油气在线分析第13章可燃性、有毒性气体检测报警器

1、第30页共30页第13章可燃气体、有毒气体检测报警器概述可燃、有毒气体检测报警器有固定安装式、便携式、个人佩带式几类产品，本章仅 介绍固定安装式检测报警器。可燃、有毒气体泄漏的原因及危害在石油、化工、天然气等工业生产过程中，可燃、有毒气体的泄漏是普遍存在的， 产生泄漏的主要原因有：生产设备、容器、储罐或连接管线的材质缺陷，如铸件内的蜂巢、焊接时造成的 构筑蜂巢等；管子连接件(卡套、螺纹、法兰)松动或密封垫片、环圈不严密；工艺介质对容器、储罐、管线、焊接处的长期侵蚀、腐蚀等；人为疏失。泄漏的危险气体会很快被空气稀释，因此具体泄漏位置较难查寻。泄漏本身是十分 危险的，它可能导致错误操作、损坏设备、

2、污染环境，甚至造成重大火灾、爆炸、中毒 事故。所以应在生产现场设置可燃、有毒气体检测报警器，及时检测并发出报警信号， 以便采取措施，防止上述事故的发生。需进行检测报警的可燃气体所谓可燃气体是指可以产生燃烧的气体。 但不是所有的可燃气体都需要进行检测和 报警，只有容易造成火灾和爆炸危险的易燃、易爆气体才需要进行检测和报警。GB50493-2009石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范和石油化工行业标准 SH3063-1999石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范中规定，在石油 化工现场，应设置可燃气体检测报警器进行检测和报警的气体有如下一些：(1)气体的爆炸下限浓度(LEL , V%

3、)在10%以下或爆炸上限与爆炸下限之差大于 20%的甲类气体；(2)液化烧、甲B、乙A类可燃液体气化后形成的蒸气。注：液化燃一一属于甲 A类液体，是指15c时蒸气压力大于 0.1MPa的烧类液体，如液化石油 气、液化乙烯、液化丙烯、液化甲烷、液化环氧乙烷等。甲B类液体一一是指除甲 A类液体以外，闪点小于 28c的易燃液体。乙A类液体一一是指 28CW闪点W 45c的易燃液体。气体、液体的火灾危险性分类，详见 GB50160石油化工企业设计防火规范，可 燃气体、蒸气特性表见本章正文后的附表 13-7。需进行检测报警的有毒气体所谓有毒气体是指对人体有毒害作用的气体。 GB 50493-2009中规

4、定，在石油化工 现场，应设置有毒气体检测报警器进行检测和报警的气体有如下一些：二氧化氮、硫化氢、苯、氟化氢、氨、氯气、一氧化碳、丙烯月青、氯乙烯、光气 （碳酰氯）等。有毒气体、蒸气特性表见本章正文后的附表13-8。可燃、有毒气体检测报警器的组成可燃、有毒气体检测报警器一般由检测器、吸入采样装置、指示报警设备组成。检测器又称探测器，由传感器和转换器组成，将可燃、有毒气体浓度转换为电信号的电子 单元。按工作原理可分为多种类型：可燃气体检测器有催化燃烧型、红外线吸收型、半 导体气敏型、热传感型等几种，其中催化燃烧型使用最为广泛；有毒气体检测器有定电 位电解型（电化学型）、气敏电极型（又称隔膜电极型）

5、、半导体气敏型（它既可以测可燃 气体，也可以测有毒气体）、光离子化型（又称PID型）等几种，其中定电位电解型使用 较为广泛。按采样方式可分为扩散式、吸入式两种结构。扩散式是指被测气体自然扩散进入检 测器内，这种结构使用最为普遍，但其反应速度较慢，测量结果易受风向、风速等环境 条件和安装位置的影响。吸入式检测器带有一个吸入采样装置， 连续地把气体吸入到检 测元件内部，这种结构的检测器反应速度快，而且不受环境条件的影响。（2）吸入采样装置与吸入式检测器配套，用于被测气体的吸入采样并对样品进行一些必要的预处理， 如过滤、除水、冷却降温、去除有害组分及干扰组分等。根据使用场合的不同，它有多 种结构型式

6、。（3）指示报警设备指接收检（探）测器的输出信号，发出指示、报警、控制信号的电子设备。检测器的类型和工作原理催化燃烧型可燃气体检测器（1）结构和工作原理催化燃烧型可燃气体检测器的测量电路见图13-1,图中检测元件（传感元件）的结构见图13-2。图13-1催化燃烧型检测器测量电路图C 检测元件；D参比元件；VR可调电阻；R1、R2、R3、R4固定电阻；M 指示仪表图13-2 一种微型催化燃烧检测元件的结构图催化燃烧型检测元件是将柏金属细丝绕成线圈，用三氧化二铝多孔材料包覆，表面涂上钳、社一类的催化氧化催化剂，固定在金属圆筒内。参比元件的结构和检测元件完全相同，只是不涂催化材料。二者一起装在粉末冶

7、金烧结金属防护罩内，防护罩起阻火 器的作用。检测元件和参比元件分别作为惠斯通电桥的测量臂和参比臂。检测器工作时，电流流过铝丝线圈将其加热到一定温度（500550c）,电桥处于平衡状态。当有可燃气体与 检测元件的催化氧化催化剂接触时， 则在其表面发生无焰燃烧，燃烧热使铝丝线圈温度 升高，其电阻值也相应增大，电桥失去平衡，输出与可燃气体浓度相应的不平衡电压， 此电压经过放大后输出。参比元件表面无催化材料，不会发生燃烧，具作用是补偿环境 第30页共30页第 30页 共 30页温度、压力、湿度变化对测量造成的影响。（2）特点催化燃烧型检测器具有如下优点：适用范围广，几乎能测所有可燃气体，输出值在010

