可燃氣體和有毒氣體檢測器在化工裝置中的設置

張麗，陳曼(中國五環(huán)工程有限公司，武漢 430223)

可燃氣體和有毒氣體檢測器在化工裝置中的設置

張麗，陳曼
(中國五環(huán)工程有限公司，武漢 430223)

化工裝置中工藝介質(zhì)多為易燃易爆或有毒有害，一旦發(fā)生泄漏并積聚在周圍環(huán)境中，容易引起燃燒、爆炸、中毒，造成人員傷亡和生產(chǎn)設備毀壞等嚴重后果。針對化工裝置中可燃氣體和有毒氣體檢測器的設置，結合GB 50493—2009以及工程實踐經(jīng)驗，對可燃和有毒氣體檢測器的設置場所以及檢測點設置的原則作了初步介紹，并通過舉例計算分析了混合氣體中可燃和有毒氣體檢測器的設置，總結了可燃有毒氣體檢測器在安裝時應注意的事項。

可燃氣體 有毒氣體 爆炸下限 最高容許濃度

化工行業(yè)許多生產(chǎn)裝置或儲運設施周邊泄漏的可燃或有毒氣體達到一定的濃度時，容易發(fā)生爆炸或中毒，對生產(chǎn)人員和設備造成重大損失。隨著事故的頻發(fā)以及國家和企業(yè)對可燃有毒氣體危險性的重視，頒布了GB 50493—2009《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范》[1]，即將SH 3063—1999《石油化工企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范》[2]升級為國家標準。該標準對可燃和有毒氣體的定義、檢測點的確定、可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)、檢測器和指示報警設備的安裝等都做了詳細規(guī)定，筆者主要針對可燃氣體和有毒氣體檢測器設置作進一步的探討。

1 可燃有毒氣體檢測器的設置場所

首先探討可燃氣體檢測器的覆蓋范圍與“爆炸危險區(qū)域劃分圖”的區(qū)域范圍之間的關系。根據(jù)文獻[1]，可燃氣體檢測器的覆蓋范圍是指工藝裝置、系統(tǒng)單元和儲運設施區(qū)存在使用或產(chǎn)生甲類氣體或甲、乙A類可燃液體氣化后形成的可燃氣體的釋放源，而且是屬于第二級的釋放源(預計在正常情況下不會釋放，即使釋放也僅是偶爾短時釋放源)；在不同的場所(露天或敞開式廠房、封閉或半敞開式廠房、儲運設施等)，可燃氣體檢測器與釋放源之間有不同的檢測距離要求。

根據(jù)GB 50058—92《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》[3]，“爆炸危險區(qū)域劃分圖”的區(qū)域范圍可分為爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域劃分和爆炸性粉塵環(huán)境危險區(qū)域劃分。而爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域是指生產(chǎn)、加工、處理、轉(zhuǎn)運或儲存過程中出現(xiàn)或可能出現(xiàn)易燃氣體、易燃液體的蒸氣或薄霧等易燃物質(zhì)與空氣混合形成的爆炸性氣體混合物環(huán)境。根據(jù)爆炸性氣體混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時間長短分級，其分為連續(xù)釋放源、第一級釋放源、第二級釋放源。爆炸區(qū)域的范圍是以可燃爆炸氣體釋放源為中心，根據(jù)不同的場所、不同的易燃物質(zhì)，以一定的距離為半徑畫圓來確定的，與風向無關，與擴散的路徑有關。因此，爆炸危險區(qū)域劃分的范圍比可燃氣體檢測器的覆蓋范圍更大。有人認為“可燃氣體檢測器的覆蓋范圍應為爆炸危險區(qū)域劃分的2區(qū)內(nèi)及附加2區(qū)內(nèi)”，這種觀點是否正確？

