可燃和有毒氣體檢測報警的工程應用

文/范詠峰 王云

本文作者范詠峰供職于中科合成油工程有限公司；王云供職于山東濟煉石化工程有限公司。

石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警的工程應用的闡述——石油化工裝置具有易燃、易爆、有毒和有害的特點，涉及可燃和有毒有害氣體泄漏的場所按國家標準設置檢測報警裝置是非常重要的，是安監總管三〔2017〕121號《化工和危險化學品生產經營單位重大生產安全事故隱患判定標準（試行）》中提出的重大安全隱患判定項之一。

本文根據現行國家標準GB/T 50493—2019《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》的要求，結合其他相關文件、標準規范和工程實際，闡述了石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警的工程應用。

GB/T 50493—2019的適用性

GB/T 50493—2019適用于石油化工新建、擴建工程中可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統（GDS）的設計。石油化工改建工程、化工裝置和以煤為原料制取燃料及化工產品的工廠或裝置、工廠分析化驗室區域的GDS設計可以參考使用。

新建、擴建和改建的定義可以參考2012年1月30日國家安全生產監督管理總局令第45號公布的《危險化學品建設項目安全監督管理辦法》（2015年5月27第79號修正）。

雖然GB/T 50493—2019為推薦性標準，由于其被應急〔2019〕78號《危險化學品企業安全風險隱患排查治理導則》等多個文件引用，建議滿足GB/T 50493—2019適用范圍的工程按照標準給出的程度用詞結合具體條款嚴格執行GB/T 50493—2019要求。

可燃氣體范圍

GB/T 50493—2019和GB 50160—2008（2018年版）《石油化工企業設計防火標準》關注并需要按照標準要求設置探測器的可燃氣體范圍為：甲類氣體或甲、乙A類可燃液體氣化后形成的可燃氣體或可燃蒸氣。

可燃氣體的火災危險性分類按表1分類。

表1 可燃氣體的火災危險性分類

液化烴、可燃液體的火災危險性分類按表2分類，并應符合下列規定：

表2 液化烴、可燃液體的火災危險性分類

1.操作溫度超過其閃點的乙類液體應視為甲B類液體。

2.操作溫度超過其閃點的丙A類被體應視為乙A類液體。

3.操作溫度超過其閃點的丙B類液體應視為乙B類液體；操作溫度超過其閃點的丙B類液體應視為乙A類液體。

有毒氣體范圍

實際工程中，可根據項目情況和特點確定適用的標準規范，并應符合法律法規的要求。建議以下列范圍中的若干條作為確定有毒氣體范圍的依據：

1.GB/T 50493—2019 附錄B列出的14種有毒氣體和蒸氣。

2.《高毒物品目錄》（衛法監發[2003]142號）中列出的氣體和蒸氣，一共30種介質，可以見GB 50493—2009條文說明2.0.2條款。

3.GBZ 2.1—2019中的表1列出的358種介質中的有毒氣體或蒸氣，按照GB30000.18—2013判定急性毒性危害類別為1類及2類的急性有毒氣體或蒸氣。

4.《危險化學品目錄（2015版）》（國家安全監管總局公告2015年第5號）中的有毒氣體或蒸氣，按照GB30000.18—2013判定急性毒性危害類別為1類及2類的急性有毒氣體或蒸氣。

5.GBZ/T 223—2009《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設置規范》附錄A中的“表A.1”列出的56種有毒氣體/蒸氣。

6.安監總管三〔2011〕95號《首批重點監管的危險化學品名錄》和安監總管三〔2013〕12號《第二批重點監管危險化學品名錄》中，按照重點監管的危險化學品安全措施和事故應急處置原則要求設置毒性氣體泄漏檢測報警儀的場合。

