有毒有害气体检测安全技术

安全技术/化工安全

有毒有害气体检测安全技术

（一）可燃性气体检测

1、可燃气体的爆炸范围和爆炸极限

可燃性气体在空气中可能会发生燃烧（即在点燃后，火焰会从燃点开始扩散）和爆炸时的周围环境必须符合四个条件，即适量的氧气、适量的可燃性气体、点火源以及足够的分子能量，这样才能维持燃烧的链式反应。如果这四个条件中的任何一个没有或不足，燃烧或爆炸就不可能发生。

我们将空气混合物中可燃性气体可以发生燃烧时的最低体积浓度%VOL称为燃烧下限LFL%。将空气混合物中可燃性气体可能被点燃后发生爆炸时的最低体积浓度%VOL称为爆炸下限LEL%。

从定义上可以看出，燃烧下限LFL%和爆炸下限LEL%两者的含义是不同的。但在实际应用上的方便，可以不加区分，互相替代使用。不同的可燃性气体有不同的LFL / LEL。低于LFL / LEL的可燃性气体或蒸气，由于对氧气的比例太低，不可能发生燃烧或爆炸。

大多数的（不是全部）可燃性气体或蒸气还具有一个高限体积浓度，在此浓度值之上，可燃性气体也不会发生燃烧或爆炸。燃烧上限UFL%是可燃性气体的蒸气和气体在空气中支持燃烧的最大体积浓度。相对应的还有一个爆炸上限UFL%。同样在使用上也不加区分。高于UFL / UEL时，因为可燃性气体的蒸气和气体同氧气的浓度比例太大，或者说由于氧气不足，以至于无法反应而是燃烧扩散，也就不会发生燃烧或爆炸。

2、可燃性气体的定义

在实际工作中，可燃性气体泛指具有燃烧能力的气体。在国际上一般采用列举（特指）和概括两种方式来规定那些气体是可燃性气体（简称可燃气体）。

（1）国际上特指以下32种气体为可燃气体。

备注：爆炸范围是指LEL和UEL的体积浓度。

（2）其他气体符合下列条件之一者，也属于可燃气体范畴。

①爆炸下限在10%VOL以下者。

②爆炸范围的上限与下限之差在20%VOL以上者。

3、常用的浓度单位工程换算

（1）%LEL与%VOL的换算

当可燃气体达到了爆炸下限LEL以上就有爆炸的危险。为了计算和说明的方便，一般将爆炸下限LEL分成100份，即1LEL = 100%LEL；例如，甲烷单独存在100%LEL = 5.3%VOL，也就是说，一般的报警单位10%LEL = 0.53%VOL；即当环境中甲烷浓度0.53%体积时，就应该意识到危险状况的存在。

（2）%VOL与ppm、ppb的换算

1ppm = 1000ppb =1/1000000VOL或者10-6

100%VOL = 106ppm = 109ppb

以甲烷为例，10%LEL = 0.53%VOL = 53000ppm

如果是苯，则10%LEL = 0.13%VOL = 13000ppm（注意，苯的立即致死量IDHL是500ppm！！）

（3）ppm与mg/m3的换算

V（ppm）= W（mg/m3）×24.46 / M

式中：V为ppm为单位的体积浓度值。

W为mg/m3为单位的绝对重量的浓度值。

M为待测物质的分子量。

（4）混合可燃气体的爆炸极限的计算

用Vn表示一种可燃气体在混合物中的体积分数，LELn和UELn分别为此种可燃气体的爆炸下限和爆炸上限，则混合气体的爆炸下限为：

LEL = 100 /（V1/LEL1 + V2/LEL2+ … +Vn/LELn）（%VOL）

同理，混合气体的爆炸上限为：

UEL = 100 /（V1/UEL1 + V2/UEL2+ … +Vn/UELn）（%VOL）

例如，一天然气的组成为甲烷80%VOL（LEL甲烷=5.3），乙烷15%VOL（LEL乙烷=3.0）、丙烷4%VOL（LEL丙烷=2.2）、丁烷1%VOL（LEL丁烷=1.9），则此天然气的爆炸下限为：