根據(jù)文獻[2]，“生產(chǎn)或使用可燃氣體的工藝裝置和儲運設施(包括甲類氣體和液化石油氣、甲B類液體的儲罐區(qū)、裝卸設施、灌裝站等)的2區(qū)內(nèi)及附加2區(qū)內(nèi)，應設置可燃氣體檢測報警儀。”該規(guī)范將需要設置可燃氣體的范圍定義在2區(qū)內(nèi)及附加2區(qū)內(nèi)，并提出可根據(jù)可燃氣體密度在地坑、排污溝等場所設置可燃氣體檢測器。根據(jù)文獻[3]中關于爆炸危險區(qū)域的定義，上述通風不良的死角處應局部提高爆炸危險區(qū)域的等級，即可能由2區(qū)升級為1區(qū)或0區(qū)。文獻[1]在有關氣體檢測器設置范圍中取消了2區(qū)內(nèi)及附加2區(qū)內(nèi)，并明確裝置發(fā)生泄漏時，比空氣密度大的可燃氣體和/或有毒氣體，可能積聚在通風不良的工藝閥井、地坑及排污溝等場所，形成局部0區(qū)，危及生產(chǎn)操作安全和環(huán)境安全，此時應設可燃氣體和/或有毒氣體檢測器。故可燃氣體檢測器的覆蓋范圍并不局限于爆炸危險區(qū)域劃分的2區(qū)內(nèi)及附加2區(qū)內(nèi)，對于通風不良且有第二級釋放源處應根據(jù)實際情況酌情考慮設置可燃氣體和/或有毒氣體檢測器。

2 可燃和有毒氣體檢測點的設置

2.1一般原則

1) 可燃氣體和有毒氣體檢測器的檢測點，應根據(jù)氣體的理化性質(zhì)、釋放源的特點、生產(chǎn)場地布置、地理條件、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之處布置。

2) 下列可能泄漏可燃氣體、有毒氣體的主要釋放源處應布置檢測點： 氣體壓縮機和液體泵的密封處；液體采樣口和氣體采樣口；液體排液(水)口和放空口；設備和管道的法蘭和閥門組。

以國內(nèi)某大型化工企業(yè)可燃有毒氣體檢測點的設置為例，建議合理的設置點，供參考： a) 口徑大于或等于DN450并且相應介質(zhì)操作溫度高于200 ℃的法蘭處需設置可燃或有毒氣體檢測器；b) 檢查和維修時，經(jīng)常會打開的法蘭處需設置可燃或有毒氣體檢測器；c) 通常動設備(鼓風機、泵、壓縮機等)泄漏幾率大于靜設備，故動設備的密封處需設置可燃或有毒氣體檢測器；d) 氣體檢測器設置以檢測操作巡檢路線上的泄漏點為主，操作工較少停留地方的泄漏點可適當配置便攜式氣體檢測器進行檢測。

另外，在化工裝置中，氫氣是一種很常見的可燃氣體，并且其摩爾質(zhì)量比空氣小很多，當釋放源處于通風良好的露天或敞開式廠房的設備區(qū)內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和引進裝置均可不設氫氣的可燃氣體檢測器。

2.2混合氣體的檢測

在實際設計工作中經(jīng)常會遇到可燃或有毒混合氣體的檢測報警，首先需明確并不是混合氣體中含有可燃或有毒氣體便需設置可燃或有毒氣體檢測器。文獻[1]對混合氣體中可燃或有毒氣體的設置作了相應規(guī)定： 1) 可燃氣體或其中含有毒氣體泄漏時，可燃氣體濃度可能達到25%爆炸下限濃度，但有毒氣體不能達到最高容許質(zhì)量濃度時，應設置可燃氣體檢測器；2) 有毒氣體或其中含有可燃氣體泄漏時，有毒氣體質(zhì)量濃度可能達到最高容許質(zhì)量濃度，但可燃氣體濃度不能達到25%爆炸下限濃度時，應設置有毒氣體檢測器；3) 可燃氣體與有毒氣體同時存在的場所，可燃氣體濃度可能達到25%爆炸下限濃度，有毒氣體的質(zhì)量濃度也可能達到最高容許質(zhì)量濃度時，應分別設置可燃氣體和有毒氣體檢測器；4) 同一種氣體，既屬可燃氣體又屬有毒氣體時，應只設置有毒氣體檢測器。