7.其他現行并適用的有關法律法規標準規范的要求。

對于石油化工項目，上述列出范圍中的第5項為可選項，其他各項均為必選項，應嚴格執行。第5項GBZ/T223—2009根據《中華人民共和國職業病防治法》制定，由衛生部職業衛生標準專業委員會提出，雖然為推薦性標準，條件具備時，第5項所列宜作為有毒氣體范圍。

探測器設置原則

在生產或使用可燃氣體及有毒氣體的生產設施及儲運設施的區域內，可以按照以下原則設置探測器。

1.泄漏氣體中可燃氣體濃度可能達到報警設定值時，應設置可燃氣體探測器。

2.泄漏氣體中有毒氣體濃度可能達到報警設定值時，應設置有毒氣體探測器。

3.既屬于可燃氣體又屬于有毒氣體的單組分氣體介質，應設有毒氣體探測器。

4.可燃氣體與有毒氣體同時存在的多組分混合氣體，泄漏時可燃氣體濃度和有毒氣體濃度有可能同時達到報警設定值，應分別設置可燃氣體探測器和有毒氣體探測器。

比空氣輕或重的判斷

判別泄漏氣體介質是否比空氣重，應以泄漏氣體介質的分子量與環境空氣的分子量的比值為基準，按表3給出的原則判別。

表3 輕重判別原則

探測器安裝位置的確定

基本要求

根據以下方面綜合考慮確定探測器安裝位置。

1.釋放源位置

（1）氣體壓縮機和液體泵的動密封。

（2）液體采樣口和氣體采樣口。

（3）液體（氣體）排液（水）口和放空口。

（4）經常拆卸的法蘭和經常操作的閥門組。

2.操作巡檢路線（參考GB/T 50493—2019正文4.1.1條款）

3.周 邊 界 區（參 考GB/T 50493—2019正文4.1.5和條文說明6.1.2條款）

具體安裝位置

在GB/T 50493—2019正 文4.2～4.4條款規定了探測器相對于釋放源的水平方向的安裝位置，正文6.1條款規定了探測器相對于釋放源的垂直方向的安裝位置，條文說明6.1.2條款給出了補充說明，在一些場景下需要減少探測器距離釋放源的水平和垂直距離。GB/T 50493—2019其他條款的其他相關要求，也應遵照執行。探測器安裝工程應用舉例見表4。

表4 探測器安裝工程應用舉例

氧氣探測器

空氣中氧氣濃度的變化會影響部分氣體探測器（有氧檢測的可燃氣體探測器，如催化燃燒型）的正常工作、影響操作工人的呼吸健康、改變環境中可燃氣體的爆炸極限以及可燃氣體點火能。GB/T 50493—2019規定的環境欠氧和過氧報警設定值（見表5），是為了能夠保護操作人員的正常健康。氧氣的過氧報警值和欠氧報警值的設定可以只設一級報警。各企業依據生產安全和職業健康工作的需要，可以設定氧氣的二級過氧報警值和二級欠氧報警值。

表5 探測器測量范圍和報警值要求

在生產過程中可能導致環境氧氣濃度變化，出現欠氧、過氧的有人員進入活動的場所，應設置氧氣探測器。當相關氣體釋放源為可燃氣體或有毒氣體釋放源時，氧氣探測器可與相關的可燃氣體探測器、有毒氣體探測器布置在一起。

在生產過程中環境氧氣濃度可能出現欠氧的場所，主要是受限空間作業工況。在生產過程中環境氧氣濃度可能出現過氧的場所，主要是工廠的氮氧站、局部用氧點的作業工況。

設在爆炸危險區域2區范圍內的在線分析儀表間，應設可燃氣體和（或）有毒氣體探測器，并同時設置氧氣探測器。

環境氧氣探測器的安裝高度宜距地坪或樓地板1.5～2.0 m，主要是根據操作與維護人員的身高范圍而定的。

測量范圍及報警值

可燃氣體、有毒氣體和環境氧氣探測器的測量范圍和報警值應符合表5的要求。

有毒氣體的職業接觸限值OEL通常有3種，按照數值由低到高分別是：最高容許濃度（MAC）、時間加權平均容許濃度（PC-TWA）以及短時間接觸容許濃度（PC-STEL）。確定有毒氣體探測器測量范圍時，優先選擇數值較低的OEL值，即選擇順 序 為：MAC、PC-TWA和PCSTEL。只 有 在按照0～300%OEL的量程范圍選擇不到合適的毒性探測器產品時，才允許將測量范圍放寬到0～30%IDLH。