8、0%LEL范围内与可燃气体浓度成正比（线性关系）。不易受背景气体如水蒸汽、CO2等干扰。可对温度、风速等的变化进行自动补偿。精度较高，最高可达土 3%,寿命较长，可达3年（指检测元件）。其缺点如下：易中毒。中毒分为两种情况：一种是永久性中毒，当被测气体中存在含铅有机物、硅化合物等时，它们将分解催化材料，在检测元件表面逐渐形成一层固体隔离物，阻碍催化氧化反应的正常进行，使检测灵敏度降低，这种中毒是不可逆转的，无法恢复。另一种是暂时性中毒，当被测气体中存在硫化氢、卤代 烃等时，它们会被催化材料吸收，形成某种化合物，同样造成阻塞和封锁，阻碍催化氧化反应的正常进行，使检测灵敏度降低，但这种中毒是暂时性

9、的，用空气吹扫清洗后可以恢复。（目前已有防中毒的检测器，如带可滤除H 2S 过滤器的产品。）测量范围仅限于0100%LEL之内。当可燃气体浓度高于100% LEL时，输出 信号具有双值性，指示值可能反漂回来，跌入 0100% LEL内，甚至跌到低于报警点， 这是因为可燃气体浓度高时，氧含量相应减少，造成燃烧不足所致，使用中务必注意这 一点。只能工作在有氧环境中工作，不能检测惰性气体或其他无氧气体中的可燃气体浓度。标准气体只能用空气作为背景气。红外线吸收型可燃气体检测器（1）结构和工作原理图 13-3、 13-4 分别示出了红外线吸收型可燃气体检测器的原理结构图。图13-3红外型检测器的原理结构

10、图图13-4红外型检测器的原理结构图在红外吸收型可燃气体检测器中，红外光源一般采用鸨丝或锲铭丝发光元件，由脉 冲调制的电流供电，使其发光亮度周期变化，以取代机械切光片调制的固定亮度光源。检测信号的处理与光源调制频率同步。 检测器一般采用双热电检测器， 热电检测器又称热电堆检测器，它是由许多支热电偶串联在一起组成的，当其测温端与冷端温差ATF大时（红外分析器测量时温升很小），热电势E与A Tt线性关系，即E=KAXK为比例系 数）。检测器的接收波长由带通干涉滤光片加以选择，测量滤光片的通带中心波长一般选择在3.4叩处，因为所有的碳氢化合物对波长大约为 3.4严处的红外线都表现出吸收 特性，成为碳

11、氢化合物特征吸收波长的集中点，此时检测器对所有的碳氢化合物均敏感， 也可选择在某种碳氢化合物的其他特征吸收波长处，此时检测器仅对该种碳氢化合物敏感。参比滤光片的通带中心波长选择在样品中可能存在的任何气体组分都不吸收的波长处，其作用是提供参比测量，用于补偿光源强度变化、光学系统污染等因素造成的测量误差。发射的红外线穿过测量池，落到两个热电检测器上。为了提高测量灵敏度，需要增 大光源和检测器之间的测量光程， 这是靠红外光在测量池内的多次反射实现的。 两个检 测器输出信号的差值，对应被测气体的含量，由电子部件放大处理后输出。输出信号不仅随被测组分的浓度变化，而且也受温度、大气压力（与被测组分的分压有

12、关）的影响，要达到高的测量精度，需要进行温压补偿，检测器内装有温度和大气 压力传感器，补偿计算由内装的微处理器完成。特点红外线吸收型与催化燃烧型可燃气体检测器的优缺点比较见表13-1。表13-1红外线吸收型与催化燃烧型可燃气体检测器的比较比较项目红外型催化燃烧型1.精确度和重复性一般可达 2%FS最局可达士 3%FS2.定期标定量程不要要3.传感器寿命长较短4.传感器污染、老化自动补偿 和失效自检有无5.传感器中毒现象无被测气含卤化物、硫、磷、碎时易中毒6.测高浓度气体时的饱和现象无有7.对氧的需求不需要必须有足够的助燃氧气8.被测气体含水蒸气和 CO2对测量结果有一定影响无影响9.应用范围只

13、能测碳氢化合物几乎可测所有可燃气体10.价格贵便宜热传导型可燃气体检测器（1）工作原理热传导型气体传感器（见图13-5）根据混合气体的总导热系数随待分析气体的含量不同而改变的原理制成，由检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，遇导热系数比空 气大的气体时检测元件电阻变小，遇导热系数比空气小的气体时检测元件电阻变大 气背景)，桥路输出电压变化，电压变化量随气体浓度增大而成正比例增大，补偿元件 起参比及温度补偿作用。图13-5热传导型气体传感器(2)主要特点及应用：检测范围宽(0100%Vol)桥路输出电压呈线性具有良好的重复性元件工作稳定、可靠不存在催化剂中毒可无氧、缺氧检测可用于民用、工业现场

14、的天然气、液化气、煤气、烷类等可燃性气体及汽油、醇、 酮、苯等有机溶剂蒸汽的浓度检测也可用于二氧化碳、四氯化碳、氟里昂等不可燃气体的检测半导体气敏型可燃、有毒气体检测器(1)工作原理1953年发现在金属氧化物半导体表面吸附某种气体组分后，其电阻会发生显著变 化，宣告了混合金属氧化物半导体传感器 (MMOSmixed metal oxide semiconductorsensor)的诞生。但受材料电阻率、电阻变化的数量级以及环境湿度等因素影响，能制成商品化传感器的仅限于几种氧化物，如 SnO2、Cr2TiO3、WO3等。电阻的变化是由于表面吸附的被测气体与氧起反应，造成电子的得失引起的。如果氧化

15、物是N型的，则还原性气体贡献电子，使 N型氧化物导电带的电阻降低；氧化性 气体索取电子，使N型氧化物导电带的电阻增高。对于 P型氧化物则相反，当氧化性 气体存在时，P型氧化物的电子空穴增加，导电带电阻降低；当还原性气体存在时，型氧化物的电子空穴减少，导电带电阻增图。见图 13-6和图13-7就武一电子密度增大.电倒减小-Tl i*T*i fT! fTh mlfly吸附其化性气体前拿流于一电F密度 犍小，电阳塘大此附弱化性气体后sAe曰e白oeee吸附三原性气伴后图13-6 N型氧化物半导体吸附气体后载流子密度变化就流于一室穴密度 减小，电阻增大吸附还原性/体后B B B B B B D- B

