浅谈可燃气体和有毒气体报警检测系统设计薄立明

浅谈可燃气体和有毒气体报警检测系统设计薄立明
发布时间：2023-07-04T06:15:08.538Z 来源：《科技新时代》2023年8期作者：薄立明[导读] 简述了气体检测器的检测原理、适用范围、优势、劣势；安装位置及要求。

探讨了可燃有毒报警系统独立性设置以及切改方案。

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摘要：简述了气体检测器的检测原理、适用范围、优势、劣势；安装位置及要求。

探讨了可燃有毒报警系统独立性设置以及切改方案。

关键词：气体检测器独立性可燃有毒气体检测系统
石油化工企业主要有：烃类可燃气体、氢气、硫化氢、氨气、一氧化碳、苯等，这些物质一旦发生泄漏将可能引起火灾、爆炸或人员中毒等危害。

为了减少人身伤害以及火灾与爆炸事故的发生，保障安全生产和人员健康。

根据GB/T 50493-2019石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准，在企业存在可燃有毒气体泄漏的装置内设置可燃气体和有毒气体检测报警系统，该系统主要由现场的气体检测器和控制室的监控系统两部分组成。

一、气体检测器的选型
测量精准、性能可靠、及时响应的检测器是保障气体检测报警系统能稳定工作的关键，检测器由传感器和转换器两部分组成，由于测量原理的不同，传感器的类型是多种多样的。

只有根据被测气体的物理、化学性质及生产环境的特点，选择相应的传感器，才能有效地保证检测器测量的有效性。

石油化工企业常使用的几种气体检测器原理如下：
1.1 催化燃烧型气体检测器
普遍适用于烃类可燃气为小分子碳氢化合物的混合气体基本原理：传感器由检测器件、补偿器件和2个恒定电阻组成桥路。

可燃气体进入传感器后，会在检测器件上进行催化燃烧反应，产生的热量使检测件温度升高、电阻增大，使电桥失去平衡，输出1个电压信号。

该信号送到转换器后，可转化为 4～20mA标准信号。

分析可知，电桥输出的信号大小，由可燃气体的燃烧热量决定，而燃烧热与可燃气的体积分数成正比，由此可建立检测信号与体积分数的线性关系。

传感器的使用寿命短，需定期更换探头，大约2～3年。

若检测点所在位置的空气中含有硫、硅、磷、卤化物或铅等物质时，还应特别注明传感器元件应具有抗毒性能。

1.2 红外吸收型检测器
适用于烃类可燃气为小分子碳氢化合物的混合气体。

基本原理：1束红外光通过被测气体，另1束用作参比光线，经检测器测得2束光的光强度差值，从而得到可燃气体的体积分数。

红外传感器与待测气体是非接触的，可用于缺少氧气和含高腐蚀介质等严苛工况场所的检测。

在测量混合气时，若已知混合气的组成，标定完成后可有选择性地测量出各个组分的体积分数。

但与催化燃烧型检测器相比，红外吸收型的价格更昂贵，原则上不存在更换传感器情况，从长期运营来看，存在前期投入大，后期运营费用低的特点。

1.3 电化学型检测器
适用于有毒性气体检测，如硫化氢气体、氨气、一氧化碳、氧气等。

基本原理：被测有毒气体与电极接触后，在阳极上被氧化，在阴极上被还原，从而引起电极之间电流的产生，电流大小与有毒气体的体积分数呈线性比例关系，从而达到测量体积分数的目的。

该测量方法精度高、选择性好，能实现对大多数无机有毒气体的定量测量。

传感器使用寿命短，需定期更换探头，一般为 1～2年。

1.4 光致电离（PID）检测器
适用于苯气体检测。

基本原理：利用惰性气体真空放电现象所产生的真空紫外线，激发而使被测挥发性有机物分子电离，产生负离子和正离子，这些离子在电极间形成电流，经检测器放大和处理后输出标准电流信号。

该检测器价格最高，传感器寿命最短，仪表半年需要更换探头，且易受环境影响容易误报警。

选型时，建议选用抽取式。

可大大增加检测器的寿命。

1.5 其他要求
工程应用中，检测器的最低技术参数要求：响应时间应小于30S，测量精度为±2%，防护等级为IP65，防爆等级需满足 EXdIICT4，供电电源为直流24VDC，输出信号为三线制直流 4～2OmA，配备现场安装附件和现场一体化声光报警器。