現場警報器的設置

現場警報器包括3種：現場區域警報器；有毒氣探測器一體式聲、光警報器；可燃氣體探測器一體式聲、光警報器。設置原則見表6。

表6 現場警報器設置原則

可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統應按照生產設施及儲運設施的裝置或單元進行報警分區，各報警分區應分別設置現場區域警報器。現場區域警報器的數量宜使在該區域內任何地點的現場人員都能感知到報警。

現場區域警報器可以根據情況合理設置，需要時可以適當分類，比如：區域1可燃、區域1有毒；區域2可燃、區域2有毒。

根據具體的情況，數量較少或者其他一些的情況下，也可以合并設置有毒和可燃現場區域警報器。

以下3種場合和位置均應設置現場區域警報器：

1.生產現場主要出入口設置現場區域警報器。

2.高噪聲區[噪聲超過85dB（A）]設置現場區域警報器。

3.有人進入巡檢操作且可能出現可燃氣體或有毒氣體積聚的壓縮機廠房、泵房、筒(料)倉、分析小屋以及分析化驗室等相對封閉場所，在其出、入口等醒目位置設置聲光警報器。

除了以上3種場合和位置需要設置現場區域警報器，是否需要在某個區域內進一步設置現場區域警報器，應根據現場實際情況確定，在以下3個條件同時滿足時，區域內部可以不設置現場區域警報器。

1.報警分區內的探測器數量＜10 個。

2.現場噪聲＜85 dBA。

3.現場探測器帶有一體化的聲、光警報器。

以上3個條件只要有1個條件不滿足，就需要在區域內部進一步設置現場區域警報器。

系統要求和配置圖

可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統（GDS）應獨立于其他系統單獨設置，并且應與火災及消防監控系統分開設置。這是GB 50493—2009修訂升版為2019版標準的重要修訂內容。

2009版標準的要求為：GDS宜獨立設置，明確允許I/O卡件獨立而共用控制器方式采用GDS和DCS的共用系統；允許GDS與火災檢測報警系統合并設置，并在條文說明中提出對于大型聯合裝置、區域控制中心和全廠中心控制室等的GDS可優先考慮與火災檢測報警系統合并設置。GB/T 50493—2019明確要求GDS應獨立，包括和DCS等系統的獨立，也包括和消防監控系統的獨立。

GDS配置如圖1所示，包括3部分：標準GDS系統、消防聯動GDS系統和SIS系統相關部分，分別說明如下。

圖1 可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統配置

1.標準GDS系統部分。報警控制單元應采用獨立設置的以微處理器為基礎的電子產品，并應 滿 足GB/T 50493—2019中 的5.4.1條款要求。

2.消防聯動GDS系統部分。參與消防聯動的報警控制單元應采用按專用可燃氣體報警控制器產品標準制造并取得檢測報告的專用可燃氣體報警控制器；專用的可燃氣體報警控制器是指符合現行國家標準《可燃氣體報警控制器》GB 16808—2008質量要求且具有消防產品型式檢驗報告的產品。

可燃氣體探測器參與消防聯動時，探測器信號應先送至按專用可燃氣體報警控制器產品標準制造并取得檢測報告的專用可燃氣體報警控制器，報警信號應由專用可燃氣體報警控制器輸出至消防控制室的火災報警控制器。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。

