可燃气体探测器（精选八篇）
可燃气体探测器 篇1
国家标准GB50116-1998《火灾报警系统设计规范》中规定凡使用管道煤气或天然气的场所, 均宜安装点型可燃气体探测器[1], 因此, 民用建筑的厨房大量使用点型可燃气体探测器, 用于探测民用燃气 (天然气、液化气、人工煤气) 的泄漏[2]。
图1是一种典型的点型可燃气体探测器 (以下简称为探测器) 原理图。其电源具有极性, DC/DC变换
该类探测器的报警动作值[3]为固定设定值, 校准时需将探测器置于浓度为报警动作值的气体配比箱内, 先测量传感器输出电压, 再通过电位器调节比较器门限。
该类探测器在应用中存在一些问题:报警动作值固定无法调整;不能将探测到的气体浓度传送至控制器;生产中报警动作值标定过程复杂、精确度差、效率低。电源、传感器出现故障时控制器无法进行监测;探测器的电源功耗大, 上电冲击大。
模拟量点型可燃气体探测器的电路设计
针对现有探测器存在的缺点, 设计开发了一种模拟量点型可燃气体探测器。主要特点:报警动作值校准精确;能以模拟量方式传送气体浓度;功耗低、上电冲击小。模拟量探测器电路原理框图、电路图见图2、图3。
总线信号收发电路
VD4-VD7组成的桥路实现总线接线无极性, 防止因接错线造成器件损伤。R8、R9和自恢复保险丝F2构成限流器件, F2位于桥路前端, 桥路出现故障或短路时进行限流, 过载消除后F2自动恢复导通。
二极管VD8、R10、C11、C12构成整流电路, 将报警总线上脉动电压整流成直流电压供稳压电路使用。串联稳压电路由R16、稳压管VZ1、VT3、C13组成, 输出7V电压。
信号耦合电容C10、R11、电平转换电路、光耦N3构成信号接收电路, C10将报警总线上脉动电压信号耦合至电平转换电路。R12、R13、R17、VD9、VT2、光耦N3、R18组成电平转换电路, 将幅度为24V的信号经光耦隔离转换成幅度5V的信号送单片机, 接收控制器发送的报警动作设定值等信息。
R14、R15、R35、VT1、光耦N4构成返回信号电路。当向控制器返回故障、气体浓度信息时, 单片机控制N4导通、截止, 通过R35将报警总线上电压拉低、变高产生相应的应答信号。
电源电路
R1、R2起限流保护作用, F1当后续电路出现过载或短路时起保护作用, TVS二极管VD1对输入电压进行钳位。桥块VB1实现电源线无极性。
R3、R5-R7、C1-C5、DC/DC变换控制电路N1、L1、VD3、VT7构成传感器电源电路。N1采用34063, 与限流电阻R3、振荡电容C3、电感L1、续流二极管VD3、输出电压调整电阻R6、R7、输出滤波电容C4、C5组成典型的降压DC/DC变化电路, 振荡频率在20kHz, 输出电压为5V供传感器使用。R5、R19、R32、VT7组成传感器电压控制电路, 单片机检测到气体浓度未超限时控制VT7导通时将R5、R7并联, 改变与R6的分压比, 使输出电压降低至3V, 探测器功耗降低40%左右。
R4、DC/DC变换器N2、C6-C9构成单片机电源电路。R4起限流保护作用, N2输出DC 5V电压供单片机使用。此路独立5V电源保证了在传感器电源电路发生故障时单片机仍可与控制器通讯, 并发送故障信息, 避免了单片机与传感器共用电源造成电路完全瘫痪、传感器加热丝大电流对电源的干扰等问题。
单片机及外围电路
D1采用microchip公司的高性价比单片机PIC16F684, 具有2k的FLASH程序存储器,
256B的片内EEPROM, 128B的SR AM, 10位A/D通道8个, 可在线编程。D1的捕捉口CCP1用于对输入总线信号进行解码, 比较输出端口C2OUT用于输出返回应答信号、数据。
单片机使用内部RC振荡器, 节省了外部晶体和振荡电容的使用。单片机内部EEPROM用于存储探测器唯一序列号及编码、报警设定值等。上电复位电路由R21、C15组成, VD10限制RESET端电压, 掉电后对电容C15进行快速放电, 保证下一次复位的可靠性。
气体浓度检测电路
R22、C18、三极管VT4构成加热丝通断控制电路, 探测器上电后VT4不导通, 加热丝不消耗电流。
气体传感器MQ在取样电阻R24产生与气体浓度成正比的输出电压, R23、C17组成RC滤波电路对取样信号滤波后送单片机的AN6进行A/D转换。
温度检测补偿电路
气体传感器存在高温灵敏、低温迟钝的特性, 如不进行温度补偿在不同的温度响应差别很大, 图1所示传感器 (MQ-4) 在不同温度下响应见表1。因图1中的温度补偿电路是非线性的, 对温度无法精确测量, 本设计中设置温度检测电路对报警动作值进行补偿, 实现效果见表1。
NTC热敏电阻R26、电阻R27-R28、C20构成温度检测电路。R26与R27并联后再与R28串联, 实现温度传感器探测的温度—输出电压线性对应[4], 输出信号送单片机的AN7进行A/D转换。
当温度传感器发生短路、断路时, A/D转换值出现异常, 单片机发送相应的故障信息。单片机先对温度进行采样, 并根据温度对报警门限进行相应的调整, 以20℃为基准温度, 查表后乘相应的系数。
