可燃及有毒氣體報警器的規范化管理

管 宇

（中國石化 北京化工研究院，北京 100013）

安全生產是石油化工行業發展的重中之重。石油化工企業普遍依靠可燃及有毒氣體報警器來檢測作業場所或設備內部空氣中的可燃及有毒氣體和蒸氣含量，并超限報警，以提醒作業人員采取安全措施，并驅動排風、噴淋等阻斷系統，從而防止發生爆炸、火災和中毒事故，保障安全生產［1］。目前，可燃及有毒氣體報警器在生產中的使用越來越廣泛，種類也越來越多。基于風險管控發展的要求，我國已出臺相關規章制度，明確規定了可燃及有毒氣體警報器的設計、安裝、檢定計量等規范［2-3］。

作為具有石油化工生產試驗裝置的科研單位，在科研生產中同樣也存在著可燃及有毒氣體泄漏引發安全事故的危險，因此，科研單位均按照裝置要求規范設計、安裝了可燃及有毒氣體報警器。如何在安全質量控制過程中進行可燃及有毒氣體報警器的規范化管理，保證其可靠有效運行就成為十分重要的課題［4-8］。

本文通過對中國石化北京化工研究院院本部（以下簡稱院本部）內設置的可燃及有毒氣體報警器的統計，分析了科研一線部門和服務保障部門使用報警器的分布情況，介紹了院本部使用最多的報警器的種類及其核心部件氣體傳感器的工作原理，總結了可燃及有毒氣體報警器的安全管理經驗，為提升和優化科研單位的安全生產工作提出意見和建議。

1 可燃及有毒氣體報警器種類和工作原理

可燃及有毒氣體報警器是一種可以檢測可燃及有毒氣體濃度值的儀器。作為一種安全預報設施，它適用于監測易燃易爆有毒氣體的生產及使用場所，能及時探測發現氣體泄漏，預防爆炸或人員中毒發生。

1.1 可燃及有毒氣體報警器的種類

按設置場所和用途分類，可燃及有毒氣體報警器可分為便攜式和固定式兩種；按被測對象分類，可分為可燃氣體報警器和有毒氣體報警器兩類。

1.2 固定式可燃及有毒氣體報警器的工作原理

在固定式可燃及有毒氣體報警器中，氣體傳感器是核心部件，其可靠性和穩定性直接影響被測氣體報警參數的正確性，是安全報警監控系統能夠有效運行的技術關鍵［9-10］。可燃及有毒氣體報警器中使用的氣體傳感器根據不同的檢測原理分為催化燃燒式、電化學式、半導體式、熱傳導式和紅外吸收式等。在實際工作中，院本部使用的主要是催化燃燒式和電化學式氣體傳感器。

1.2.1 催化燃燒式氣體傳感器的工作原理

催化燃燒式氣體傳感器的工作原理見圖1。

圖1 催化燃燒式氣體傳感器的工作原理

利用催化燃燒的熱效應，由檢測元件和補償元件配對構成測量電橋。在一定的溫度條件下，檢測元件載體表面的可燃氣體，在催化劑的作用下發生無焰燃燒，載體溫度升高導致其內部鉑絲的電阻也相應升高，平衡電橋失去平衡會輸出一個與可燃氣體濃度成正比的電信號。通過精確測量元件的阻值變化，就可以計算出樣品氣體的濃度。催化燃燒式氣體傳感器應用廣泛，成本相對較低，可廣譜探測，輸出信號線性好，指數可靠，使用壽命約為2 a，主要用于可燃性氣體的檢測，但不適合檢測“較重的”或長鏈烷烴特別是高閃點的氣體。

1.2.2 電化學式氣體傳感器的工作原理

電化學式氣體傳感器的工作原理見圖2。被檢測的環境氣體通過傳感器下端的薄膜擴散到傳感器的電解液中，電解液中有一個測量電極、一個反電極和一個參考電極。被檢測的氣體在測量電極上會發生化學反應并產生微電流，此電流與被測氣體的濃度呈一定的函數關系，將這個電流信號經過放大、溫度補償和參數修正就能得到氣體的濃度。電化學式氣體傳感器體積小，耗電量低，重量輕且具有極高的靈敏度，在低濃度下線性度較好，表現出極佳的線性和重復性。但其只適合在有氧環境下使用，不適用于高溫、低溫及低濕度環境。電化學式氣體傳感器可測量一氧化碳、氯化氫、砷化氫、氯氣、氟化氮、磷化氫和二氧化硫等氣體，使用壽命為1～3 a。