除检测器自带一体化声光警报器外，在现场高噪音、封闭场所、检测器众多的位置，还应设置独立的区域警报器。

二、气体检测器的现场设置
2.1 气体检测器安装位置
可燃气体和（或）有毒气体释放源周围应布置检测点：
1）气体压缩机和液体泵的动密封；
2）液体采样口和气体采样口；
3）液体（气体）排液（水）口和放空口；
4）经常拆卸的法兰和经常操作的阀门组。

除外上述4点外，还应注意2点
1）重要的设备如缓冲罐、分离罐等也应设置气体检测器。

2）有些地方无法巡检或者巡检频次极低的位置，一旦泄露可能造成重大风险及后果的也应设置气体检测器。

2.2 气体检测器的安装高度
检测比空气重的可燃气体或有毒气体时，检测器的安装高度宜距地坪0.3m~0.6m；检测比空气轻的可燃气体或有毒气体时，探测器的安装高度宜在释放源上方2.0m内。

检测比空气略重的可燃气体或有毒气体时，探测器的安装高度宜在释放源下方 0.5m~ 1.0m；检测比空气略轻的可燃气体或有毒气体时，探测器的安装高度宜高出释放源 0.5m~ 1.0m。

环境氧气探测器的安装高度宜距地坪1.5m~ 2.0m。

三、监控系统（简称：GDS系统）的设置及切改
3.1 GDS系统独立设置的必要性
目前石油化工企业多采用气体检测器引入集散过程控制系统（简称：DCS系统）独立卡件，用于检测、报警管理。

但根据安监总管三〔2014〕116号加强化工安全仪表系统管理的指导意见中（十一）严格按照相关标准设计和实施有毒有害和可燃气体检测保护系统，为确保其功能可靠，相关系统应独立于基本过程控制系统。

GB/T 50493-2019 石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准3.08 可燃气体和有毒气体检测报警系统应独立于其他系统单独设置。

3.2 GDS系统的设计
目前石油化工企业的可燃有毒气体检测器均存在点多、面广的情况，目前常规采用DCS系统、PLC系统或SIS系统作为GDS系统。

同时需要考虑为每套GDS系统增设操作员站，便于及时查看报警数据。

3.3 GDS系统独立性切改实施
GDS系统独立性的切改主要从电源、信号2方面实施。

3.3.1 GDS系统的电源
GDS系统电源原则上随生产装置控制系统电源而定，若生产装置采用2路冗余UPS电源，则GDS系统亦同。

现场气体检测器的功率大多为3~5W，区域警报器的功率大多为8W（24VDC）。

GDS系统所消耗的功率相对稳定，很难存在负荷波动较大的情况，一般均从机柜室的220V AC配电柜内的备用空开接取。

无需设置独立UPS。

3.3.2 GDS系统的信号
GDS系统的信号为现场气体检测器的4~20mADC信号，现有生产装置的检测器信号在DCS独立卡件处，若单独敷设电缆从现场至GDS 系统，投资高、实施难度大。

一般很少采用此方案实施，大多采用电缆利旧，在机柜室侧进行电缆切改。

利旧气体检测器电缆从现有DCS机柜移到GDS机柜存在2点问题，其1为电缆层层堆压在一起，很难单独拽出来；其2即使电缆能拽出来，有可能带动其他电缆接线松动，造成更大的停车风险。

故一般都需要中间转接实施。

目前常用的方法有如下几种：
1）增加中间接线箱置于静电地板底下，接线箱一侧接入原有气体检测器电缆，另一侧通过多芯电缆接至GDS机柜。

此方案需要静电地板空间足够大，中间接线箱尽可能小。

但是成本相对较高。

2）利用现有DCS机柜作为GDS中间接线箱，多芯电缆从端子排另一侧接入GDS机柜。

此方案尤为适用于DCS机柜只是气体检测器信号的机柜，且数量很多的情况。

3）在现有DCS机柜侧面增加端子排，现有检测器电缆及多芯电缆分别接到端子排两侧。

四、结束语
可燃气体和有毒气体检测报警系统是保障装置安全生产的有力措施，是企业HSE质量体系建设的重要组成部分，正确完善地设置该系统，才能通过政府有关部门的消防安全及职业卫生审查验收。

本文的可燃气体和有毒气体检测报警系统的切改方案已在几家石油化工企业的实施并通过验收。

经济、合理的设计，在实践中取得了良好的效果。

参考文献：
石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准 GB/T 50493-2019
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康普辉，姜福泉可燃及有毒有害气体检测系统在多晶硅生产中的应用[J]．化工自动化及仪表，2013，40（06）：725—727．。