筆者以化工裝置中常見的幾種可燃或有毒混合氣體為例，通過計算來探討混合氣體中可燃和有毒檢測器的設置。

2.2.1混合氣體為兩種或兩種以上的可燃氣體

假設混合氣體中含有氫氣和甲烷兩種可燃氣體，其體積分數(shù)分別為10%和20%。根據(jù)文獻[1]中的常用可燃氣體、蒸氣特性表可查知氫氣的爆炸下限濃度[1]為4%，甲烷的爆炸下限濃度為5%，所以當25%爆炸下限濃度時兩種氣體均應設置可燃氣體檢測器，但由于混合氣體組分固定，可通過計算求取先到達爆炸下限濃度的氣體組分，只設置一種可燃氣體檢測器來進行檢測報警。

首先假設有100單位體積氣體，計算當這100單位體積氣體中兩種可燃氣體分別達到爆炸下限濃度的25%時混合氣體的體積為

(1)

式中：ρ——爆炸下限濃度；φ混合氣——混合氣體體積分數(shù)。

根據(jù)公式(1)計算，每單位體積氣體達到爆炸下限濃度時，混合氣中，氫氣的體積分數(shù)為10%，甲烷的體積分數(shù)為6.25%。所以當混合氣體泄漏達6.25%時，其中甲烷已經(jīng)達到了爆炸下限濃度。由此可知，這種混合氣體中只需設置甲烷可燃氣體檢測器即可。若混合氣體中含有兩種以上可燃性氣體，計算方法依此類推。

綜上所述，若混合氣體為兩種或兩種以上的可燃氣體，則首先判斷混合氣體中每種可燃氣體體積分數(shù)是否達到25%爆炸下限值，然后針對可燃氣體體積分數(shù)可能達到25%爆炸下限值的氣體，通過計算判斷哪種氣體先達到25%爆炸下限濃度值，則設置該種氣體的可燃氣體檢測器。

2.2.2混合氣體為兩種或兩種以上的有毒氣體

假設混合氣體中含有一氧化碳和硫化氫兩種毒性氣體，其體積分數(shù)分別為5%和0.1%。一氧化碳的摩爾質(zhì)量為28 g/mol，硫化氫的摩爾質(zhì)量為34 g/mol。標準狀態(tài)下氣體的摩爾體積為22.4 L/mol。由此可以計算出1 m3混合氣體中每種有毒氣體的質(zhì)量濃度：

(2)

式中：φa——混合氣體中某氣體的體積分數(shù)；M——氣體摩爾質(zhì)量，g/mol；V——氣體摩爾體積，L/mol。

根據(jù)公式(2)計算，一氧化碳的質(zhì)量濃度為6.25×104mg/m3，硫化氫的質(zhì)量濃度為1.5×103mg/m3。根據(jù)文獻[1]中的常用有毒氣體、蒸氣特性表可查知，一氧化碳的短時間接觸容許質(zhì)量濃度[1]為30 mg/m3，硫化氫的最高容許質(zhì)量濃度[1]為10 mg/m3，則一氧化碳和硫化氫均超出100%最高容許質(zhì)量濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度，以下再計算兩種氣體最高容許質(zhì)量濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度下的體積分數(shù)φ′：

(3)

式中：ρ′——氣體最高容許質(zhì)量濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度，mg/m3。

將一氧化碳和硫化氫的最高容許質(zhì)量濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度、氣體摩爾質(zhì)量和摩爾體積代入公式(3)中，可得出一氧化碳的短時間接觸容許質(zhì)量濃度下的體積分數(shù)為2.4×10-3，硫化氫的最高容許質(zhì)量濃度下的體積分數(shù)為7×10-4。混合氣體中，一氧化碳的體積分數(shù)是硫化氫的50倍，而一氧化碳最高容許體積分數(shù)是硫化氫的3.6倍，故一氧化碳會先達到最高容許質(zhì)量濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度，該混合氣體中只設置一氧化碳有毒氣體檢測器即可。

綜上所述，若混合氣體為兩種或兩種以上的有毒氣體，則首先判斷混合氣體中每種有毒氣體濃度是否達到最高容許質(zhì)量濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度，然后針對有毒氣體濃度可能達到最高容許質(zhì)量濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度的氣體，通過計算判斷哪種氣體先達到最高容許質(zhì)量濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度，則設置該種氣體的有毒氣體檢測器。