16、-D a G S 日 rtM a 日 e g g口+ + + + + + + + + + + + + +我海/一空穴密度 地大，电皿减小吸附翼化性气体后leleIG白lelelelalele +十十+ 十+ + + + + + + + + + + + +吸附氧化牲气体前吸附还原性气的前ua曷纥杷w尸图13-8 N型氧化物半导体接触气体时气敏元件阻值的变化图13-8为气体接触到N型半导体时气敏元件阻值的变化，可见其阻值发生变化所 需时间，即响应时间小于1 min。像某些其他传感器一样，MMOS传感器也能进行定量分析，电阻的变化量与被测 气体的浓度直接有关。由于电阻的变化是由表面反应造成的， 表面

17、接触面积的最大化对 增强反应是有利的。因此，传感器采用多孔氧化物层，将其印制或沉积在氧化铝类载体上，电极与氧化物层共面，位于氧化物层与载体的界面处。加热器通常在其背面以确保 传感器运行在“热”状态，这对于提高反应速率和降低湿度的干扰二者都是必要的。MMOS传感器通常不能识别不同的被测气体，即选择性差。确保氧化物层的微观结构、厚度以及运行温度的最佳化可以改善其选择性，通过在氧化物中添加催化剂、涂敷保护层、采用活性炭过滤器等措施也可以增强其选择性。结构和测量电路13-9、13-10。圉宜管他神枝体半导体气敏元件的结构和检测器测量电路分别见图图13-9二氧化锡半导体气敏元件结构图图13-10半导体气

18、敏型检测器测量电路图1检测元件；R1、R2、R3、R4固定电阻；RV1、RV2、RV3可调电阻；M指示仪表在测量电路中，半导体气敏元件作为平衡电桥的测量臂，当有可燃气体或有毒气体通过这种气敏元件的表面时，被金属氧化物所吸附，其电阻值随被测气体浓度的变化而 变化，从而使电桥失去平衡，输出和被测气体浓度成比例的不平衡电压，此电压经过放 大处理后输出。半导体气敏检测器所检测的气体大致分为以下几类：可燃气体类：甲烷、丙烷、H2、CO 丁烷、乙醇、丙酮、乙烯、甲苯、二甲苯、汽 油等。有毒气体类：HS、CO CI2、HCl、NH、丙烯月青、AsH（神化氢或神烷）、PH（磷化氢 或磷烷）等。半导体气敏元件对

19、被测气体比较灵敏，一般不需维护，很少中毒现象，使用寿命长 （可达10年）。其缺点是定量精确度较低（ 10力S）,受湿度影响大。定电位电解型有毒气体检测器（1）结构和工作原理定电位电解型检测器是一种电化学检测器，在有毒气体检测中应用最广泛，它采用电流分析法进行测量。其传感器是一个由电解质溶液和电极构成的化学电解池，电解池内的电化学反应不会自发地进行， 需要由外电路供给电能，在一定电位下通过电化学反 应求得被电解物质含量的方法就称为定电位电解法 （也称恒电位电解法）。定电位电解法可以测量多种气体的浓度， 但仅限于微量和半微量分析。 对于不同种 类的被测气体，要采用不同的电解液和电解电压。图 13-

20、11是一种定电位电解型检测器 的原理结构图。图13-11定电位电解型检测器原理结构图1气室；2渗透膜；3工作电极（测量电极）；4电解液；5反电极（对电极）；6稳压电源被测气体通过渗透膜扩散到工作电极表面，在工作电极上发生氧化（或还原）反应,同时在反电极上发生还原（或氧化）反应，氧化还原反应产生的电流与被测气体的浓度成 正比。如果被测气体是 CO,电解液使用稀硫酸（H2SO4）溶液，则电池中发生的电极反 应如下：工作电极（氧化反应）： CO H2O CO2 2H 2e反电极（还原反应）：工。？ 2H 2eH2O21电池的综合反应：CO -O2 CO22从反电极上的反应来看，需要有氧的参与，如果检

21、测器连续地处于缺氧的样品环境 中，将会造成信号漂移，它也不能测量完全无氧的气体混合物样品。3电极检测器上面介绍的2电极检测器是一种最简单的结构型式， 当用直流电源供电时，会在电 极上产生极化作用，使其测量精度和灵敏度受到影响，这种极化作用可以通过增加第3个电极即参比电极加以克服。在3电极检测器中，参比电极的作用是使工作电极保持固 定的电位，从而维持工作电极与反电极之间的电势差恒定，使测量不受极化作用的影响。稳压三电极传感器测量系统原理电路图见图 13-12。图中工作电极和反电极组成电 流信号测量通道，工作电极和参比电极组成电位信号测量通道。 电位信号与基准信号经 比较放大后调节工作电极电位为给

22、定值。图13-12稳压三电极传感器测量系统原理电路图1电解池；2Au工作电极（阴极）；3 反电极（阳极）；4 Ag参比电极；5基准信号源；6 比较放大器；7 调节器（相当于电位差计）；8 可调电位器；9直流电源；10mA 11（电解电流测量仪表）稳压三电极传感器的优点是：在双电极传感器中，随着电解质中被测离子浓度的不断降低，改变了工作电极和 反电极之间的电位差，从而也改变了工作电极的还原电位，这一现象称为电极的极化， 极化过程将引起仪表读数变化，造成测量误差，所以对双电极传感器要经常进行校准。在三电极传感器中，通过参比电极控制工作电极电位为给定值， 提高了传感器输出信号 的稳定性和重复性精度，

