摘 要：
剖析了乙炔氣體的火災(zāi)爆破風(fēng)險性, 結(jié)合國內(nèi)乙炔可燃?xì)怏w勘探器運(yùn)用現(xiàn)狀, 經(jīng)過乙炔氣體勘探的各種常用傳感器優(yōu)缺點(diǎn)的比照, 提出乙炔場所的可燃?xì)怏w勘探器選型及裝置運(yùn)用的對策。
乙炔氣是工業(yè)出產(chǎn)的重要質(zhì)料, 廣泛應(yīng)用于焊接切割作業(yè)上, 一起也廣泛應(yīng)用于化工行業(yè), 如合成樹脂、合成橡膠、合成纖維和有機(jī)溶劑等。但乙炔的化學(xué)性質(zhì)極為生動, 能與許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響, 衍生出上千種有機(jī)化合物。乙炔的出產(chǎn)、貯存和運(yùn)用屬于甲類火災(zāi)風(fēng)險性類別, 火災(zāi)風(fēng)險性大, 因此防火防爆問題十分重要。
現(xiàn)在, 雖然在一些乙炔的出產(chǎn)、充裝和貯存站 (場) 都設(shè)置了一些勘探乙炔的可燃?xì)怏w勘探器, 但從近幾年消防檢查狀況看, 設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況不是很抱負(fù)。本文全面剖析了乙炔氣體勘探的火災(zāi)爆破風(fēng)險性、乙炔可燃?xì)怏w勘探器在運(yùn)用過程存在的首要問題, 經(jīng)過比照幾類乙炔氣體勘探常用傳感器優(yōu)缺點(diǎn), 討論乙炔可燃?xì)怏w勘探器的選型及裝置運(yùn)用問題。
1 乙炔的火災(zāi)爆破風(fēng)險性
乙炔又名電石氣, 分子式C2H2, 分子量26.04。純乙炔是無色無味的氣體, 工業(yè)用的乙炔因含有硫化氫 (H2S) 和磷化氫 (PH3) 等雜質(zhì), 故具有特別的刺激性臭味和必定毒性。乙炔微溶于水, 能溶于苯、汽油, 易溶于丙酮 (C3H6O) 。因?yàn)橐胰簿哂刑继既I化學(xué)結(jié)構(gòu), 化學(xué)性質(zhì)十分生動, 能發(fā)生聚合、分化、加成、替代等反響, 所以容易發(fā)生火災(zāi)爆破。乙炔氣體的火災(zāi)爆破風(fēng)險性:
(1) 爆破極限規(guī)模寬。乙炔的爆破極限很寬, 在空氣中的爆破極限為2.5%~100%, 是各類風(fēng)險品中爆破極限最寬的一種。
(2) 焚燒能量低。乙炔的焚燒能量在各級風(fēng)險物品中也是最小的, 在常壓下其濃度為7.73%時, 乙炔與空氣的混合氣體, 最小焚燒能量是0.02 m J;乙炔與氧氣的混合氣體, 最小焚燒能量只有0.000 3 m J。
(3) 與空氣混合物的自燃點(diǎn)比較低。乙炔的自燃點(diǎn)隨著濃度和壓力的改變而改變, 乙炔的濃度越高, 壓力越大, 自燃點(diǎn)越低。
(4) 生成風(fēng)險性金屬炔化物。乙炔與多種金屬觸摸能生成風(fēng)險的金屬炔化物, 如乙炔和固體的銀觸摸后, 在銀的外表會生成乙炔銀, 乙炔銀具有炸藥的全部特性, 在金屬炔化物中, 它的爆破威力最大;乙炔和固體的銅長時間觸摸也會生成極易爆破的乙炔銅。
2 乙炔可燃?xì)怏w勘探器在運(yùn)用中存在的首要問題
現(xiàn)在在乙炔出產(chǎn)場所、充裝和貯存站 (場) 的氣體勘探器首要存在失效快、丈量值不穩(wěn)定和對乙炔氣體無反響等首要問題。
(1) 現(xiàn)場的乙炔可燃?xì)怏w勘探器失效快。依據(jù)現(xiàn)場檢查和用戶反響, 裝置在現(xiàn)場的乙炔可燃?xì)怏w勘探器失效很快, 一般裝置后一二個月就失效了。
