石油化工装置可燃气体和有毒.docx

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石油化工装置可燃气体和有毒

石油化工装置可燃气体和有毒

气体报警系统设计体会

摘要:

可燃性气体和有毒气体报警系统在易燃易爆场合有着广泛的需求,也有大量的应用。

文章详细介绍了可燃性气体和有毒气体检测报警系统的组成、结构与特点,并介绍了检测器和报警器的选型及正确安装。

关键词:

可燃气体;有毒气体;检测器;报警器;报警系统

Abstract:

Thereisawidedemandandalsoalargenumberofapplicationsofdetection&alarmsystemforcombustibleandtoxicgasintheflammableandexplosivecircumstance.Theconfiguration,structureandfeaturesofthesystemareintroducedindetailaswellasdetaildescriptionaboutthemethodofselectionandcorrectinstallationofthedetectorandalarm.Keywords:

combustiblegas;toxicgas;detector;alarm;alarmsystem

引言

随着煤炭、化工、石油等行业的发展及可燃气体能源

（特别是天然气和液化气）的不断开发和应用，可燃气体与

人们生活密切相关。

这些气体若在生产、运输及使用过程

中发生泄漏，极易容易引起火灾，严重的会引起爆炸事故。

由于可燃气体极易挥发和扩散，在风力的影响下迅速扩

散，会形成爆炸危险区域；具有扩散迅速、事故突发性强、

危害范围广等特点。

采用可燃气体报警器及时检测空气中

可燃气体的含量，当可燃气体浓度达到报警器的阈值时，

报警器会发出警报信号，提醒人们采取必要的安全措施，

从而可以降低事故的发生率。

1可燃气体报警器的分类及检测对象

1.1可燃气体报警器的分类

1.1.1按照使用环境的不同，可以分为：

①家用可燃气

体报警器（燃气报警器）：

为防止煤气爆炸和煤气中毒事故

的发生，主要用于家庭煤气泄漏的检测。

②工业用气体报

警器：

包含工业用便携式可燃气体报警器和工业用固定式

可燃气体报警器。

便携式可燃气体报警器集探测器和控制

器为一体，由现场工作人员手持用，小巧灵活，便于携带，

但是不能与其他设备连接。

工业用固定式可燃气体报警器

由探测器和控制器组成。

可燃气体传感器为探测器的核心

部件，用来检测空气中可燃气体的浓度并将其转换成电信

号，常置于可燃气体最容易发生泄露的地方。

控制器接收

来自探测器的电信号，由于电信号的强度与气体浓度成正

比例关系，当浓度达到临界值时，对应的电信号也达到报

警点，从而发出报警信号，可以自动驱动排气扇、电磁阀等

外联设备做相应的安全措施。

1.1.2按照传感器的不同，可以分为：

①热导式可燃气

体报警器：

适用于热导系数较高的气体（如氢气）；由于不

同气体的热导系数和热传导速率不同，当气体以稳定的速

度进入仪器，当被测气体的浓度发生变化时，报警器内的

铂热电阻丝的阻值也会随之变化。

接着通过电桥将阻值信

号转换为电信号，通过放大、温度补偿及线性化得到测量

值。

②红外式可燃气体报警器：

适用于大部分的碳氢化合

物；根据不同气体吸收波长不同的原理制成，优点是反应

灵敏、抗中毒性好；缺点是成本高、结构较为复杂。

③催化

燃烧式可燃气体报警器：

适用于各种蒸汽和可燃气体；采

用惠斯通电桥原理，环境中的可燃气体与感应电阻发生燃

烧，使感应电阻的阻值发生变化，打破了报警器内电桥的

平衡状态，电桥会输出一个与可燃气体浓度成正比的电压

信号。

优点是定量检测、不易产生误报、反应准确、选择性

好、稳定性好、控制可靠等，对于大部分可燃气体的检测都

适用。

④半导体式可燃气体报警器，适用于CO、CO

2

、甲烷、

乙烷等众多气体的检测，利用电导率随环境不同而发生改

变的原理制成的，通过电流变化来激发报警器电路。