23、也减少了校准次数。三电极传感器可实现对电解质的自监测。随着电化学反应的不断进行，电解质随之消耗，其使用期会终结。在电解质使用期限结束前应及时加以更新，否则会造成对传 感器的损害。在测量过程中，也可能出现隔膜破损的情况，造成部分电解质泄漏，或被 测液体渗透进来，导致电解质被稀释甚至污染，此时应及时更换隔膜、清洗传感器并重 新填充电解质，否则仪表会给出错误的测量值。 上述现象都可以从参比电极和阳极之间 电位差的变化中检测到，此时仪器会发出报警信号，提醒维护人员及时加以处理。在由外部电源供电的电解池中， 采用三电极传感器可确定工作电极电位， 提高电 极对特定离子的选择性，提高测量系统的稳定性，减少重

24、复性误差，同时可使用相对大 的电流，加快电解速度。定电位电解型检测器检出限低、灵敏度高，适合于检测106级的威胁人员安全的有 毒有害无机气体，不适合于检测可燃气体，用其检测的主要气体有 CO隆S、NO Na 凡、Cl2、NH、HCN0其可检测的气体种类和检测浓度范围见表 13-2。表13-2 定电位电解型检测器可检测的气体种类和检测浓度范围气体种类检割法度范用f ml.心八而生、乙期烷，铸烷、SeH*，PH；i。】漠.CK上.款气、U八光气口2就气HF、HCN. N（h, *匕、琉烷口如HZS0-50N%、8, N0200注I mLAn，有时也用注r表示,指体积的仃万分之-:气敏电极型有毒气体

25、检测器（1）结构和工作原理气敏电极是对某种气体敏感的电极，采用电位分析法进行测量，它也是一种电化学检测器。具结构由憎水性透气膜（一种疏水性高分子薄膜，仅允许气体透过）、内电解液、 指示电极（离子选择电极）和参比电极组成。被测气体通过透气膜与内电解液作用，引起 电解液中离子活度的变化，由对该离子敏感的指示电极测出，转而得出被测气体的浓度。现以氨电极为例说明其工作原理。氨气敏电极是以pH玻璃电极为指示电极，Ag-AgCl电极为参比电极组成的复合电极，具结构如图13-13所示。pH玻璃电极和Ag-AgCl参比电极一起插入电极管的内充液中（实际上就是一个测pH值的工作电池）, 内充液为0.1mol/L

26、氯化俊（NH4C1）溶液，管底用一层极薄的透气聚四氟乙烯膜将内充液 与被测气体隔开。这种膜只允许气体透过而不允许液体通过。图13-13氨气敏电极结构图被测气体中的NH3通过透气膜扩散并溶于内充液中，发生以下反应:NH3 H2ONH4 OHNH3、NH4+和OH-之间存在下列平衡关系NH4 OH / KNH3由于内充液中存在足够量的 NH4C1,所以，NH4 可以认为是不变的，因此OH K NH3。由此可见，pH玻璃电极指示内充液中 OH 的变化，直接反映NH 3的变化。其电位与NH3的关系符合能斯特方程式。(2)应用比较成熟的几种气敏电极(见表13-3)表13-3应用比较成熟的几种气敏电极被测

27、气体指示电极透气膜内电解质溶液/( mol/L)检测下限适宜pH值干扰组分CO2pH玻璃电极微孔聚四氟乙烯10 2 NaHCO 310 5 12挥发性胺SO2pH玻璃电极硅橡胶膜10 2NaHSO 310 6 0.7Cl 2, NO2,HCl , HFNO/NO 2pH玻璃电极微孔聚丙烯膜0.02 NaNO 210 6 0.7SO2, CO 2HF氟电极微孔聚四氟乙烯1.0 H +10 3 2H 2sAg 2S电极微孔聚四氟乙烯柠檬酸盐缓冲溶液10 8 5HCNAg 2S电极微孔聚四氟乙烯10 2 KAg(CN) 210 7 CS、AsH、PH、SeH、 Br2、12。实际上只有千分之几的分子

28、被离子化，尽管如此，其灵敏度仍可达109级，检测范围在00.2%,分辨率在10 7级。部分常见物质的电离电位（IP）见表13-4。表13-4部分常见物质的电离电位（IP）序号化介物IPV序号化介物IP W序V比台构ir/cv1革d 2522环虎慵r*di心班甲烷1 L 282甲君乱8223环已烯川州41二氯甲烷IL 35邻,向二甲米乱5524乙快I t. H15二第甲烷tL J21对二甲里乱1525就乙惴% 8416四狐化碳11. 175乙常得 7626三打乙餐立】：-17消乙烷10. 986印胧，8, 9727甲烷12+98481 * 2 =.二*乙烷lb 127乙胺8. Efi28乙烷11

29、.6349源甲烷10.538正向胺. 7829丙煌U.0750澳乙蜕IOl第9一甲酸及230it 丁烷10.0351NH1Q. 1510二乙胺品531一烧10.3552H( N13.91H二iE两胺7,3432（2烷10.1853H S12三甲股7.SS33孙戊烧IQ.535-1H=(12. S9E3一乙胺7. 5口34环己烷现8H553(JT 帕三亚丙胺7.2335毗尊9.3256c(x15甲硫醉9. 4436四氢吱嘀丸5157CO14.01t6乙硫髀a2937甲酸乙陆1Q.6158512, OS17中崛眦品f938乙梅乙徜1口. ”59N?15.5a18乙硫触& 43相甲醛10.87加H；

30、瓜。19乙端10. 5240内制0. 6961NUg. 7BZ0南端9. 73M甲用舁丁基酮丸3062%却2L薛上581Z环己酮S), 1463 M 21表中数据可以说明，空气中的主要气体和常见污染气体，如 此、Q、C SO、HO, 以及甲烷、HCN CO等物质的电离电位高于11.7 eV,不能被光离子化检测器测定，作为背景气体也基本不干扰测定。同时也说明，光离子化检测仪比较适合于多种挥发性有 机化合物(volatile organic compound, VOC)勺现场测定。(3)PID检测器的使用和校准根据化合物的电离电位，判断其是否小于PID的灯能量，来选择合适的PID检测 器。PID检