3.SIS系統相關部分。可燃氣體或有毒氣體檢測信號作為安全儀表系統的輸入時，探測器宜獨立設置，探測器輸出信號應送至相應的安全儀表系統，探測器的硬件配置應符合現行國家標準GB/T 50770—2013《石油化工安全儀表系統設計規范》有關規定。常規的可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統，包括標準GDS系統和消防聯動GDS系統，沒有安全儀表功能要求，不需要符合功能安全標準。

控制室內聲、光警報器

控制室操作區應設置可燃氣體和有毒氣體聲、光報警，以有利于控制室的操作人員及時發現并采取措施，聲壓等級應滿足設備前方1m處不小于75dBA，聲、光警報器的啟動信號應采用第二級報警設定值信號，不應以操作站揚聲器替代控制室內聲、光報警器。

探測器選型

探測器的輸出可選用4～20 mA的DC信號、數字信號、觸點信號，不建議采用總線信號。可燃氣體及有毒氣體探測器的選用，應根據探測器的技術性能、被測氣體的理化性質、被測介質的組分種類和檢測精度要求、探測器材質與現場環境的相容性、生產環境特點等確定，具體要求見GB/T 50493—2019第5章要求和其他相關條款要求，包括條文說明中給出的要求。

便攜式檢測報警儀

工程實踐中建議重視便攜式檢測報警儀的使用。

便攜式可燃及有毒氣體探測器指可以隨身攜帶并在攜帶過程中完成檢測報警任務的氣體檢測報警裝置，可用于生產現場或儲運現場的介質泄漏檢測、現場泄漏介質的確認和現場環境的安全監測。

按 照GB/T 50493—2019要求，需要設置可燃氣體、有毒氣體探測器的場所，宜采用固定式探測器；需要臨時檢測可燃氣體、有毒氣體的場所，宜配備移動式氣體探測器。進入爆炸性氣體環境或有毒氣體環境的現場工作人員，應配備便攜式可燃氣體和(或)有毒氣體探測器。在進入的環境同時存在爆炸性氣體和有毒氣體時，便攜式可燃氣體和有毒氣體探測器可以采用多傳感器類型。

根據GBZ/T 223—2009，已知空氣中有毒氣體濃度經常或持續超過報警設定值的特殊場所，可不設立固定式有毒氣體檢測報警點。如因工作需要進入作業場所，有關人員應配備便攜式有毒氣體檢測報警儀及有效的個體防護用品。一般情況，應設置有毒氣體檢測報警儀的場所，宜采用固定式，當沒有必要或不具備設置固定式的條件時，應配置移動式或便攜式檢測報警儀。另外，安全巡檢和事故檢查也宜使用便攜式檢測報警儀。

證書和檢驗報告

相關依據包括如下文件。

1.《市場監管總局關于防爆電氣等產品由生產許可轉為強制性產品認證管理實施要求的公告》〔2019年第34號〕

2.《市場監管總局關于優化強制性產品認證目錄的公告》〔2020年第18號〕

3.《市場監管總局關于調整實施強制管理的計量器具目錄的公告》〔2020年第42號〕

4.《市場監管總局 國家認監委關于改革調整強制性產品認證目錄及實施方式的公告》〔2018年第11號〕

5.GB/T 50493—2019 3.0.5條款（正文和條文說明）

6.關于平板電腦等防爆電氣產品CCC認證目錄界定的技術決議（TC28—2021—01）

依據以上文件，證書和檢驗報告要求如下。

可燃氣體探測器應取得防爆合格證，不需要防爆強制認證CCC證書（依據1、2和6），應取得消防產品檢驗報告（依據5），不強制要求取得消防產品認證證書，可以自愿取得消防產品認證證書（依據4），甲烷以外的可燃氣探測器沒有計量器具型式批準證書的要求，甲烷測定器應該取得計量器具型式批準證書（依據3）。