优点

是反应灵敏、价格低廉；缺点是受环境影响大，稳定性较

差，测量精确度较低。

1.2可燃气体报警器的检测对象可燃气体是可燃气

体报警器的主要检测对象，包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙

烯、丙烯等有机气体和氢气等无机气体。

当氧气或空气与

可燃气体混合达到一定体积分数时，在遇到明火的情况下

会发生爆炸现象，达到发生爆炸所需体积分数的最小值称

为爆炸极限，在可燃气体报警器中测量单位是用%LEL来

表示的。

例如某气体报警器的100%LEL显示表示的是这

种气体发生爆炸所需的最低的体积分数。

2可燃气体检测报警系统

2.1可燃气体检测报警系统的技术性能①可燃气体

检测报警系统检测器的输出信号可选用触电信号、数字信

号、毫伏信号或毫安信号；且应该具有记录历史事件的功

能。

②可燃气体检测报警系统的技术性能应该符合《可燃

气体探测器》、《作业环境气体检测报警仪通用技术要求》

的相关规定。

2.2可燃气体检测报警系统检测器的选用①选用的

标准应该根据生产环境、被测气体的特性、检测器技术性

能的要求来选择。

②对于氢气，可选择半导体、热传导型、

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作者简介：

吴珂（1963-），男，浙江绍兴人，浙江省安全生产科学

研究院副院长，浙江省安全工程与技术重点实验室副

主任，高级工程师，研究方向为安全生产基础理论和

检测检验方法。

简述可燃气体报警器的检测和应用

DetectionandApplicationofCombustibleGasAlarm

吴珂WUKe；黄武HUANGWu；夏一峰XIAYi-feng

（浙江省安全生产科学研究院，杭州310012）

（ZhejiangSafetyScienceResearchInstitute，Hangzhou310012，China）ValueEngineering

催化燃烧型检测器；CO、氨气、H

2

S等气体选用半导体型或

电化学型检测器；对于单一组分的可燃气体选用热传导型

检测器；在高腐蚀性或缺氧场所选用红外气体检测器；光

气选用红外线或电化学型检测器；氯乙烯选用光致电离型

或半导体型检测器；烃类可燃气体选用红外线或催化燃烧

型检测器；当可燃气体中含有能使催化燃烧型检测元件中

毒的介质时，选用抗毒性催化燃烧型检测器。

3可燃气体报警器的检定

《中华人民共和国强制检定的工作计量器具管理办

法》中规定可燃气体报警器属于强制检定器具，需要实施

定周期定点强制检定，检定的周期在一年之内。

而且对于

可燃气体报警器的检定应该是逐项逐台检定合格后才允

安装使用。

3.1可燃气体报警器的检定介质作为被检测的可燃

气体一般是由多种气体混合构成的，因此可燃气体报警器

的检定介质采取哪种标准气体是值得探讨的问题。

《可燃

气体检测报警器》中做出了相应的规定，可以使用丙烷和

异丁烷作为检定可燃气体报警器的标准气体，但是在实际

使用过程中发现在使用这两种气体作为检定可燃气体报

警器的标准气体适用于通用仪器；对于非通用型仪器，使

用这两种气体作为标准气体会给企业带来不便且检测精

度低，因此在检定可燃气体报警器时应该尽量采用与被测

气体种类相同的标准物质，否则检测结果的准确度较低。

《可燃气体检测报警器检定规程》中规定标准物质的浓度

约为60%LEL、40%LEL、10%LEL及1.1倍报警设定点浓

度，浓度单位应与被检定仪器的表示单位一致，且标准物

质的扩展不确定度应该小于2%。

同时还规定可以采用

ISO公认的质量流量动态配气装置配置低浓度值气体作

为检定用的气体标准物质以满足不同被检定仪器的需要，

且在动态配气过程中被稀释的高浓度标准气体的定值不

确定度应该不大于1%。

3.2可燃气体报警器的通用技术要求检测可燃气体

报警器，要进行外观及通电检查，要求仪器名称、编号、制

造厂名称、型号、出厂时间、制造计量器具许可证及编号、

防爆标志、附件、制造厂商说明书等信息清楚齐全。

可燃气

体报警器的连接可靠，各按键和旋钮能够正常控制和操