31、测器一般配置9.8eV、10.6eV和11.7eV三种光源，也有的检测器只配置一 种能量的光源。虽然配置11.7eV紫外灯时，能够测定的气体数目最多，但配置 9.8eV 和10.6 eV灯的检测器寿命更长、更专用、更精确、价格更低。由于 11.7eV灯的窗口 材料是由特殊的氟化锂做成的，氟化锂很难同玻璃密封，很容易从气体样品中吸收水分， 受潮膨胀后其透光率降低。使用或选用PID时，还要特别注意校正系数(CF)。同气相色谱仪中的火焰离子化 检测器一样，不同化合物在光离子化检测器上的响应灵敏度不同， 即浓度相同时其响应 值却不同，所以需要校正。校正系数(CF , Calibration Facto

32、r) 也称之为响应系数(RF , Response Factor), 它代表用PID测量特定气体的灵敏度。当以一种气体如异丁烯作为基准气体校正PID后，其响应的电信号值与检测器的指示值相对应。之后经过精确的实验和计算， 给出其 他气体各自的校正系数。这样可减少了准备多种标准气的麻烦。基准气体的校正系数等于1,灵敏度低于基准气体的，校正系数都大于1;相反，灵敏度高于基准气体的，校正系数都小于1。苯的CF值是0.53,它的检测灵敏度大概是CF为9.9的乙烯的18倍。通常情况下，PID可以很好地测定CF值为10以下的各 种物质。检测器中的电信号与校正系数相乘后再显示出来，检测器只用基准气体校正即可，

33、通过输入被测气体的校正系数，就可以直接显示被测气体的浓度。校正系数(CF)可查阅有关资料。检测器的选用和报警值的设定检测器的选用在GB 50493-2009中，对可燃、有毒气体检测器的选用有如下规定：(1)姓类可燃气体可选用催化燃烧型或红外气体检(探)测器。当使用场所的空气中含有能使催化燃烧型检测元件中毒的硫、磷、硅、铅、卤素化合物等介质时，应选用抗 毒性催化燃烧型检测器；(2)在缺氧或高腐蚀性等场所，宜选用红外气体检测器；(3)氢气检测可选用催化燃烧型、电化学型、热传导型或半导体型检测器；(4)检测组分单一的可燃气体，宜选用热传导型检测器；(5)硫化氢、氯气、氨气、丙烯月青气体、一氧化碳气体

34、可选用电化学型或半导体型 检测器；(6)氯乙烯气体可选用半导体型或光致电离型检测器；(7)氟化氢气体直选用电化学型检测器；(8)苯气体可选用半导体型或光致电离型检测器；(9)碳酰氯(光气)可选用电化学型或红外气体检(探)测器。常用气体检测器的技术性能和适用范围见表13-5 o表13-5常用气体检测器技术性能表(GB 50493-2009)1项目催化划烧型 拴探)浏幕热传导螫探泄器红外气倬检(探)海器半挣体螯 推C探渊器T电化学型检t探网器光致电高小 检探测器被测气的,含氧要求需饕无无无无无可铜气神址范楠爆炸 下限也炸下限石爆炸 下限假蚱 下眼最蚱F限不适用的 被S3气体大分子有机的i H?烧短

35、CHM相对响应时阿与被褥 介质有美,中等1较短与被测 介质有关中等较短检剥干扰气体无COj, 鼠利昂有SOi , NO,PHOfSOf他检测元件 中寿的介质Si,Ph卤重、H*S无Si.SOi 卤素COi无地勘气体要求无无无无无注:为离子化能级高于所用紫外灯的期级的被谢物：为高于化能级低于所用紫外灯的能软的被恻物.报警值的设定(1)有关技术术语爆炸下限 Lower Explosion Limit(LEL)指可燃气体爆炸下限浓度(y%)值。爆炸上限 Upper Explosion Limit(UEL)指可燃气体爆炸上限浓度(y%)值。最高容许浓度 Maximum Allowable Concen

36、tration(MAC)指工作地点在一个工作日内、任何时间均不应超过的有毒化学物质的浓度。短时间接触容许浓度 Permissible Concentration -Short Term Exposure Limit(PC-STEL)指一个工作日内，任何一次接触不得超过的15min时间加权平均的容许接触浓度。时间加权平均容许浓度Permissible Concentration-Time WeightedAverage(PC-TWA)指以时间为权数规定的8h工作日的平均容许接触水平。直接致害浓度 Immediately Dangerous to Life or Health concentrat

37、ion(IDLH)指环境中空气污染物浓度达到某种危险水平，如可致命或永久损害健康，或使人立 即丧失逃生能力。(2)报警级别可燃气体和有毒气体的检测报警，分为两个级别，即一级报警(高限，AH)和二级报警(高高限，AHH) 0常规的检测报警，只采用一级报警；当工艺需要采取联锁保护措施时，应采用一级 报警和二级报警，在二级报警的同时，输出接点信号供联锁保护系统使用。同一检测区域内的有毒气体、可燃气体检测器同时报警时，应遵循下列原则：同 一级别的报警中，有毒气体的报警优先；二级报警优先于一级报警。(3)报警值的设定根据GB 50493-2009石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范,报警设 定值应

38、符合下列规定：可燃气体的一级报警设定值小于或等于25%爆炸下限；可燃气体的二级报警设定值小于或等于50%爆炸下限；有毒气体的报警设定值宜小于或等于 100%最高容许浓度/短时间接触容许浓度， 当试验用标准气调制困难时，报警设定值可为 200%最高容许浓度/短时间接触容许浓 度以下。当现有检(探)测器的测量范围不能满足测量要求时， 有毒气体的测量范围可为 030%直接致害浓度；有毒气体的二级报警设定值不得超过 10%直接致害浓度值。(3)如果空气中含有A、B、C三种可燃气体，则该种混合气体的爆炸下限可按下述方法确定:选择A、B、C中LEL（爆炸下限）值最低的作为混合气体的爆炸下限。如LEL cL