LEL天然气= 100 /（805.3 + 15/3.0 + 4/2.2 + 1/1.9）= 4.46%VOL

从以上计算可以看出，尽管甲烷占了大多数，但由于乙烷、丙烷和丁烷的存在，使得天然气的爆炸下限相对于甲烷降低了很多。

4、可燃气体爆炸场所的划分

世界各国对危险场所区域划分不同，但大致分为两大派系：中国和大多数欧洲国家采用国际电工委员会（IEC）的划分方法，而以美国和加拿大为主要代表的其他国家采用北美划分方法。

中国标准GB3836.14--2000《爆炸性其他环境用电气设备，第14部分：危险场所分类》的规定如下：

0区爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所。

1区在正常运行时可能出现爆炸性气体环境的场所。

2区在正常运行时不可能出现爆炸性气体环境，如果出现也是偶尔发生，并且仅是短时间存在的场所。

0区，一般只存在于密闭的容器、储罐等内部气体空间；在实际防爆设计过程中1区也很少涉及；大多数情况属于2区。

美国、加拿大等北美国家危险区域的划分依据NEC（美国国家电气规程）的定义，对爆炸性气体环境划分为1区、2区（没有0区）。

两者之间的对应关系大致如下：

气体IEC 0区、1区——NEC 1区

IEC 2区——NEC 2区

具体的比较见下表。

备注：IEC中的“区”的英文定义为Zone，而在NEC中的“区”的英文定义为Division。

4、本质安全型电气设备的安全特点

（1）本质安全型电气设备防爆特点

本质安全型电气设备又称安全火花型电气设备。它的特点时电气设备在正常状态下和故障状态下，电路、系统产生的火花和达到的温度都不会引燃爆炸性混合物。它的防爆主要有以下措施来实现。

①采用新型集成电路元件等组成仪表电路，在较低的工作电压和较小的工作电流下工作。

有毒气体检测器与释放源的距离，室外不宜大于2m，室内不宜大于1m。

③应设置可燃气体或有毒气体检测报警仪的场所，宜采用固定式；当不具备设置固定式的条件时，应配置便携式检测报警仪。

④可燃气体和有毒气体检测报警系统宜为相对独立的仪表系统。

⑤在露天或半露天布置的设备区内，当检测点位于释放源的最小频率风向的上风侧时，可燃气体检测点与释放源的距离不宜大于15m，有毒气体检测点与释放源的距离不宜大于2m；当检测点位于释放源的最小频率风向的下风侧时，可燃气体检测点与释放源的距离不宜大于5m，有毒气体检测点与释放源的距离宜小于lm。

⑥可燃气体释放源处于封闭或半封闭厂房内，每隔15m可设一台检测器，且检测器距任一释放源不宜大于

7.5m。

有毒气体检测器距释放源不宜大于1m。

⑦比空气轻的可燃气体释放源处于封闭或半封闭厂房内，应在释放源上方设置检测器，还应在厂房内最高点易于积聚可燃气体处设置检测器。

⑧不在检测器有效覆盖面积内的下列场所，宜设检测器：

a 使用或产生液化烃和／或有毒气体的工艺装置、储运设施等可能积聚可燃气体、有毒气体的地坑及排污沟最低处的地面上。

b 易于积聚甲类气体、有毒气体的“死角”。

⑨检测比空气重的可燃气体或有毒气体的检测器，其安装高度应距地坪（或楼地板）0.3-0.6m。

注：气体密度大于0.97kg/m3（标准状态下）的即认为比空气重；气体密度小于0.97kg/m3（标准状态下）的即认为比空气轻。

⑩检测比空气轻的可燃气体或有毒气体的检测器，其安装高度宜高出释放源0.5--2m。

（2）可燃及有毒有害气体检测仪控制器的安装技术要求

①可燃气体控制器应安装在仪表室等非防爆场所，严禁安装在防爆场所。

②控制器无论何种安装方式，应确保固定牢靠，避免震动、灰尘和水，环境应符合仪器说明要求。

③控制器应采用相对清洁的电源，避免与大型电机设备使用同路电源。

④控制器应外壳接地或电源插头的地线接地。