圖2 電化學式氣體傳感器的工作原理

2 院本部設置的可燃及有毒氣體報警器統計分析

北京化工研究院在北京一院三地，且在全國下設多個分院，所使用的可燃及有毒氣體報警器種類較多。以院本部為例，各部所固定式可燃及有毒氣體報警器分布情況見圖3。院本部共有153臺套各類可燃及有毒氣體報警器，其中，催化所占比23%，主要用于新催化劑的開發及催化機理的基礎研究裝置；乙烯所占比22%，主要用于開發乙烯相關催化工藝和裝置；精細所占比20%，主要進行精細化工材料和技術研發裝置。統計結果表明，科研一線實驗室安裝的可燃及有毒氣體報警器占院本部總安裝量的89%，科保中心等科研保障部門安裝的占11%。

圖3 院本部各部所固定式可燃及有毒氣體報警器分布情況

院本部的可燃及有毒氣體報警器多為分體式，即探頭擴散式采樣、二次儀表顯示報警。使用的氣體傳感器主要是催化燃燒式和電化學式兩種。院本部可燃氣體報警器監測氣體分布情況見圖4。統計結果表明，可燃氣體報警器共128臺套，檢測氣體共有12種，其中單獨監測氫氣的報警器69臺，天然氣15臺，丙烯9臺，乙烯6臺，甲烷5臺，丙烷4臺，丁烷3臺，氧氣3臺，乙炔1臺，正丁烷4臺，己烷3臺，丁烯1臺，異丁烯1臺；同時監測氫氣和乙炔兩種可燃氣體的報警器3臺，同時監測甲烷和丙烷的1臺。

圖4 院本部可燃氣體報警器監測氣體分布情況

院本部有毒氣體報警器監測氣體分布情況見圖5。統計結果表明，有毒氣體報警器共25臺套，共監測8種有毒氣體，其中監測一氧化碳的15臺，一氧化氮1臺，苯1臺，鄰二甲苯3臺，二氧化硫1臺，硫化氫1臺，氨氣1臺，氯化氫2臺。

圖5 院本部有毒氣體報警器監測氣體分布情況

3 科研單位可燃及有毒氣體報警器的規范化管理

科研單位報警系統的設置與科研前沿方向、市場導向及課題立項緊密相關，檢測要求不斷更新變化，具有多樣性和動態性等特點。要保證科研單位可燃及有毒氣體檢測報警系統正常有效工作，達到國標要求的指標，起到警示作用，必須對其進行規范化、細致化、動態化、多樣化的管理，從設計、選型、安裝到驗收，從日常使用、檢修維護到定期檢定、校準，每一步都需要制定詳細的規章制度，細化操作，責任到人，做到保障安全，萬無一失。

在管理方面，依據中國石化總部制定的《中國石化設備管理辦法》中國石化生（2015）583號和《實驗室HSSE管理辦法》中國石化科（2019）287號以及《中國石化北京化工研究院設備管理辦法》北化院條字（2019）37號等文件，由使用部門負責可燃及有毒氣體報警器的日常管理并確保安全正常使用，是設備安全使用的第一責任部門。條件裝備部負責組織可燃及有毒氣體報警系統相關制度的制定，并監督實施；條件裝備部牽頭有關部門做好可燃及有毒氣體報警系統的設計、選型、購置、安裝、使用、維護、保養、檢驗、修理、改造、報廢和更新的全壽命周期管理；授權條件裝備部負責組織可燃及有毒氣體報警系統供應商、承包商、服務商等工商、經營、HSE以及施工資質的審查，檢查可燃及有毒氣體報警系統HSE職責履行和制度執行情況，督促各使用部門建立健全可燃及有毒氣體報警系統檔案、檢維修記錄、設備日常維護檢查管理記錄，包括可燃及有毒氣體警報器的交接、停用、檢定與校準、報廢、清查，并監督檢查執行情況，負責組織可燃及有毒氣體報警系統的隱患排查及治理工作，并負責組織可燃及有毒氣體報警器的定期外校工作以及涉及的相關質量管理體系的認證并監督檢查執行情況、體系內審外審的考核及體系運行日常的檢查和更新等。

4 結語及建議

科研單位對可燃及有毒氣體報警器的管理要做到以下幾點：1）嚴把設計、采購、安裝質量，必須符合《石油化工可燃和有毒氣體檢測報警設計標準》（GB/T 50493—2019）等相關要求；2）嚴格保證可燃及有毒氣體報警器安裝前經過標準計量部門檢定，檢定合格后方可投入使用；3）加強可燃及有毒氣體報警系統的過程管理，責任落實到人，確保科研生產過程中報警器測量值的準確可靠，嚴格管理規程，建立檢定臺賬，落實每年檢定計劃，保證計量檢定準確，落實計量后的確認；4）加強作業人員安全培訓，提高安全意識，建立安全隱患監督機制，防患于未然，做到安全隱患早發現，早處理；5）可燃及有毒氣體報警器使用過程中發生故障的情況只是做到了有記錄、有修換，但對于造成故障的原因缺乏深入的分析，建議分析原因找到各種影響因素并采取相應措施進行改進以降低事故風險。