39、EL aLEL b则选LEL b为LEL混。这是最简单、可靠的方法。如果混合气体中A、B、C的含量固定或变化不大，也可通过计算得出混合气体 的爆炸下限。计算公式为：LEL混100Pa Pb PLEL? LEL7 LEL；式中Pa、Pb、Pc分别为A、B、C在其混合气体中的体积百分含量，Pa+Pb+Pc= 100% 实际上Pa、Pb、Pc会经常变化，且难以测出，因此这种方法不太实用。设置场所和安装要求可燃、有毒气体检测器的设置场所（1）在石油化工现场，可燃、有毒气体的释放源一般有如下一些：气体压缩机、液体泵的动密封处；不正常运行时可能泄漏出危险气体的设备、管法兰、阀门组；不正常运行时可能挥发出危

40、险气体的液体采样口、排液口 ；液体储罐区、液化烧灌装站。上述场所均应设置可燃或有毒气体检测器。（2）工艺装置检测点的确定当释放源处于露天或敞开式厂房布置的设备区域内，检测点与释放源的距离宜符 合下列规定：a.当检测点位于释放源的全年最小频率风向的上风侧时，可燃气体检测点与释放源的距离不宜大于15ml有毒气体检测点与释放源的距离不宜大于 2mb.当检（探）测点位于释放源的全年最小频率风向的下风侧时，可燃气体检测点与释放源的距离不宜大于5m,有毒气体检测点与释放源的距离不宜大于 lm。可燃气体释放源处于封闭或局部通风不良的半敞开厂房内，每隔15m可设一台检（探）测器，且检测器距其所覆盖范围内的任一

41、释放源不宜大于7.5m。有毒气体检测器距释放源不宜大于lm。比空气轻的可燃气体或有毒气体释放源处于封闭或局部通风不良的半敞开厂房内，除应在释放源上方设置检测器外， 还应在厂房内最高点气体易于积聚处设置可燃气 体或有毒气体检测器。（3）储运设施（储罐、装卸站、泵或压缩机、灌瓶间等）检测点的确定详见 GB 50493-2009。（4）对于可燃气体和有毒气体同时存在的场所，应按如下原则设置检测器：可燃气体或含有毒气体的可燃气体泄漏时，可燃气体浓度可能达到25%爆炸下限，但有毒气体不能达到最高容许浓度时，应设置可燃气体检测器；有毒气体或含有可燃气体的有毒气体泄漏时，有毒气体浓度可能达到最高容许浓 度，

42、但可燃气体浓度不能达到 25%爆炸下限时，应设置有毒气体检（探）测器；可燃气体与有毒气体同时存在的场所，可燃气体浓度可能达到25%爆炸下限，有毒气体的浓度也可能达到最高容许浓度时，应分别设置可燃气体和有毒气体检（探）测器；同一种气体，既属可燃气体又属有毒气体时，应只设置有毒气体检测器。可燃、有毒气体检测器的安装要求（1）安装位置的选择可燃、有毒气体检测器能否正确检测，与安装位置的选择有极密切关系，总的要求 是应该保证被测气体能充分与检测器接触。注意气体的密度。比空气轻的气体总是向上扩散，检测器应安装在泄漏源的上方； 否则应安装在泄漏源的下方，一般在接近地面处或低洼处。考虑风向。风向是影响可燃气

43、体扩散的重要因素。在室外的工艺区内，检测器应 根据主导风向来考虑，安装在释放源最小频率风向的上风侧。如果可能的话，最好在所 需检测设备的周围均装设，这样最可靠。注意环境温度、湿度的影响。环境温度对检测器本身没有影响，主要是考虑阳光 直射房顶时，在房间顶部形成一个热空气障，阻碍比空气轻的可燃气体向房顶扩散，使 检测器无法检测，因此，检测器不能安装在紧靠房顶处，而应安装在距房顶0.2m距离处为宜。湿度对检测器的准确性有一定影响，露天安装时应有防雨罩。如果检测器找不到理想的安装位置，可以利用捕集罩等将气体集中后引向检测第30页共30页第 30页 共 30页检（探 ）测器应安装在无冲击、无振动、无强电

44、磁场干扰、易于检修的场所，安装探头的地点与周边管线或设备之间应留有不小于0.5m 的净空和出入通道。在装有强制通风设施的房间内，空气流动较快。在有百叶窗和通风口的房间内，空气会形成自然对流，若室内设备是一个热源，这种对流会加快。若检测器安装在室内空气流动线及对流线附近，显然是不适宜的。因为大气在此区域快速稀释，并快速带走泄漏气体，使检测器无法准确测定。在这种情况下，检测器安装位置应选择在空气扰动小，扩散的泄漏气体容易积沉而又易于带走的区域。注意不要把检测器安装在房间的死角或空气不流动处，因为此时的检测结果没有代表性。（2）安装高度的确定检测比空气重的可燃气体时，检测器的安装高度应距地坪（或地板

45、）0.30.6m。过低易因雨水淋溅对检测器造成损害，过高则超出比空气重的气体易于积聚的高度。检测比空气轻的可燃气体时，检测器的安装高度宜高出释放源0.52m。当释放源位于封闭或半封闭的厂房内时，应在释放源上方设置检测器，还应在厂房内最高点易于积聚可燃气体处设置检测器。对于氢气，应安装在释放源上方或左右1m范围内，太远则由于氢气迅速扩散上升，起不到检测效果。有毒气体检测器应装在释放源上下1m 范围内（比空气轻装在上方，比空气重装在下方 ），也可装在释放源附近距地面1.5m 高处（即人的呼吸高度处）。注：某种气体比空气重还是比空气轻，可以采用以下两种方法确定：用分子量计算相对密度，计算式如下 相对

46、密度 =M + 28.96 式中 M 某种气体或蒸气的分子量；28.96干空气的分子量。如果计算结果V 1,那么该种气体或蒸气比空气轻；如果计算结果1,那么该种气体或蒸气比空气重。这种计算方法存在一定缺陷， 其一是环境空气总是含有一定的水分（在常压和1035 c范围内，环境空气中的含水量大约在0.55%V之间），并非干空气，其密度比干空气要小一些；其二是各种气体的压缩系数是不一样的，在标准状态下1 摩尔质量的不同气体并不都等于22.4升。所以，这种计算方法属于近似计算，对于分子量和空气比较接近的气体或蒸气不宜采用。查气体密度表计算相对密度或直接查气体相对密度表应当注意，这些表中空气的密度也是干