模拟量点型可燃气体探测器报警动作值的标定
模拟量探测器报警动作值的标定采用自动校准方式, 报警动作值上限、下限分别为AV上、AV下。在基准环境温度下将待标定探测器置于内部气体浓度为AV上、AV下且均衡的气体配比箱内, 由自动校准装置分别发出校准指令1、2, 单片机将传感器采样值 (检1、检2) 存储在内部EEPROM中。
单片机根据采样值的差值计算出变化速率, 当自动校准装置设定报警动作值为AV后, 单片机自动计算出对应报警点的采样值门限[5]。计算公式如下:
自动校准装置将所有探测器的报警动作值设置在上/下限的中间, 使模拟量探测器具有很好的一致性。工程实际使用时可根据现场环境分别设置报警动作值, 灵活使用。
模拟量点型可燃气体探测器的工作时序
当单片机与控制器通讯成功后控制VT4导通, 加热丝进行3分钟预热。上电后探测器根据自身的地址依次顺序控制传感器加热丝工作, 避免了所有探测器同时工作造成的电流冲击。模拟量探测器的流程图见图4。
单片机在接收到控制器的巡检命令后通过V15控制传感器电压恢复至5V, 再间隔1个巡检周期后进行采样, 将转换后的模拟量通过总线发送给控制器。单片机根据设定的报警动作值查找对应采样值报警门限, 如采样值超过门限则以3秒间隔再连续采样两次,
均超过门限时确认报警并发送报警信息。当传感器出现短路、断路故障时, A/D转换值出现异常, 发送相应的故障信息同时断开加热丝电压。
结束语
模拟量点型可燃气体探测器的电源电压调整控制、加热丝通断控制设计实现了探测器功耗降低40%、上电冲击电流小;报警动作值的自动校准技术实现了探测器报警动作值连续可调、标定精确简便, 一次可标定64只探测器;单片机对气体传感器输出的A/D采样、温度线性化检测电路结合补偿算法实现了探测器以模拟量方式传送气体浓度、对传感器进行精确温度补偿。
本设计已获得实用新型专利, 并通过国家消防电子产品质检中心的型式认可检验, 从2010年7月开始批量投放市场, 在东营盛世龙城小区、青岛爱丁堡国际公寓等上百个工程中成功应用, 运行稳定可靠, 达到了预期设计效果。
摘要：本文简要介绍了点型可燃气体探测器的技术现状, 详细分析了模拟量点型可燃气体探测器的电路设计原理, 并对探测器的报警动作值自动校准原理、工作时序进行了说明。
关键词：点型可燃气体探测器,总线,温度补偿,报警动作值,校准
参考文献
[1]GB50116-98火灾自动报警系统设计规范[S].1998
[2]葛晓辉, 孙峻岭.火灾报警系统中家用可燃气体探测器的选型及使用[J].智能建筑电气技术, 2004, 4:51-54
[3]GB15322.1-2003测量范围为0~100%LEL的点型可燃气体探测器[S].2003
[4]孙峻岭.智能感温火灾探测器的温度检测电路[J].安徽电子信息职业技术学院学报, 2007, 6:128-129
氨气气体探测器检定的不确定度评定 篇2
关键词：氨气气体探测器；示值误差；不确定度；评定
1 概述
随着液氨的广泛应用，近几年，有些企业疏于管理或管理不善，由于氨泄露引起的安全生产事故时有发生。为防止因液氨泄露引起的中毒及爆炸对国家和人民生命财产造成的危害，在液氨使用单位的作业场所都安装有液氨泄露报警系统，在企业安全生产过程中发挥了极其重要的作用。液氨泄露报警系统主要设备包括氨气气体探测器和报警控制器，它可以不间断地监测空气中氨气的浓度，当被测场所存在一定浓度的氨气时，氨气探测器将氨气转换成电压信号或电流信号传送到控制器，控制器会显示氨气的浓度值，当达到设定报警浓度值时报警控制器随即发出报警信号和动作指令，以确保生产现场管道阀门的及时关闭和人员的及时疏散。由此可见，氨气气体探测器的准确性是极为重要的，这就要求对氨气气体探测器进行定期的检定。
1.1 检定依据。JJG693-2011，《可燃气体检测报警器》；HG/T2359-92，《电化学式有害气体检测报警仪》。
1.2 环境条件。环境温度，15-35℃；环境湿度，≤80%RH；通风良好，无干扰被测气体。
1.3 检定方法。气体探测器电源打开预热，使其进入稳定工作状态，在清洁的空气中校正气体探测器零点后，把标准气体通入被检气体探测器，读出相应的指示值，计算指示值与标准气体浓度值之差，以判定仪器的准确度。
1.4 数学模型
根据规程：E=I-L
式中：E——气体探测器示值误差，（ppm）；
I——气体探测器的显示值，（ppm）；
L——标准气体的标准值，（ppm）。
1.5 方差和传播系数
U（E）=
U（I）+
U（L）
传播系数：=1；=1
则：U（E）=U（I）+U（L）
2 各不确定度分量的评估
以成都鑫豪斯电子探测技术有限公司的XP3000（NH3）气体探测器为例：传感器类型，电化学式、扩散型采样，液晶显示方式，测量范围0-500ppm，示值误差±5%FS，分辨率1ppm；对探测器量程60%，即300ppm浓度点进行检定。