二氧化硫（SO2）、硫化氫（H2S）和一氧化碳（CO）有毒氣體探測器應取得計量器具型式批準證書（依據3）。在爆炸危險場所中使用的有毒氣體探測器應取得防爆合格證，不需要防爆強制認證CCC證書（依據1、2和6）。

在爆炸危險場所中使用的現場區域警報器應取得防爆強制認證CCC證書（依據1、2和6）。

可燃氣體和有毒氣體探測器均沒有強制檢定要求，使用者可自行選擇非強制檢定或者校準的方式，保證量值準確并符合使用要求（依據3）。

自2018年6月11日起，可燃氣體報警產品（包括可燃氣體探測器和GDS控制器）不再實施強制性產品認證管理（CCCF)（依據4）。

探測器和GDS不執行安全儀表功能（SIF）時，不需要滿足功能安全標準，也沒有安全完整性等級（SIL）認證要求。探測器和GDS執行安全儀表功能（SIF）時，應該滿足功能安全標準要求，包 括GB/T 50770—2013標 準 的要求。

甲烷測定器；二氧化硫（SO2）、硫化氫（H2S）和一氧化碳（CO）有毒氣體探測器，適用的型式評價大綱見市場監管總局辦公廳關于發布《實施強制管理的計量器具目錄適用國家計量技術規范》的通知（市監計量〔2020〕6號）。

單位換算

環境大氣中有毒氣體濃度的表示方法有兩種：質量濃度（每立方米空氣中所含有毒氣體的質量數，即mg/m3）和體積濃度（一百萬體積的空氣中所含有毒氣體的體積數，即ppm（v/v）或μmol/ mol。）通常，大部分氣體檢測儀器測得的氣體濃度是體積濃度ppm（v/v）。而國家的標準規范采用的氣體濃度為質量濃度單位（mg/m3）。mg/m3符合GB 3100—1993《國際單位制及其應用》，ppm不屬于國際單位制。

GB/T 50493—2019附錄B和GBZ 2.1—2019附 錄A的A.2.6條款均給出了ppm和mg/m3的換算公式，前者給出的是工況條件下的換算公式，后者給出的是20℃、101.3 kPa下的換算公式。換算也可以采用換算系數計算得到，GB/T 18664—2002《呼吸防護用品的選擇、使用與維護》附錄B給出了20℃、1個大氣壓mg/m3下1 ppm換算單位為mg/m3的系數。

電源

可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統的氣體探測器、報警控制單元、現場警報器等的供電負荷，應按一級用電負荷中特別重要的負荷考慮，宜采用UPS電源裝置供電。

GB/T 50493—2019條文說明3.0.5條款指出，分散或獨立的有毒及易燃易爆品的設施，如加油站、加氣站等，一般采用盤裝或壁掛式，電源功率較小，故規定檢測報警系統也可采用普通電源供電。

其他工程應用

以下場景按照要求設置探測器或聲光報警器：

1.分析小屋出入口設置聲光警報器。

2.設在爆炸危險區域2 區范圍內的在線分析儀表間，應設可燃氣體和(或)有毒氣體探測器，并同時設置氧氣探測器。

3.控制室、機柜間的空調新風引風口等可燃氣體和有毒氣體有可能進入建筑物的地方，應設置可燃氣體和(或)有毒氣體探測器。

4.有人進入巡檢操作且可能積聚比空氣重的可燃氣體或有毒氣體的工藝閥井、管溝等場所，應設可燃氣體和(或)有毒氣體探測器。

總結

為保障石油化工企業的人身安全和生產安全，實時監測生產過程及儲運設施中泄漏的可燃氣體和有毒氣體，并及時報警，預防人身傷害以及火災與爆炸事故的發生，如何合規、合理及有效的對生產過程及儲運設施中的進行GDS工程設計和工程應用至關重要。本文根據GB/T 50493—2019的要求，結合其他相關文件、標準規范和工程實際，說明了石油化工GDS工程設計原則和注意事項，作為工程應用的參考。●