47、空气的密度，未考虑空气湿度的影响，所以，有的标准中规定：气体相对密度大于0.97(标准状态下)的即认为比空气重；气体相对密度小于0.97(标准状态下)的即认为比空气轻。(3)供电电源工艺装置和储运设施现场固定安装的可燃气体及有毒气体检测报警系统，宜采用不间断电源(UPS)供电。加油站、加气站、分散或独立的有毒及易燃易爆品的经营设施， 其可燃气体及有毒气体检测报警系统可采用普通电源供电。吸入式检测器和吸入采样装置吸入式检测器的适用场合根据SH3063-1999的规定，下列场合宜采用单点或多点吸入式检测器：(1)因少量泄漏有可能引起严重后果的场所；(2)受安装条件和环境条件限制，难于使用扩散式检测

48、器的场所；(3)1级(极度危害)有毒气体(氟化氢、氯乙烯)释放源，因为这些有剧毒的气体泄漏 后，即使大气迅速将其稀释至 ppm甚至ppb级，也足以使人中毒，甚至丧生；(4)有毒气体释放源较集中的地点。吸入式检测器较之自然扩散式检测器增加了吸入采样装置，有更强的定向、定点采样能力，但其覆盖面较小，除上述(1)(4)所规定的情况外，大量使用的应是扩散式检 测器。含少量灰尘气体的吸入采样装置对含少量尘埃的干燥气体，具吸入采样装置如图13-16所示。系统中需设置过滤器, 抽吸泵应有调节抽吸量的功能，经过检测器后，还需设置一转子流量计或盛水的烧杯作 为被测气体的监视器图13-16含少量灰尘气体的吸入采样

49、装置1气体吸入口， 2过滤器；3抽吸泵；4检测器；5气体监视器如果抽吸气体呈酸性、碱性或有毒，气体监视器应采用能吸收、中和这类气体的溶 液。如检测H2S、SO2等酸性气体，可选用NaOH溶液吸收；若检测氨等碱性气体，可 用稀硫酸进行中和，这样可防止污染环境。过滤器滤孔孔径一般选择510pm,其压降为2040mmH2O。使用过程中要进行定期清洗。若吸入气体中有油雾时，滤孔容易 堵塞，可用丙酮、四氯化碳等有机溶剂从反方向进行清洗。抽吸泵若采用电动泵，安装 在现场时要注意防爆要求。泵的抽吸量应十分稳定，否则检测信号输出不稳定。采用喷射泵的吸入采样装置如图13-17所示。喷射泵在分析仪表的取样系统中使

50、用 十分普遍，它可用现场的水源、压缩空气、低压蒸汽等作为动力源，因而在防爆场所使 用是本质安全的。喷射泵结构简单、运行稳定、价格低廉，调节动力源的压力和流速， 即可调节被测气体的抽吸量。图13-17采用喷射泵的吸入采样装置1气体吸入口 ； 2过滤器；3转子流量计；4检测器；5喷射泵；6针阀和稳压阀粉尘含量高、湿度大的气体的吸入采样装置地沟、下水道等封闭环境条件十分恶劣，粉尘含量高，湿度大。有些场所空气或环 境气氛中含水雾、油雾。此时，可采用如图13-18所示的吸入采样装置。图13-18粉尘含量高、湿度大的气体的吸入采样装置1地沟；2金属网过滤器；3 纤维过滤器；4 过滤疏水器；5抽吸泵；6检测

51、器；7 气体监视器；8 排水阀在抽吸作用下，气体先经金属网过滤器粗滤，再经过玻璃纤维或合成纤维填充的过 滤器，使吸入的粉尘进一步过滤。吸入的水雾、油雾甚至水滴经纤维的聚结作用变成大 的液滴，重力使液滴跌落。残剩粉尘、水雾、油雾、悬浮物等在抽吸作用下进入过滤疏水器，它是一个下部全透明的玻璃罩， 水、油雾滴和悬浮物可通过下面的抽吸泵旁路排 放，调节旁路排放流速使其比进样流路大，即可达到自清扫作用。若水雾含量少，旁路 排放亦可间歇进行。经过过滤疏水器再次过滤的气体在抽吸作用下进入检测器，完成检测后排放。含可燃气体的惰性气体吸入采样装置机械制造行业中的各种机械零部件， 玻璃制造行业中的各种玻璃器皿，

52、仪表制造行 业中的各种检测部件、敏感元件等，都需要在可控制的加热气氛中进行热处理。这种热 处理直接关系到部件质量，甚至关系到整机的性能指标和寿命。可控气氛热处理设备是 一种和环境空气隔离的加热炉、退火炉，在可控高温状态下，炉内含一定量的可燃气体， 其余均为惰性气体。可燃气体含量过高，不仅影响拉制、退火或热处理质量，而且有炉 爆危险。含量过低也会影响产品质量，影响加热过程的温度控制。过去常用红外、色谱等在线分析仪表进行定性和定量检测，但因这些仪表价格昂贵， 维护要求高，现在已越来越多地使用价格低廉的可燃气体检测器来进行这种检测，其测量精度可达土 1%,足以满足使用要求。对惰性气体中的可燃气体进行

53、检测需有一套吸 入采样装置,如图13-19所示。图13-19含可燃气体的惰性气体吸入采样装置1炉壁；2 气体吸入口； 3、7阻火器；4、8 针阀；5、9转子流量计；6 空气吸入口； 10检测器；11抽吸泵气体吸入口 2直接伸入炉内，待测气体在抽吸作用下被吸出。在炉壁外通过一个阻 火器，对火焰进行隔离。阻火器一般采用多孔陶瓷或粉末冶金，由于孔隙作用，能达到 灭焰的目的，以保证系统安全运行。气体经阻火器后，在抽吸作用下经针阀4、转子流量计5进入检测器。这类炉气由于没有氧存在，惰性气体中的可燃气不能在检测器中进行催化燃烧，因此需吸入一定量的空气。在系统中空气通过吸入口6,再经阻火器7,阀8、转子流量