标准气体为南京特种气体厂有限公司的300ppm的氨气，相对不确定度为2%，包含因子k=2。检定时传感器探头上套上通气罩，气体流量调至500ml/min。
检定结果不确定度来源于标准气体、气体探测器检验的读数及重复性、环境温度影响等方面，即，标准气体浓度的不确定度、气体探测器的指示分辨率引入的不确定度、重复性检验引入标准的不确定度以及环境温度变化引入的不确定度。
2.1 标准气体的标准不确定度U（L）
标准气体的浓度为300ppm，相对不确定度2%，包含因子k=2，则
U（L）==3（ppm）
2.2 气体探测器的指示分辨率引入的不确定度U1（I）
气体探测器为液晶显示方式，分辨率为1ppm，按均匀分布考虑， k=；则
U1（I）==0.29（ppm）
2.3 检定重复性引起的标准不确定度U2（I）
使用300ppm的氨气标准气体进行重复性检定测试，重复10次测量值如下：
（301，302，302，303，302，302，301，303，303，302）ppm
则：=
=302.1（ppm）
S==0.78ppm
式中：S——单次测量的实验标准误差；
——10次测量的平均值；
Ci——第i次测量的示值。
则：U2（I）===0.25（ppm）
2.4 环境温度的影响
假设检定在短时间内完成，环境温度的影响忽略不计。
2.5 标准不确定度汇总表
[不准确度分量＼&标准不确定度＼&备注＼&①标准气体的标准不确定度U（L）＼&3ppm＼&＼&②气体探测器的指示分辨率引入的不确定度U1（I）＼&0.29ppm＼&②、③两者比较取数值大者＼&③检定重復性引起的标准不确定度U2（I）＼&0.25ppm＼&④环境温度的影响＼&忽略不计＼&＼&]
2.6 合成标准不确定度UC（E）
UC（E）==≈3.0（ppm）
3 扩展不确定度
取包含因子k=2，于是U=kUC（E）=2×3.0=6（ppm）
4 检定结果不确定度报告与表示
氨气气体探测器在300ppm的浓度点，测量值为302.1ppm，扩展不确定度为：U=6ppm，k=2。
参考文献：
[1]JJG693-2011.可燃气体检测报警器.
浅谈可燃气体探测预警系统 篇3
近年来, 我国国内也发生了许多类似的可燃气体泄漏事故, 典型的2006年3月13日, 我国某化工集团在山东的可燃气体池渗漏、爆炸, 事故当场造成2人死亡, 超过10人受伤, 事故直接经济损失高达40多万元;2010年7月28日在南京某塑料工厂也因为可燃气体管道破裂漏气, 导致火灾, 直接导致一些人员的死亡;在国外, 也有类似的事故, 2013年7月29日, 佛罗里达类似可燃气体爆炸发生, 丙烷装置称为“蓝色犀牛”的天然气泄漏爆炸, 现场7人重伤。可以看出, 尽管所有的企业和人员理解可燃气体的危险, 但总是难以避免事故。因此, 对于可燃气体的安全问题变得更加严重, 无论在可燃气体的存储还是气体运输车辆, 必须建立安全可靠的安全应急措施, 可以通过安全、先进、可靠的检测设备, 协助完成预防, 完全消除危险, 确保国家和人民的人身和财产安全。
可燃气体报警系统便是屈于这样一类能够自动监测可燃气体安全性的工具。在《屮华人民井和国强制检定的工作计量器具目录》中, 在计量器具管理类别中, 明确地将可燃气体报警控制器纳入之内, 这种控制器的特点是构造简单, 操作方便, 无污染。但根据国内电流控制器的现状, 大量的可燃气体报警控制器使用很长一段时间, 线老化, 甚至一些技术从来没有国家测试标准, 导致了主动报警正确性非常不稳定, 带来了潜在的危险。因此, 借助先进的技术来开发一个稳定的性能和可靠的监测可燃气体在控制系统是十分必要的。在这样的背景下, 本文的新型可燃气体报警控制系统开发就显得尤为有重要。
2 可燃气体的探测报警系统及其工作的原理
2.1 可燃气体的探测报警系统
所谓的可燃气体的检测报警系统归属于火警的报警系统这一类, 其具有火灾的报警系统以及单独的子系统的功能。可燃气体泄漏的预警系统的组成主要包括:可燃气体的探测器、可燃气体的报警控制器这两大方面, 探测可燃气体的感应器的报警条件就是通过对声、光等相关的报警信号的接受, 之后对报警器发送出一个报警的指令, 之后报警的信息设备会将报警的相关信息进行记录并保存。探测可燃气体设备对于可燃气体的泄漏是可以应对自如的, 对可燃气体的报警以及控制设备能够自动。
2.2 系统的工作原理
发生可燃气体泄漏, 现场安装的探测器上的保护区可根据可燃气体泄漏的浓度参数将其转化成电信号, 系统再通过对给出的电信号进行分析以及处理, 将相关的信息通过报警控制器进行传输;若超出了警戒的范围, 探测可燃气体的系统的内部网络系统会向消防部门直接发出火警信号。报警系统自动会生成燃气泄漏的主要物质、浓度、报警时间、范围等相关信息。同时, 现场安装的报警装置, 会发出报警的信号, 警告人员采取相应措施。
2.3 系统适合可用的场所
检测可燃气体的报警系统的主要用途就是当发生聚集或产生可燃性的气体或者是可燃性液体的蒸气在发生爆炸之前发出相关的警报, 让人们有充分的时间逃离现场或者采取相关的措施, 从而减少财产、生命的损失。