(2) 現(xiàn)場的乙炔可燃?xì)怏w勘探器丈量差錯大。裝置在現(xiàn)場的乙炔可燃?xì)怏w勘探器對乙炔氣體勘探的丈量值不穩(wěn)定、差錯大, 無法正常運(yùn)用。
(3) 對其他氣體運(yùn)轉(zhuǎn)正常, 對乙炔氣體沒有反響。現(xiàn)場裝置的乙炔可燃?xì)怏w勘探器, 運(yùn)用甲烷氣進(jìn)行測驗(yàn)時, 運(yùn)轉(zhuǎn)正常, 運(yùn)用乙炔氣規(guī)范氣進(jìn)行測驗(yàn)沒有反響。
3 乙炔氣體勘探的常用傳感器比照
乙炔氣體濃度勘探的傳感器首要有催化焚燒傳感器、半導(dǎo)體傳感器、紅外NDIR傳感器、紅外光聲傳感器、電化學(xué)傳感器、氣相色譜傳感技能等, 因?yàn)閼?yīng)用場所、精度和本錢等要素, 現(xiàn)在乙炔可燃?xì)怏w勘探器首要選用催化焚燒傳感器、半導(dǎo)體傳感器和紅外NDIR傳感器, 下面對這三類傳感器在乙炔氣體勘探中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比照。
3.1 催化焚燒傳感器
催化焚燒傳感器由檢測元件和補(bǔ)償元件構(gòu)成。檢測元件是由鉑絲繞制成線圈, 在線圈外涂由氧化鋁-氧化硅組成的膏狀涂覆層, 必定溫度下燒結(jié)成球狀多孔體, 將燒結(jié)后的小球浸漬貴金屬鉑、鈀等的鹽溶液, 再高溫處理, 使在氧化物載體上形成貴金屬催化層, 最終封裝成元件;補(bǔ)償元件和檢測元件的區(qū)別是沒有催化層。
當(dāng)可燃?xì)怏w (如甲烷、乙炔等) 在檢測元件外表無焰催化焚燒, 焚燒熱使檢測元件的鉑絲溫度升高, 電阻值相應(yīng)增大, 其發(fā)熱量與可燃?xì)怏w的濃度成正比?？諝庵锌扇?xì)怏w的濃度越大, 焚燒發(fā)生的焚燒熱越多, 鉑絲的溫度增高越大, 其電阻值添加的越多。只需測定檢測元件鉑絲的電阻改變值, 就可檢測空氣中可燃?xì)怏w的濃度。
現(xiàn)有技能的催化焚燒型氣體傳感器作業(yè)原理如圖1所示:檢測元件和補(bǔ)償元件串聯(lián), 和外圍電路構(gòu)成惠斯通電橋。
圖1 催化焚燒氣體傳感器惠斯通電橋作業(yè)原理 下載原圖
依據(jù)所用的催化劑等配方不同, 又細(xì)分為抗中毒型催化傳感器、普通型催化傳感器, 抗中毒催化傳感器外表有抗中毒的多孔涂層, 在遇到乙炔氣發(fā)生的積碳時, 因?yàn)槎嗫淄繉硬灰妆环e碳所掩蓋, 不會很快失效。普通型催化傳感器沒有抗中毒涂層, 遇到乙炔氣體后, 發(fā)生積碳, 很快失效。
因?yàn)榇呋瘎┖蜌怏w吸附機(jī)理不同, 有些催化傳感器對甲烷有反響, 對乙炔氣體沒有任何反響。
3.2 電阻式半導(dǎo)體傳感器
將金屬半導(dǎo)體氧化物資料 (MOS) 做成多孔燒結(jié)體或涂層, 在必定條件 (溫度) 下, 被測氣體到達(dá)半導(dǎo)體外表, 與吸附在半導(dǎo)體外表的氧, 發(fā)生化學(xué)反響的過程中隨同電荷轉(zhuǎn)移, 引起半導(dǎo)體電阻的改變, 經(jīng)過丈量半導(dǎo)體電阻的改變實(shí)現(xiàn)對氣體的檢測。吸附氧在氣敏資料外表被氧化為O2 (ad) , O- (ad) , O2- (ad) 三種吸附態(tài), 如圖2所示。
常見結(jié)構(gòu)有直熱式 (又稱內(nèi)熱式) 和旁熱式, 傳感器由基體資料 (靈敏資料燒結(jié)體) , 加熱絲和丈量電極組成。這種傳感器勘探乙炔時, 線型度很差, 容易休眠, 易受環(huán)境溫度、濕度的影響, 丈量的準(zhǔn)確性很差。