2.2.3混合氣體為可燃氣體和有毒氣體

假設混合氣體中含有可燃氣體(甲烷、氫氣)和有毒氣體(硫化氫、一氧化碳)，其中甲烷體積分數(shù)為4%、氫氣體積分數(shù)為15%、硫化氫體積分數(shù)為0.1%、一氧化碳體積分數(shù)為23%。甲烷的爆炸下限濃度為5%，氫氣的爆炸下限濃度為4%，所以該混合氣體中甲烷和氫氣均可能達到25%爆炸下限濃度，根據(jù)公式(1)計算，每單位體積氣體達到25%爆炸下限濃度時混合氣體的體積，甲烷為31.25%，氫氣為6.67%，故當混合氣體泄漏6.67%時，氫氣比甲烷先達到25%爆炸下限濃度。

根據(jù)公式(2)計算，硫化氫的質(zhì)量濃度為1.5×103mg/m3，一氧化碳的質(zhì)量濃度為2.9×105mg/m3，硫化氫和一氧化碳均超出了其100%最高容許質(zhì)量濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度。根據(jù)公式(3)，可得出硫化氫的最高容許質(zhì)量濃度下的體積分數(shù)為7×10-4，一氧化碳的短時間接觸容許質(zhì)量濃度下的體積分數(shù)為2.4×103。混合氣體中，一氧化碳的體積分數(shù)是硫化氫的230倍，而最高容許體積分數(shù)中一氧化碳是硫化氫的3.6倍，故一氧化碳比硫化氫先達到最高容許質(zhì)量濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度。

以下再比較該混合氣體中氫氣和一氧化碳誰先達到25%爆炸下限濃度和最高容許質(zhì)量濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度。由于每單位體積氣體達到25%爆炸下限濃度時，氫氣占6.67%，每單位體積達到100%最高容許質(zhì)量濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度時，一氧化碳占2.4×10-3，即當混合氣體泄漏2.4×10-3時，一氧化碳會比氫氣先達到報警值，故該混合氣體中只設置一氧化碳有毒氣體檢測器即可。

綜上所述，若混合氣體為兩種或兩種以上的可燃和有毒氣體，則首先判斷混合氣體中每種可燃氣體體積分數(shù)是否達到25%爆炸下限濃度值以及每種有毒氣體質(zhì)量濃度是否達到最高容許質(zhì)量濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度，然后針對可燃氣體體積分數(shù)可能達到25%爆炸下限濃度值的氣體，通過計算判斷哪種氣體先達到，則設置該種氣體的可燃氣體檢測器；以及針對有毒氣體質(zhì)量濃度可能達到最高容許濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度的氣體，通過計算判斷哪種氣體先達到，則設置該種氣體的有毒氣體檢測器。最后將先達到25%爆炸下限值的可燃氣體與先達到最高容許質(zhì)量濃度/短時間接觸容許質(zhì)量濃度的有毒氣體比較，看誰先達到報警值，就設該種氣體的可燃或有毒氣體報警器。

3 結束語

可燃和有毒氣體的檢測和報警直接關系到現(xiàn)場設備和人員的安全。可燃和有毒氣體檢測器的設置并非設置得越多越好，應根據(jù)氣體的理化性質(zhì)、釋放源的特性、生產(chǎn)場地布置、地理條件、環(huán)境氣候、操作巡檢路線等條件綜合考慮，合理設置。關于檢測器的選用，應考慮使用環(huán)境溫度及被檢測氣體與安裝環(huán)境中可能存在其他氣體的相互影響。

[1]中國石化集團洛陽石油化工工程公司.GB 50493—2009石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范[S].北京： 中國計劃出版社，2009.

[2]王懷義，王毓斌，王子平.SH 3063—1999石油化工企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范[S].北京： 中國計劃出版社，1999.

[3]中華人民共和國化工部.GB 50058—92爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范[S].北京： 中國計劃出版社，1992.

[4]馮省利.石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范的應用體會[J].石油化工自動化，2012，48(03)： 16-20.

[5]祝晉.化工過程中可燃有毒氣體檢測儀的設置及選型[J].化工自動化及儀表，2011，39(05)： 585-586.

[6]唐濤.實施《石油化工企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范》的一點體會[J].石油化工自動化，2004，40(01)： 26-27.