作；在通电检查时，暴露在外面的可动部件能够正常使用

和工作，显示器件正确清晰。

对使用交流电源的仪器进行

首次检定的过程中，应该进行绝缘电阻检定，相、中连线对

地的绝缘电阻应该大于或等于20M欧姆。

3.3可燃气体报警器电源的检定通常可燃气体报警

器的供电电源是蓄电池或干电池，在仪器说明书中明确规

定了仪器所需的电量，因此确认仪器在正常工况下所需的

供电量是我们检定前需要做的工作之一。

可燃气体报警器

主要有采样泵、传感器、控制器几大模块组成，在正常工作

的情况下需要的电流较大，为传感器加热达到足够温度及

采样流量提供保证；若电源提供的电量过小，则会影响标

准气体的指示，导致采样流量过小，仪器对标准气体的反

应较慢，示值精确度低，响应时间偏大。

因此，若可燃气体

报警器使用的是不可拆卸的蓄电池，则应该及时补充电

流；若使用的是可拆卸的蓄电池或干电池，则应该采取稳

压供电的方式。

3.4可燃气体报警器响应时间的检定通常会根据不

同的环境和使用工况采用不同的设备和方法来检定可燃

气体报警器的响应时间，主要有两种方式：

①对讲机喊话、

人工喊话等方式：

在80m~150m左右且有墙、厂房隔离的

状况下，可以采用对讲机喊话，这是当前采用的主要方式，

优点是节省标准气体、检定数据准确、操作计时误差小；在

60m~80m的距离内，可以采用人工喊话、打手势等方式；

然后采用秒表即使。

但是这类方式在检定可燃气体报警器

响应时间过程中存在着明显的不确定性因素，从而影响检

定的准确性。

②观看主机控制系统数字变化的方式：

检定

人员对仪器的传感器进行喷气，流量控制在500mL/min左

右，并用秒表记录时间。

这种方式存在的主要问题是：

1）当

喷气引起主机控制系统数字变化的时间与检定人员观测

并启动秒表计时的时间有3~4s的误差。

2）当检测时达到

响应时间的时刻到检定人员知晓这一情况的过程同样存

在3~4s的误差，而在这3~4s的过程中，仍有标准气体喷

入仪器中，造成了不必要的资源浪费。

3）需要进行多次测

量然后取平均值作为可燃气体报警器的响应时间，造成了

标准气体的浪费。

通常情况下选取打开标气阀的时间作为可燃气体报

警器响应时间的起始计时点，但是由于受到气温低下、大

风等气候环境的影响，探头与标准气体的接触并不充分，

反应速度低，增加了响应计时时间，这里提出以显示器显

示变化数值时开始计时。

同样，对于响应时间的计时终止

时间，由于40%LEL值和60%LEL值存在不确定性，可以

设定一个固定值（如25%LEL或50%LEL）作为计时终止

时间，避免人工计算终止时间的麻烦。

4可燃气体报警器的应用

4.1监测空气中可燃气体的含量并起到报警作用。

将

可燃气体报警器的传感器安装在容易发生可燃气体泄露及

易燃易爆气体生产、储运和使用的场所，可以随时监测气体

中可燃气体的含量；当可燃气体发生泄漏达到阈值时，可燃

气体报警器发出警报并由控制器联动保护系统动作，如喷

淋、激活排风扇、自动切断电源等，有效避免事故的发生。

4.2当工作人员进入危险场所的设备、电缆沟、下水

沟及储藏危险物品密闭空间内进行操作或设备检修置换

后，可以使用便携式可燃气体报警器监测蒸汽、气体的浓

度，有助于提醒工作人员做出必要的个人防护措施。

4.3对于容器较多，管线较长，泄漏点隐蔽的场所，可

以采用固定式可燃气体报警器和便携式报警器来帮助寻

找泄漏地点。

固定式可燃气体报警器与计算机相连，可以

及时找到泄漏点，从而采取相应的措施来堵漏。

采用便携

式报警器可以检测蒸汽和可燃气体的浓度变化，从而发现

气体浓度较高的泄露源头，有效节省了时间和费用。

在石油化工装置生产中工艺介质的特性多数为易燃易爆或有毒有害,一旦发生泄漏并积聚在周围环境中,容易引起燃烧、爆炸、中毒,造成人员伤亡和生产设备毁坏等严重后果。

在石油化工生产装置中设置性能可靠的可燃气体和有毒气体报警系统,当发生泄漏并积聚在周围空气中的可燃气体和有毒气体达到极限值时发出报警,使工作人员可以迅速采取相应措施（如通风、停机等）,防止恶性事故的发生,增强生产装置的安全可靠性,保证工作人员的人身安全。