3 探设计测可燃气体报警系统的思路以及原则
3.1 设计的思路
探测可燃性气体机器可以将环境李可燃气体的浓度进行检测, 并具有相关的报警防盗功能, 组成报警器的主要构件有:探测外部气体的信号器, 探测信号的处理分析电路、控制单片机的电路、内部电路。从外部将电源的转换器进行接入, 系统就能获得稳定的电源, 并使用安全门和安全隔离将危险的地方。外部气体探测的传感器探测到可燃气体后, 探测器将浓度信号传输到分析处理电路。然后让单片机的模拟信号器把电子信号转化为可识别的信号。然后将信号转成可燃性气体浓度的信息, 最后通过显示器和警报器发出预警的信号。以上是基于探测器的功能应该提出设计理念。气体传感器和单片机的两个核心是可燃气体探测器, 根据系统功能的需求, 选择合适的可燃气体传感器和单片机是非常重要的。
3.2 设计的原则
检测可燃性气体的报警系统是单独的一个子系统, 归类到了火灾的预警系统里面, 独立的探测器可以很好的连接到报警的控制器上面, 而且探测器直与火灾报警的电路能够直接相连接, , 这样就确保警信号能够与火警的自动报警系统相连接。这样就确保了报警的信号传输能够传输到消防的控制室里, 显示装置的位置或实际的具体情况, 并结合报警控制器, 对显示的火警信息作出快速的反应。石化工业可燃气体探测器的设计要求更加严格, 控制器必须能够访问控制系统, 自动报警系统产生的报警信号要能连接到消防控制室。在一个预警单元中通常有一个独立的可燃气体检测报警系统。但可燃气体探测器的火灾探测报警系统不能接入总线, 主要的原因有以下几点:
(1) 探测可燃性气体的机器功耗比较的大, 将总线接入后会对其工作的稳定性造成一定的影响
(2) 探测可燃性气体的机器一般寿命能够使用3到4年左右, 若期效过后会对总线探测火灾的机器产生一定的影响。
(3) 可燃性气体的泄漏预警系统装置和火灾的报警信号在含义以及性质方面都是不相同的, 需要用不同的线路对其来进行划分。
3.3 主要的监测指标
(l) 传感器的类型:所用传感器为燃烧式催化气体的传感器;
(2) 检测的范围:大约为O到100%LEL的范围;
(3) 报警的准确度:准确度大约在±5%LEL左右;
(4) 报警点的设置:报警点为20%LEL, 达到相应报警点就自动报警;
(5) 工作的方式:工作以自然扩散的方式对气体进行相关采样, 工作时间可常年的连续性运行;
(6) 低温的性能:温度在零下40℃士2℃的环境里探测器可以正常的工作。
(8) 高温的性能:在O℃的温度探测器ZOCI所有环境应该能够正常工作, 警察行动值和报警设定值LEL只差不应超过10%。
(9) 湿度的性能:温度在2℃、40℃湿度大约为90%至95%的环境下探测器能够正常运行。
(10) 稳定性时间长:在正常的环境条件下探测器能够连续28天运行且不应该有故障以及错误报警发生。
(11) 安全:在出现故障的时候或者发生火花时探测器不会发生爆炸。
(12) 报警的方式:可燃性气体的泄漏声音以及警示灯光的报警, 自我诊断后发现故障的报警
(13) 显示模拟量:能够显示出可燃性气体所测试出的浓度以及人工所设定的报警值。
(14) 工作的电压:其工作的电压为22OV
4 探测可燃性气体的机器设定的参数
(1) 建议最好是选用催化式燃烧型的检测器;
(2) 在使用站点具有少量的空气可以引起砷中毒等相关介质的, 就要选择耐毒性的探测器;
(3) 对于检测氢类型气体的地方最好选用电化学性质的探测器, 其报警的上限值应≤25%LEL;二级报警的上限值应该≤50%LEL;
可燃性气体的显示发生错误的范围应该在0~100%LEL±5%LEL之间。
5 结论
可燃性气体探测器的性能安全可靠便会对我们的生产生活具有非常重要的影响, 它能及时地向正常进行生产生活活动的人们提供火警信号, 让人们能够及时的逃离事故现场, 减少人身受到的伤害和避免人员伤亡情况发生, 可以有效降低因泄漏而产生爆炸事故的发生率。它是21世纪在可燃气体易泄漏场所、车间等地方保证安全生产所必备的仪器。
在本文中, 笔者对可燃气体探测预警系统进行了深入研究。整合国内外技术手段, 选择更合理的系统设计方案, 各部分的设计进行了详细的分析和介绍, 希望相关人员获得有用的价值, 促进行业的健康有序发展。
摘要：近年来, 我国石油和化学工业已经取得了很大的进步, 在工业生产活动中, 越来越多的生产环节涉及易燃易爆气体。因此无论是在使用的过程中或在运输的过程中, 必须考虑其安全性, 但由于操作不当或管理不善, 在使用的过程中若出现泄漏, 气体混合后暴露在空气中, 高度演变成致命的爆炸混合物, 引起火灾, 给国家、企业和人民生活造成严重威胁。
关键词：可燃气体,泄漏监测,易爆品
参考文献
[l]卢文科.电子检测技术[M].北京:国防工业出版社, 2002:114一137.
[2]陈连生.可燃性气体探测器及其设置安装要领.石油工程建设出版社, 1996.