[7]陸國平.可燃氣體和有毒氣體監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[J].石油化工自動化，2005，41(06)： 17-20.

[8]王子平.正確設計可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)[J].石油化工自動化，1998，34(04)： 9-13.

[9]劉春，張平.可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)的設計探討[J].石油化工自動化，2006，42(06)： 1-4.

[10]劉定倫.可燃/有毒氣體檢測報警控制系統(tǒng)[J].石油化工自動化，2011，47(03)： 39-41.

施耐德電氣趙國華出席重慶市長

國際經(jīng)濟顧問團會議第八屆年會

2013年9月23日，全球能效管理專家施耐德電氣受邀出席重慶市長國際經(jīng)濟顧問團會議第八屆年會。會上，施耐德電氣集團主席兼首席執(zhí)行官趙國華先生與重慶市政府領導以及其他來自全球的30余位市長國際經(jīng)濟顧問團代表就“城鎮(zhèn)化發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)”進行了深入廣泛的分享和交流。憑借公司“GO WEST”發(fā)展戰(zhàn)略和承諾，以及在智慧城市領域的先進解決方案和整合服務，施耐德電氣希望為重慶的新型城鎮(zhèn)化發(fā)展獻計獻策，并提供鼎力支持。

作為全球能效管理專家，施耐德電氣認為，以智慧城市為發(fā)展目標的新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略將成為包括重慶在內(nèi)的中國城市應對挑戰(zhàn)、建立可持續(xù)的經(jīng)濟和社會發(fā)展環(huán)境的重要戰(zhàn)略舉措。智慧城市建設應該以市民為中心，以技術為推動力，聯(lián)合本地乃至全球的商業(yè)合作伙伴，共同打造一個和諧、可持續(xù)的城市管理系統(tǒng)。

年會上，趙國華先生表示：“建設‘智慧城市’是一個需要時間和耐力的征程，需要政府、企業(yè)、市民以及生態(tài)環(huán)境中的各方參與者攜手努力。施耐德電氣多年來一直致力于創(chuàng)新能效科技，希望協(xié)助打造更高能效、更加可持續(xù)的經(jīng)濟體系，滿足不同類型客戶和合作伙伴的業(yè)務需求。憑借施耐德電氣全面的智慧城市解決方案以及豐富經(jīng)驗，我們有信心與以重慶為代表的中國城市共同努力，為中國的新型城鎮(zhèn)化建設貢獻力量，建設一個和諧、美麗的中國。”

施耐德電氣曾參與全球超過200個智慧城市建設項目，擁有在智慧城市領域創(chuàng)新、整合的服務能力和豐富的實踐經(jīng)驗，為智慧城市建設打造的五大智慧解決方案及整合服務，涵蓋了智慧能源、智慧移動性、智慧水務、智慧公共服務和智慧建筑等。創(chuàng)新能力、先進方案和最佳實踐的結合，能夠助力中國的城市尤其是以重慶為代表的西部地區(qū)城市把握新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的歷史機遇，推動中國經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。(施耐德電氣(中國)有限公司)

SettingsofCombustibleGasandToxicGasDetectorinChemicalDevice

Zhang Li, Chen Man

(Wuhuan Engineering Co. Ltd.，Wuhan，430223，China)

In the process of chemical plant, the majority of process medium is flammable or toxic and harmful. It’s easy to cause combustion, explosion, poisoning and causing casualties, equipment damage and other serious consequences once there is leakage and accumulation around the environment. According to setting of combustible gas and toxic gas detector in chemical plant, combining with GB 50493—2009 and engineering practice, the principle for set places of combustible and toxic gas detector is introduced as well as the detection point, and the setting of flammable and toxic gas detector is analysised by calculation with example. The matters needing attention in installation of combustible and toxic gas detector are summarized for reference.

combustible gas；toxic gas；lower explosion limit；maximum allowable concentration

稿件收到日期：2013-02-21，修改稿收到日期2013-05-28。

張麗(1984—)，女，湖北武漢人，2008年畢業(yè)于武漢大學控制理論與控制工程專業(yè)，獲碩士學位，現(xiàn)工作于中國五環(huán)工程有限公司電控室，任工程師。

TP277

B

1007-7324(2013)05-0020-04