1可燃气体和有毒气体报警系统的构成

可燃气体和有毒气体报警系统的构成如图1

所示。

图1系统构成框图

当空气中含有可燃气体或有毒气体时,安装在现场的可燃气体或有毒气体检测器输出信号传送至报警器,检测器可输出信号包括4~20mA模拟信号、开关量信号及用于现场总线的脉冲信号。

报警器通过内部控制器的运算和逻辑判断,发出声光报警信号。

当某些生产装置的控制系统要求将可燃气体和有毒气体检测信号在DCS中进行报警显示或事件报警记录时,或者要求将可燃气体和有毒气体的检测信号引入SIS中进行联锁时,可以从报警器引出4~20mA信号或者开关量信号送入DCS和SIS系统。

为保证检测报警系统的可靠性,检测器应与报警器一对一相对独立设置,系统框图中所示的报警单元是独立设置的,与装置中其他仪表系统无关,在以后设计中宜尽量选用此种方式。

2关于可燃气体和有毒气体检测器

2.1选型

应选用安全、可靠、先进、适用的性能价格比合理的检测器,并且必须是经过国家指定机构及授权检验单位的计量器具制造认证、防爆认证和消防认证的产品。

根据被测介质的不同,选用不同测量原理的检测器,检测器的测量原理分三大类,如表1所示。

在设计中,在检测可燃气体时一般选用催化燃烧型检测器,注意在含有硫、磷、砷、卤素化合物的特殊场所应选用抗毒性催化燃烧型检测器或半导体型检测器。

在检测有毒气体时一般选用电化学式检测器。

氢气的检测宜选用电化学型或半导体型检测器。

碳氢类有机物检测可采用红外开路式碳氢化合物可燃气体监测器,其特点:

对碳氢类有机物泄

漏反应敏感,能够适应各种恶劣环境并免维护,它测量一个范围内的危险性,而不是一个特殊点的气体体积分数。

点式可燃气体检测器与之相比其缺点:

只有泄漏的可燃气体弥散到探头附近时,才能发出报警,可燃气体从泄漏到被探测器检测,需要一段时间,不能对集中型易泄漏点形成连续检测;报警反应有些滞后容易贻误时机,严重威胁安全生

产;点式检测器每年都需要检验标定一次,探头1~2a就需要重新更换,维护繁琐,运行成本较高。

而开路式红外线气体检测器可以对易燃气体集中型场所大范围内的泄漏物质及时检测并报警,实现在

大范围内快速准确检测到泄漏事件,这样不仅为岗位人员快速准确掌握泄漏情况,采取有效措施,处理险情争取到宝贵时间,而且还可以减少运行费用。

自动化水平较高的大型装置要求一切工艺参数在中央控制室集中监控,那么就要选择集中安装的报警器（系统）,报警器部分相关内容在后面的第3章详细介绍。

有些生产装置的某些部位有可能泄

漏极度（或高度）危害的有毒气体,有可能对现场巡检人员造成中毒危害,因此有必要在现场提醒现场巡检人员有毒气体泄漏的情况,在这种场合宜选用带就地显示的检测器,并且在现场配上声光报警。

检测器的主要性能指标。

工作电压:

24VDC;工作电流:

小于70mA;

功耗:

小于3W;检测误差:

不大于?