开路式红外气体探测器的应用 篇4
开路气体检测技术是独立高速气体检测系统, 可测量直线内可燃性气体 (主要是碳氢化合物) 及有毒气体 (H2S, NH3, 芳香烃类) 浓度, 具有自动化程度高、安装操作简单、运行安全可靠以及维护方便等优点, 广泛应用于FPSO’S, BP, Shell, ExxonMobile, Statoil等近海采油平台、浮式采油、储油以及卸油等场所。它克服了以往检测技术中催化类元件容易中毒老化和易受环境因素影响的缺点, 同时还具有灵敏度高、响应速度快、选择性好等优点, 目前已经在石化行业广泛应用, 作为普通单点固定式气体探测技术的一种补充, 能起到很好的辅助作用。
1 开路式红外可燃气体探测技术介绍
1.1 红外吸收原理
开路式红外气体探测技术采用红外吸收原理, 每种气体在红外辐射波段都有一条或者若干条自己的特征吸收谱线, 光穿过气体时, 特征频率谱线光能就会被气体吸收, 从而使该频率光的能量减弱[1]。特征频率并非是一个单元频率的光学, 它是由一定频率范围的光组成的。也就是说, 特征吸收频率是有带宽的, 带宽范围内的各个频率被吸收的程度不同。光线能量减弱的程度与气体浓度和光线在气体中经过的路程成比例, 这个关系服从比尔定律。
It=I0·exp-E (λ) ·C·L
式中 C——化学浓度;
E (λ) ——气体吸收系数 (取决于物质吸收的化学性质) ;
L ——光程距离。
I0 ——输入浓度;
It ——输出浓度。
1.2 红外吸收技术的优点
1.2.1 选择性好
每种气体都有自己的特征吸收频率, 在对混合气体进行检测时, 各种气体都有自己对应的特征吸收谱线, 相互独立, 互不干扰。
1.2.2 不易受有害气体浓度的影响
使用以往的检测手段, 当待测气体浓度超过测量范围时, 会造成载体的催化类元件中毒失去活性, 甚至永久中毒, 无法准确测量, 而采用红外吸收原理的检测技术则不存在这个问题。
1.2.3 响应速度快、稳定性好
采用红外吸收原理的气体检测系统, 在开机较短的时间内就能正常工作, 不需要预热, 而且因为采用的是光信号, 自身不会引起检测系统的发热, 测量不受温度的变化影响, 系统稳定性较好。
1.2.4 防爆性能好
采用光信号而不是电信号, 因此需要的电压更低, 在矿井和煤气站等有混合爆炸气体的场合, 不会成为爆炸点火的因素, 具有很好的防爆性。
1.2.5 信噪比高、使用寿命长、测量精度高
采用红外吸收原理, 产生的干扰信号小, 有用信号明显, 系统的信噪比高。同时系统具有零点自动补偿与灵敏度自动补偿功能, 故不需要定时校准, 具有使用寿命长的优点。
1.2.6 应用范围广
除了可应用于气体检测外, 在红外遥测遥感及红外探伤等领域都有很好的应用前景。
1.3 红外吸收技术的缺点
红外吸收技术的缺点是只能测量红外光程内的气体浓度的平均值。
1.4 测量单位
开路式气体探测仪测量单位为LEL·m, 即红外光所经过的气团平均浓度与气团平均长度的乘积。由此可以看出, 对于一个浓度很低的气团与一个浓度很高的气团来说, 经过测量会得到同样的数值。例如:20m长度、5%LEL浓度的气团所测得数值为1LEL·m;而10m长度、10%LEL浓度的气团所测得的数值也为1LEL·m。无论气团大小和浓度高低, 开路式气体探测器都能通过其发射的红外线范围内所吸收的可燃气体分子的数量来达到测量气团浓度的目的, 这种优势避免了气团扩散而引起的不能正常报警测量的情况。
1.5 被测气体状态分析
泄漏到空气中的可燃气体可能形成比较稳定的云状气团进行扩散, 主要取决于泄漏量、风速、风向以及其与空气的相对比重等因素。气团有两个比较显著的特点:浓度以泄漏点处最高并沿其经过路线递减;气团为不规则形状, 受风速影响大[2]。这意味着在气团运行线路中大部分可能存在极低浓度, 这些浓度用常规的固定点式探测器检测时属于不报警值或无法检测到数据, 因此与固定点式探测器相比, 开路式气体探测器测量准确度较高。
2 设计应用
克拉玛依石化公司120万t/a汽柴油加氢改制装置位于已建液化气球罐区南侧, 装置区距离球罐区防火堤垂直距离为55m, 中间间隔一条马路。由于常年风向为西北风, 大多数情况下, 风是从北向南吹, 即球罐区泄漏气体云团会飘散至装置区。为对可能扩散至装置区的可燃气体浓度做实时检测, 故在两者之间增设一套开路式可燃气体探测器, 位于公路南侧, 在飘散过该套检测器位置时的浓度达到一定值时进行报警, 操作人员能根据相应的监控及安全预案做出反应。实际情况如图1所示, 本案中选用了SPECTREX Inc.公司SafEye-200系列中测量距离为0～140m的开路式红外气体探测器作为两者间可燃气的检测工具。
2.1 仪表安装
图1中开路式气体探测器的发射器和接收器分别设置于100m直线范围的东西两侧, 实际安装在南侧管架上, 采用10号槽钢垂直焊接在1.8m高处, 发射器与接收器用螺栓固定在开口钢板上, 钢板焊接与槽盒上。SafEye-200 发射器和接收器采用自带的安装支架及旋转支架, 允许±1°的安装误差, 允许仪器旋转30±3°, 利用自带的对准望远镜能非常容易实现安装, 并能有效防止由于粉尘、偏移、震动、挠曲和倾斜引起的误读和误报警。
2.2 信号处理
SafEye-200 系统所需电源为24V (DC) , 接收器端可输出4～20mA信号, 引至装置区DCS控制系统, 能对从球罐区飘散至装置区的气团可燃气浓度进行实时监测。整个仪表系统从安装到调试都比较简单。
3 结束语
开路式气体探测系统并不能完全代替固定点式可燃气体探测器, 因其只能实现在某一直线范围内的可燃气体平均浓度的测量, 而固定点式可燃气体探测器可以实现一定范围内的可燃气体浓度检测。开路式气体探测技术还能应用于固定点式探测器无法适应的环境, 如有毒气体存在, 水喷淋和极度恶劣的温度调节下, 因此开路式气体探测技术可以作为固定点可燃气体检测技术的一种有效补充, 两者配合可以形成一套更为完善的可燃气体检测系统。
参考文献
[1]刘中奇, 王汝淋.基于红外吸收原理的气体检测[J].煤炭科学技术, 2005, 33 (1) :65～67.