圖2 在氣敏資料外表被氧化的三種吸附氧形狀 下載原圖
3.3 紅外NDIR傳感器
紅外非色散紅外傳感器 (Non-Dispersive InfraRed, NDIR) , 根據(jù)不同氣體分子的近紅外光譜選擇吸收特性, 利用氣體濃度與吸收強(qiáng)度關(guān)系 (朗伯-比爾Lambert-Beer定律) 鑒別氣體組分并確定其濃度的氣體傳感裝置, 由紅外光源、光源調(diào)制驅(qū)動器、充氣濾波氣室 (或者光學(xué)濾波窗) 、丈量氣室和勘探器組成。其原理如圖3所示。
圖3 NDIR氣體傳感器原理圖 下載原圖
紅外NDIR乙炔傳感器能夠丈量乙炔氣體濃度, 并且不會發(fā)生積碳中毒, 缺點(diǎn)是本錢高, 易受環(huán)境溫度、濕度影響。易受灰塵影響, 因?yàn)橐胰渤霎a(chǎn)場所、乙炔充裝和存儲場所通常是半開放空間, 這樣, 紅外NDIR乙炔傳感器經(jīng)常會呈現(xiàn)漂移的狀況。
4 乙炔可燃?xì)怏w勘探器的選用和裝置運(yùn)用
經(jīng)過上述乙炔勘探技能剖析, 依據(jù)國內(nèi)一些乙炔充裝貯存站的統(tǒng)計資料, 現(xiàn)在乙炔場所氣體勘探器存在的首要問題是因?yàn)檫x用的傳感器不適合形成的, 大部分選用普通催化焚燒傳感器和半導(dǎo)體傳感器。普通催化傳感器有些對乙炔氣體沒有反響, 有些觸摸了乙炔氣體后, 傳感器靈敏元件上發(fā)生積碳, 形成傳感器失效, 從而導(dǎo)致勘探器的失效。半導(dǎo)體傳感器勘探乙炔氣體的線性度很差, 量程小, 會有休眠狀況, 易受溫度和濕度影響, 選用半導(dǎo)體傳感器丈量乙炔的氣體勘探器在實(shí)踐應(yīng)用中首要表現(xiàn)在丈量值誤差大、重復(fù)性差、溫濕度改變時丈量值誤差大, 這些問題導(dǎo)致不能真實(shí)反映乙炔氣體的泄露狀況, 存在不報或誤報的可能。
綜上所述, 主張在乙炔出產(chǎn)、充裝和存儲等場所選用、測驗(yàn)和運(yùn)用可燃?xì)怏w勘探器時, 應(yīng)把握以下幾點(diǎn):
(1) 乙炔可燃?xì)怏w勘探器的規(guī)劃要滿足GB50493-2013《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警規(guī)劃規(guī)范》的要求。
(2) 選用抗中毒催化傳感器或紅外NDIR傳感器, 如濱海濕度大的區(qū)域, 首選抗中毒催化傳感器。
(3) 丈量乙炔的可燃?xì)怏w勘探器量程為0~100%LEL (乙炔LEL=2.5%VOL) , 首要丈量規(guī)模為10%LEL~60%LEL
(4) 丈量乙炔的可燃?xì)怏w勘探器防爆等級應(yīng)不低于ExdⅡCT2。
(5) 勘探器裝置后, 檢驗(yàn)測驗(yàn)規(guī)范氣主張選用30%LEL或60%LEL的乙炔規(guī)范氣進(jìn)行測驗(yàn), 不得運(yùn)用甲烷等其它可燃?xì)馓娲胰矚怏w。
(6) 因?yàn)橐胰矚獾姆e碳等影響, 勘探器零點(diǎn)易受到影響, 呈現(xiàn)零點(diǎn)不穩(wěn)定等現(xiàn)象, 運(yùn)用單位需每半年進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)。
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