54、计9后与待测气体混合，再进入检测器进行检测。要准确检测炉内可燃 气体，两路流速必须按一定比例设定并且保持恒定。由于炉气往往含有粉尘，阻火器和 过滤器必须定期进行清洗。水中泄漏气体的分离采样装置在石油化工、炼油、化肥等生产工艺中，有各种热交换器，由于腐蚀、焊接不良或 其他原因，可燃、有毒气体会通过热交换器泄漏到水中，形成水气混合物。由于气体在 水中溶解度小，若不能及时发现并采取措施，这些气体随水的流动可窜至锅炉、地沟或 其他设备中，造成严重后果。由于大多数可燃、有毒气体和水混合后，水的电导率变化 甚微，电导仪往往不能准确检测。而采用可燃、有毒气体检测报警器是一种十分有效的 方法。对水中的泄漏气体

55、进行检测需使用一套较为复杂的分离采样装置，如图 13-20所 示。图13-20水中泄漏气体的分离采样装置1、4、8 针阀；2水冷器；3 水气分离器；5转子流量计；6 水封；7 气雾分离器；9检测器；10 气体监视器；11排水地沟通过阀1将换热器中温度较高、含有泄漏气体的带压水引入水冷器进行冷却，然后进入水气分离器，通过阀4将大部分水排入地沟，少量水通过水封6排入地沟。在水气 分离器中气体释放出来后，再经过气雾分离器将气体中的水雾除掉， 气雾分离器中的纤 维对水雾起聚结作用，使之形成水滴，然后排入地沟。气体在气雾分离器中分离出水雾 后垂直上升，重力作用使可能进入检测器的雾滴跌落排入地沟，防止其进

56、入检测器。气体再经阀8进入检测器完成对可燃、有毒气体的检测。含有会使检测元件中毒组分气体的采样和预处理装置有些气体组分会使催化燃烧检测元件或半导体检测元件中毒，造成检测灵敏度下 降，使用寿命缩短，如硫化物、卤化物、磷化物、种化物、水雾、油雾等。若要对含有这些组分的可燃、有毒气体进行检测，必须采用预处理技术，先将它们用吸附、吸收、 中和等办法除去，然后再进行检测。图 13-21示出一种检测这类气体的采样和预处理装 置。图13-21含有会使检测元件中毒组分气体的采样和预处理装置1气体吸入口； 2过滤器；3、5截止阀；4化学吸收罐；6抽吸泵；7 针阀；8 转子流量计；9 检测器在预处理系统中设有化学

57、吸收罐，罐内装填相应试剂，采用吸附、吸收、中和等方 法预先将这些有害组分除掉。硫化物可装填脱硫剂脱除，如高效脱硫活性炭、无水硫酸 铜、钮脱硫剂等。酸性气体如一些卤化氢、碳酸气等可用碱石棉吸收。油雾用活性炭吸 收。水汽、水雾可用预处理方法捕集分离，要求高时，可进一步用氯化钙、硅胶、分子 筛等干燥脱湿剂吸收。由于这些化学试剂吸附、吸收往往无专一性，检测微量组分时要 慎用。化学吸收罐设置双路切换，定期更换使用，以便不中断检测报警。除掉对检测元件有害的组分，还可使用水洗法、萃取法、催化转化法等。但这些方 法将使预处理系统变得更加复杂，除非不得已，一般都不采用。日常维护和校准日常检查维护内容根据SY 6

58、503-2000可燃气体检测报警器使用规范，对可燃气体检测报警器的日 常检查维护有如下要求：(1)每周按动报警器自检试验系统按钮一次，检查指示系统运行状况。(2)每两周进行一次外观检查，检查项目包括：连接部位、可动部件、显示部位 和控制旋钮；故障灯；检测器防爆密封件和紧固件；检测器探头是否堵塞；检 测器防水罩是否正常。安装在高处的检测器，检查周期可适当延长，但需保证正常运行。(3)每半年用标准气对检测报警器进行一次校准，观察报警情况和稳定值。(4)传感元件应根据使用寿命及时更换。(5)每年对检测报警器进行一次检定，检定项目和步骤按JJG 693-2004可燃气体报警器检定规程的规定执行。可燃气

59、体检测器的校准最好是用于被测气体组成相同的标准气进行校准，由于这种标准气的配制比较麻烦，一般可用生产厂家提供的标准气进行校准。现以无锡梅思安公司的催化燃烧型可燃气体检测器为例加以介绍。该公司提供0.6%(V/V)的丙烷(C3H8)标准气，可对82种可燃气体进行标定，步骤如下：(1)零位校正。将传感器的罩螺母、罩内圈取下，拧上校准接头，等待 2分钟，让 热丝元件将传感器内可能存在的可燃气烧完，观察表头指示，若不指零，调节零位电位器，,使指针指在0%LEL处。(2)跨度调整。打开标准气钢瓶上的流量控制阀，使标准气经校准接头通入传感器，1分钟后，表头指针应稳定地指示在与标准气相应的浓度值上(允许误差

60、土 5%LEL),否则应调节跨度电位器。如被测气体为丙烷，指针应指在 29%LEL处，因为标准气中丙烷含量丙烷爆炸下限0.6%2.1%29%LEL如被测气体不是丙烷，也可用丙烷标准气标定，指针则根据该公司提供的数据表调 整到相应位置，如 H2：指针调到18%LEL处；C2H4：调到28% LEL处；丁二烯：调 至ij 28%LEL 处；苯：调至ij 41%LEL 处。常见故障及处理方法可燃、有毒气体检测报警器常见故障及处理方法见表13-6。表13-6可燃、有毒气体检测报警器常见故障及处理方法仪表无指示 或指示偏低未送电或保险丝断电路损坏或开路检测元件因污染、中毒或使用过久失效检测器损坏过滤器堵