英国宽频含氟化学气体红外探测器 篇5
对含氟化学气体的有效监控和探测是必不可少的。含氟化学气体不仅损害环境, 而且其毒性对人体健康也将产生损害。该气体通常用于制冷系统与空调、热泵、气溶胶、消防器材、高压电与气体绝缘开关装置。英国某公司研发出宽频探测器, 可探测到广范围的含氟化学气体。该探测器坚固耐用、易于安装, 可连接至任意接收模拟信号的控制系统。
该探测器的特点包括以下方面:
(1) 具备优良的红外传感技术, 能够提供快速、稳定、可靠的长久保护。不受温度或湿度变化的影响。 (2) 具有LED指示灯, 三色LED指示灯可显示探测器运行状态, 并且使用功能键即可方便调整与校准指示灯。 (3) 信号可选择性。模拟输出信号可设置为4~20 mA、0~20 mA、0~2V、0~5V或0~10V, 可与任何控制系统兼容。 (4) IP54级的外壳为防尘防水提供了良好保障。
可燃气体探测器 篇6
随着海上石油工业的不断发展,浮式生产储油船(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)由于其集生产、储油、卸油为一体的优势,成为了快速、经济、有效地开发海上油田不可替代的开发装置。在整个海上油气开采、生产的过程中会伴有大量碳氢气体产生,且由于设备拥塞度高,一旦由于可燃气体泄漏而引起火灾爆炸事故的发生,后果将不堪设想,所以可靠、安全的火气探测系统在浮式生产储油船上的应用就显得尤为重要。FGS系统(Fire&Gas System)作为重要的安全关键系统,是保障浮式生产储油船安全的重要屏障之一,其系统有效性取决于探测器覆盖率、火气联锁系统的可用性和减缓有效性[1,2]。气体探测系统的有效性不仅取决于单个探头的有效性,更取决于整个探测网络的布局策略。目前,有关(碳氢或有毒)气体探测系统的相关技术规范和标准,主要是采用等间距布局或者泄漏源监测等工程经验方法。例如,GB 50493-2009中规定,可燃气体释放源处于封闭或者局部通风不良的半敞开厂房内,每隔15 m可设一台检(探)测器,且检(探)测器距其所覆盖范围内的任意释放源不宜大于7.5 m[3]。API RP 14C(API,2001)中规定硫化氢探测器若使用格栅结构时,最大的传感器间隔应是6 m[4]。
根据英国HSE委员会公布的数据,发生的所有气体泄漏事件中,仅有62%的泄漏事件被气体探测系统所监测到[5]。业内已经意识到这个问题的严重性,美国ISA84.00.07-2010标准专门对FGS系统的有效性进行强调,提到采取风险评估的设计思路,因此是一种基于性能(Performance based)的技术规范[6]。该标准建议采用投影(Mapping)技术来设计气体探测系统,并给出了几何覆盖率和场景覆盖率两种设计指标。但投影算法并没有实质性利用CFD气体扩散模拟的数据信息,覆盖率指标也并非是最终所关注的探测率指标,并且不涉及探测时间[2,3,4,5,6,7]。
探测器布局优化问题广泛存在于多个工业领域。在污水探测系统中,Berry等[8]首先提出了建立整数规划求解探测器设置位置的数学模型,经过进一步研究提出了使用不完整探测器时污染监控系统的数学模型[9]。Legg等[10]提出在石化行业中气体探测器随机规划的数学模型SP模型和SPC模型,又将条件风险价值(CVaR)引入随机规划,用于改善尾部表现[11]。在此基础上,Benavides-Serrano[12]又提出了考虑表决系统和探测器失效情况下的布局优化模型SP-UV;并且将定性方法和定量方法进行了比较,从三个不同的度量标准上证明了基于定量优化方法的有效性[13]。上述工作均采用定量方法研究了探测器布局问题,且目标函数都为唯一确定值。虽然遗传算法广泛应用于各个领域,但鲜少利用于火气系统探测器的优化布置,本文提出了一种基于遗传算法的优化模型。
本文提出一种探测器网络布局优化模型,在给定探测器数量、位置覆盖要求等约束下,直接利用气体CFD扩散模拟数据进行优化设计,实现在不同安装高度的立体空间内所设置的探测网络达到场景全覆盖和最短探测时间。实际生产中,探测时间最短的布置方案不一定是最优方案,该模型相比已有的全定量优化模型方法[10,11,12,13],在满足所有约束条件且目标函数没有显著增加的情况下,利用遗传算法实现搜寻目标函数最优值及附近的解,得到一组最优解集合及目标函数集合,同时提供多种布局方案,再从备选方案中通过比较得到最适合现场的最佳方案,从而更容易获得工程实施。
1 遗传算法(Genetic Algorithm)及求解流程
1.1 算法原理
遗传算法(Genetic Algorithm)是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法[14]。
