但其作为气体分析的经典方正常情况。法，在一定的历史时期发挥了重要的作用，现在有为 何 可 燃 性 气 体 检 测 仪 的 读 数 多 为部分中小企业仍在使用。优点是装置价格便易，缺“LEL%”？为了说明这一问题，我们假设一个仪器点是分析时间较长。测定的是混合气体中单个组分可燃气含量读数为 4.5 %（体积浓度）的作业环境，的含量。如果得到这个读数的气体或者混合物的精确组份（2）气相色谱法特点是高效能、高选择性、是已知的，那么它的可燃性就是已知的，而在另一高灵敏度、准确快速，是气体分析最