5%F.S;响应时间:

不大于30s;信号传输距离:

不大于1000m;工作环境温度:

-40~70e;工作环境湿度:

小于

95%RH;防爆等级:

dⅡBT6,dⅡCT6;防护等级:

IP67。

2.2安装

检测器安装位置确定十分重要,宜布置在气体释放源的最小频率风向的上风侧,可燃气体检测器的有效覆盖水平平面半径:

室内宜为7.5m,室外宜为15m,在有效覆盖面积内可设1台检测器。

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。

检测器安装高度可以根据被检测的气体与空气的相对密度来确定。

被检测气体密度大于0.97kg/m3（标准状态下）即认为比空气重,这时检测器的安装高度应距地坪（或楼地板）0.3~0.6m。

反之,被检测气体密度小于0.97kg/m3（标准状态下）即认为比空气轻,这时检测器的安装高度宜高出释放源0.5~2m。

另外在整个厂房内部最高点易于积聚可燃气体的地方设置检测器。

最后还有一些注意事项,检测器安装位置应该避免阳光直射和远离灰尘环境,在恶劣的环境下使用检测器时应加装保护设施,应尽可能避免在发射塔、雷达、卫星接收站旁边及机械振动很大的地方安装检测器。

3关于可燃气体和有毒气体报警器

3.1选型[1]

报警器可以是仪表盘安装的单元仪表,也可以是专用的数据采集系统。

报警器至少应具有信号设定、信号显示、闪光报警3个基本功能。

多点式报警器应具有相对独立、互不影响的报警功能,并能区分和识别报警场所位号。

报警器的主要性能指标。

显示方式:

LED显示;显示精度:

+1个字;报警方式:

声光报警;工作环境温度:

10~45e;工作环境湿度:

小于90%RH;工作电压:

220VAC（UPS供电）。

在这里特别介绍一下多点插卡盘装（壁挂）式气体报警控制器,它可以接2~12路检测器,每点通道和现场检测器一一对应、互相独立,其他通道或检测器故障对本通道没有任何影响,每路通道可输出4~20mA信号与上位机或记录仪连接,也可提供两路继电器干接点输出,只需一路220VAC供电,每路通道都会以三线制或四线制方式在接受4~20mA信号同时为现场检测器提供24VDC电源。

在设计中可以多采用此种报警控制器,性能可靠,安装方便。

3.2报警值设定

当可燃气体与空气混合时,将形成空气可燃气混合气体,根据混合气体中可燃气体的体积分数,可将混合气体分成3个区域）））欠量区、爆炸

区、富量区,爆炸区的下限值称为最低爆炸极限,写作LEL,上限值称为最高爆炸极限,写作UEL。

对于可燃气体的一级报警设定值小于或等于25%LEL,对于可燃气体的二级报警设定值为40%LEL,可以适当调整但不能超过50%LEL。

车间空气中有害物质的最高允许体积分数值,

写作TLV。

对于有毒气体的报警设定值宜小于或等于1TLV,当试验用标准气调制困难时,报警设定值可为2TLV以下。

3.3安装

报警器应安装于安全区内,可安装于装置的中心控制室内,若装置内除中心控制室外有其他现场操作室,宜安装于此操作室内,并可根据工艺需要,再将报警信号转送至中心控制室。

若报警器必须安装于危险区内,则可以采用全隔爆式可燃气体报警控制器（比如北京瑞普韦尔仪表有限公司生产的GDAW-2000AX型全隔爆式可燃气体报警控制器）。

在大型装置中,若报警器选用单元仪表,因为可燃气体或有毒气体的检测点较多,则在控制室选用仪表盘集中安装报警器。

报警系统也可以是专用的数据采集系统。

若检测点较少,则可选用壁挂式仪表箱安放报警器。

4设计中的选型事例

在碳酸乙烯酯中试装置中,生产碳酸乙烯酯的主要原料是环氧乙烷,环氧乙烷即是可燃气体又是有毒气体（属高度危害）,根据工艺专业要求设置了9个有毒气体检测器,检测器选用了电化学式的测量原理,报警器选用了墙挂式的单元仪表,构成了检测器和报警器一一对应的独立报警系统。

由于装置操作的难度和危险性,工艺专业要求设置4点

有毒气体检测参与联锁停车,那么就可以从报警器输出开关量信号送到装置的安全仪表系统（SIS）参与联锁停车,保证装置的安全运行。

5结束语

在现代化工装置中已经广泛应用了可燃气体和有毒气体报警系统,从而保证了生产人员的人身安全和化工装置的生产安全,对增加装置的经济效益起了一定的作用。

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