在遗传算法中,染色体对应的是数据或者数组,通常是由一维的串结构数据来表现的。串上各个位置对应基因。由基因组成的串就是染色体,也称为个体。一定数量的个体组成群体。遗传算法首先将问题的每个可能的解按照某种形式进行编码,编码之后的解称为染色体(个体)。随机选取N个染色体构成初始种群,再根据预定的评价函数对每个染色体计算适应度,使得性能较好的染色体具有较高的适应度。选择适应度高的染色体进行复制,通过遗传算子选择、交叉变异,来产生一群新的更适应环境的染色体,形成新的种群。不断如此重复繁殖、进化,通过这一过程使后代种群比前代种群更加适应环境,末代种群中的最优个体经过解码,作为问题的最优解或者近似最优解。
1.2 利用GA算法求解0~1整数规划
分枝定界法作为一种隐枚举法目前已成为解0~1整数规划的重要方法之一,但是隐枚举法不属于完全穷举法,并不是对所有解进行尝试,而是有选择的尝试,仅通过讨论部分整数可行解就得到整数规划问题的最优解。对于特定的问题,分枝定界法鲁棒性不强。相比较而言,遗传算法具有较高的搜索能力和极强的鲁棒性[15]。
模型求解的流程图如图1所示。已知探测时间f,决策变量(即候选探测器位置)的个数nvars,不等式约束Aineq、bineq,整数变量范围上限ub、下限lb,最多允许使用的探测器数量p,允许存在的变化范围Δ作为算法的输入值,options表示优化参数结构体,通过不断调用GA函数对本文SGA模型进行求解。i表示GA的调用次数,imax表示定义的GA最多允许调用的次数,即在i小于或等于imax时不断调用GA求解直到达到最多允许调用的次数。在有整数约束存在的情况下GA只能求解约束类型为不等式约束的数学模型,体现在SGA模型的约束条件式(2-4)均为不等式。一个泄漏场景可能同时被多个探测器覆盖,所以需要对每个场景的探测时间进行筛选,即对GA得到的探测时间fvali筛选得到fi,将探测时间变化及探测器数量在允许范围内的布置策略储存到F,X中,达到最大循环次数结束求解,输出最终得到的布置策略集合F,X。
2 SGA气体探测系统布局策略模型
本文在Legg等人SPC模型[8]的基础上,对数学模型进行相应的改进,提出了一种基于遗传算法,以搜索最短探测时间及附近解的集合为目标的优化模型SGA(the Set of the optimal solution based on GA),具体的数学模型如下所示:
s.t.
模型的目标函数如式(1)所示,其中:σa表示泄漏场景a发生的可能性,Da表示受泄漏场景影响的探测器位置处损失系数的集合。根据具体工程应用的需求可以确定Da对应的物理含义,本文取为实现探测时间的最小化,即模型优化求解的是场景a所影响的各个探测器所用的探测时间。Xa表示受泄漏场景a影响的探测器候选位置集合,f表示已知的最短探测时间,Δ表示探测时间允许变化的最大值,F表示满足所有约束条件下与f相差Δ范围内的所有目标函数组成的集合,X表示相应的最优解组成的集合。式(1)~(5)所涉及的各参数说明见后续符号说明。
实际中,为了控制成本通常对探测器的数量有限制,如不等式约束(2)所示,式中p表示探测器允许安装的最大数目,即所有探测器安装数量的总和不能超过p。
SPC模型中要求每个探测器都满足体积覆盖,从而保证探测器的鲁棒性。由于边界点只能形成半球形的体积约束,使得SPC模型所需的探测器数量较多,所以在保证鲁棒性的前提下本文放宽体积约束要求,Cr,l表示除边界点以外的任一点l在半径r的范围内覆盖到的探测器候选位置组成的集合,不等式约束(3)表示所有Cr,l中探测器的候选位置组成的集合至少安装一个探测器。由于GA在有整数约束的条件下只能求解不等式约束,如模型式(4)所示。式(5)表示任意位置l处是否有探测器安装,若有探测器安装则取值为1,反之则取0,即表示xl是个只能取0,1二值的整数变量,即遗传算法中整数约束的上限ub为1、下限lb为0。
SPC模型以式(1)中的最小化部分为目标函数,以式(2)、(4)、(5)为约束条件,将体积约束式(3)中的除去边界点外剩余点形成的约束改为在所有候选位置中任意一点l在半径r的范围内覆盖到的探测器候选位置组成的集合,作为SPC的体积约束。
遗传算法以目标函数(1)中的最小化部分的系数为适应度函数,以SGA模型中的式(2)~(4)为约束条件,以式(5)为整数约束范围对模型进行求解。
3 案例模拟研究
本文以浮式生产储油船(FPSO)作为案例背景,FP-SO作为大型海上油气生产设施,所装备的火气系统(FGS)不仅是保证其设备和人员安全的最后一道技术防线,而且关系到整个油田生产的安危。
3.1 FPSO生产甲板的气体泄漏探测
