甲類廢液罐區氣體探測系統設計

王 沖

（中國海誠工程科技股份有限公司，上海 200031）

危險廢物焚燒處置是目前比較常用的一個手段，此類項目處理的危險廢物一般包括固體廢物、半固體廢物、液體廢物等。其中，危險液體廢物在送入焚燒車間處置前一般存儲在廢液罐區的槽罐中。廢液罐區除了儲存廢液的槽罐外，還包括了廢液泵、過濾器、工藝閥組以及廢液卸車臺等設施。廢液在卸料、儲存、泵送等過程中可能發生氣體泄漏等，進而引起有毒或可燃氣體積聚，產生爆炸危險或人員中毒事故等。因此，需要設計一套合理的氣體探測報警系統，以盡可能的從技術上減少此類安全生產事故的發生。

1 廢液成分分析

廢液罐區的危險液體廢物種類一般涉及多個行業，如醫療廢物、農藥廢物、表面處理廢物等，其混合物成分復雜，在氣體探測報警系統設計前首先應對廢液成分進行具體分析。

以某工業園區危險廢物焚燒處置項目的廢液罐區為例，該罐區按照甲類罐區設計，可儲存閃點小于28 ℃的液體[1]。廢液罐區的危險液體廢物按照不同的熱值一般可分為低熱值、中熱值和高熱值，所涉及的危廢種類成分復雜，根據工藝需要泵送至焚燒車間的回轉窯中焚燒。以該項目為例，廢液儲罐中儲存的廢液主要包括了雜醇類（甲醇、乙醇、丙醇等）、雜酮類（丙酮、丁酮等）、雜環類（吡啶、四氫呋喃等）、苯系物（苯、甲苯、二甲苯等）、礦物油、乳化液等。

這些廢液在卸料、儲存、泵送過程中可能產生的有毒、可燃氣體的種類及特性如表1所示。

表1 廢液罐區主要的氣體種類及特性表

表1中的可燃氣體在積聚到一定濃度達到爆炸限值時將產生爆炸危險。根據相關的設計規范，廢液罐區應按照爆炸危險區域設計，內部的設備需采用對應的防爆級別的產品。這些有毒、可燃氣體的比重比空氣大，考慮氣體向下積聚，至少應采用不低于ExdIIBT3 Gb 防爆等級的產品[2]。

氣體探測器一般安裝在廢液罐區的工藝設備、槽罐外，其爆炸性氣體環境可按照2 區考慮；結合廢液成分的復雜性及目前氣體探測器的實際產品，該項目選用了ExdIICT6 Gb 防爆等級的隔爆型產品。

2 探測器選型及布置

目前常用的有毒、可燃氣體探測器按照其測量原理、安裝方式、采樣方式的不同主要分為以下幾種類型：

（1）催化燃燒型、電化學型、紅外氣體型、激光氣體型、光致電離型、熱傳導型、半導體型等；

（2）點型、線型及固定式、移動式等；

（3）擴散式、吸入式、系統采樣型等[3]。

其中催化燃燒型采用電橋及熱效應原理，探測器內電阻與可燃氣體發生無焰燃燒，溫度升高使阻值變化，打破電橋平衡，輸出與可燃氣體濃度成正比的信號；這種類型的探測器應用廣泛、可靠，價格低，且不會與其他非可燃氣體發生交叉感染。

電化學型采用氧化還原反應原理，探測器內部裝有電極且充滿電解液，測量氣體與電極發生反應，打破電極平衡電位，輸出與測量氣體濃度成正比的信號。

廢液罐區的功能以儲存、泵送廢液為主，包括了防火堤、卸車臺等構筑物以及廢液罐、廢液輸送泵、廢液過濾器、操作閥門組等工藝設備。針對廢液罐區的工藝布置特點，該項目選擇了點式固定型氣體探測器。綜合考慮可靠性、易替換性及投資成本等因素，氣體探測器的具體類型選用了以下幾種：

（1）醇類可燃氣體：電化學型；

（2）雜環類可燃氣體：電化學型；

（3）酮類可燃氣體：催化燃燒型；

（4）苯類可燃氣體：催化燃燒型；

（5）有毒氣體苯：催化燃燒型。

一般焊接密封的設備及管道不考慮其氣體泄漏，廢液罐區內工藝設備主要的危險釋放源一般包含以下幾處：

（1）廢液輸送泵的動密封；

（2）槽罐的廢液進口及出口法蘭處；

（3）廢液過濾器及閥門組；

（4）廢液罐區防火堤內集液坑。

氣體探測器的安裝應靠近以上釋放源，并在有毒、可燃氣體容易積聚的位置。由于廢液罐區內可能產生的有毒、可燃氣體比空氣重，可將探測器安裝在距防火堤內地坪或維護平臺上方0.3～0.6 m 處。

該項目主要選擇在廢液儲罐中間的輸送泵、過濾器、閥組處；廢液卸車處；防火堤內集液坑等處安裝可燃氣體探測器，安裝位置距離其所覆蓋范圍內的釋放源，水平距離不超過10 m。

在苯類廢液儲罐及輸送泵、集液坑等處增加有毒氣體（苯）探測器，其安裝位置距離其所覆蓋范圍內的釋放源，水平距離不超過4 m。

安裝位置的選擇除了考慮以上因素外，還應考慮探測器的位置不應影響人員的正常巡視以及工藝設備的檢維修等。

3 氣體探測系統設計

有毒、可燃氣體探測報警系統應獨立于其他系統單獨設置，可將其作為火災自動報警系統的獨立子系統，其所有信息應通訊至全廠消防控制室的火災自動報警控制主機及圖形顯示裝置中[4]，并將至與生產管控結合，將相應的信息同時通訊至生成過程控制DCS 系統中，如圖1所示；可燃氣體報警信號與火災報警信號在火災報警控制系統中應有明顯區別。

圖1 氣體探測報警系統框圖

該項目的有毒、可燃的探測報警采用兩級報警，同一級別的有毒、可燃氣體探測器同時報警時，優先響應有毒氣體探測器的報警。布置在廢液罐區的有毒、可燃氣體探測器帶一體化的聲光警報器，其啟動信號采用第一級報警信號；廢液罐區設置現場區域聲光報警器以及在焚燒車間集中控制室的操作區設置氣體聲光報警器，其啟動信號采用第二級報警信號。

所有現場氣體探測器及聲光報警器的信號全部聯入集中控制室中的氣體探測報警控制器中，由氣體探測報警控制器接受現場的氣體探測信號并控制聲光報警器的輸出；氣體探測報警控制器輸出信號至生產過程控制系統DCS 中，當現場探測到氣體泄漏時，由氣體探測報警控制器控制聲光報警器輸出，并由DCS 完成相關的工藝切斷操作；同時，氣體探測報警控制器的所有信號可通訊至消防控制室內的火災自動報警控制器和圖形顯示裝置中。

原則上氣體探測應構成一個獨立的報警系統，同時將相關信息共享至火災自動報警控制系統以及生產過程控制系統DCS 中，使得全廠消防監控人員以及生產監控人員能同時監測到廢液罐區的生產以及安全情況，以防止爆炸危險、人員中毒等事故的發生。

4 結束語

有毒、可燃氣體探測報警系統在甲類廢液罐區的日常生產監控中有著非常重要的作用，在設計中應提高重視并予以優化；同時，將該系統與消防系統及生產系統的融合有助于從各方面及時地了解廢液罐區現場的氣體泄漏及安全生產情況，對維持安全生產以及減少安全事故的發生有著重要意義。