选取FPSO工艺区域中18 m×27 m×12 m的区域进行气体泄漏模拟。通过模拟得到60组数据,随机选取40个泄漏场景数据进行探测器设置研究,剩余20个场景作为检验场景。以等间距3 m进行网格划分,探测器的具体布局为7×10×4共280个候选位置,即在指定区域空间内竖直方向存在4层探测器候选位置,每层探测器候选位置以7×10等间距分布。
3.2 探测器布局策略优化结果分析
基于Matlab遗传算法工具进行,对上述SGA模型(式(1)~(5))进行求解。泄漏场景的发生概率与可能发生泄漏的装置、工艺条件、设备运行维修情况等因素有关,本文泄漏场景的泄漏概率根据API 581标准方法并结合现场应用数据等来赋予不同泄漏场景不同的权重。
r的作用是通过添加体积约束避免布置策略偏向某一个场景,所以r的值不易取得过大否则失去了约束作用。如表1所示分别取不同的r值对SPC模型进行求解,具体结果如表1所示。可以看出,当r值为5、5.5 m时SPC模型无解,主要是由于r值偏小时边界点形成的半球形体积约束过于严格导致模型无解。r=6 m时,虽然实现了对检验场景的全覆盖且实现了对探测区域的全面覆盖,但SPC模型存在最优解所需的最少探测器为17个,需要的探测器数量较大。r=7 m时,所需的最少探测器数量减少只需要12个。可以看出SPC模型在覆盖半径r取值较小时会出现无解或是需要大量探测器安装以便满足所有约束条件的情况,实际生产中,考虑到成本问题对探测器的安装数量往往会有要求,即允许安装的最大探测器数量p。
对于SGA模型,由模型目标函数可知,f及Δ的值为预先设定的。以SPC模型得到的探测时间作为SGA模型的输入f,通过反复调用50次GA函数进行求解,观察Δ的值对结果的影响,确定Δ的取值,具体结果如下。
从表2中可以看出,当Δ值取值偏小Δ=1时,经过50次反复调用GA函数SGA模型得到的结果为空集,所以Δ值不宜取值过小否则容易出现空集的情况。当Δ值分别取2、3 s时,均分别得到两组布置方案,即Δ值波动变大时布置方案的数量也没有明显的增加,Δ的实际意义表示目标函数允许变化的最大值,而目标函数是探测时间和场景发生概率的乘积,考虑到场景发生概率取值较小,若目标函数允许变化值Δ取值偏大实际对应的探测时间可能变化为几分钟甚至十几分钟,这段时间对应急响应及人员疏散都是至关重要的,所以最终确定Δ=2 s。
首先采用传统等间距的探测器布置方法,在空间中同一高度布置探测器,其中探测器间隔为6 m,采用该布置方案对泄漏场景进行探测,结果如表3所示。
以Δ=2,SPC模型探测时间f=8.14作为SGA模型的输入,利用传统等间距探测器布置方法所需的探测器数量为10,所以允许使用的探测器的最大数量p=10,反复调用GA函数,最终得到的结果如表4所示。
探测器的有效探测距离都是一定的,取探测器有效探测半径re=6 m分别绘制探测器等间距布置方案如图2所示,SGA模型探测器布置方案在平面的投影覆盖图如图3~5。
图2~图5中,黑色区域表示零个覆盖面,即探测盲区(探测器探测不到的区域),灰色区域表示仅有一个探测器覆盖面,白色区域则表示探测器的覆盖面为两个及以上。四种方案的探测盲区占总区域的百分比在表3、表4中列出。结合投影覆盖图可以看出,SGA模型的三种方案的探测时间相比等间距探测器布置方案得到的探测时间有明显的减小,且方案一、方案二在探测器覆盖范围上有所增加探测盲区减少。方案二与方案一相比虽然探测时间,探测器使用数量均有减少但探测盲区面积却大于方案一,且从探测器投影覆盖图看出方案一的绿色区域明显大于方案二,即方案一中主要的工艺区域均实现了两个及两个以上探测器的覆盖,所以综合比较,选择覆盖盲区最小,探测时间较短的方案一为最终布置方案。
4 结论
火气系统FGS作为一种安全关键系统,其中的气体探测网络提供快速、可靠的气体探测不但可以及时发现泄漏事件,防止气液积聚形成火灾爆炸事故;还可以为应急响应及人员疏散提供充足时间。所以,火气系统(FGS)不仅是保证其设备和人员安全的最后一道技术防线,而且关系到整个油田生产的安危。利用泄漏数据对(碳氢或有毒)气体探测器进行布局,其设计目标在于缩短泄漏探测时间且能够有效保证布局方案对复杂泄漏场景的覆盖率。本文提出的SGA模型保证了每个泄漏场景都至少可以被一个探测器探测到,避免了布局方案偏向某些特定方案,提高了模型的鲁棒性和泛化能力。通过FPSO的生产甲板气体探测案例分析表明:
1)利用遗传算法对全局进行搜索克服了隐枚举法只对部分整数解就行搜索的缺点,真正实现探测时间最小化。
2)与传统等间距同一高度探测器布置方案相比,本文提出的优化模型实现了在立体空间内探测器的布置。
3)本文提出的优化模型能在探测时间没有明显增加的情况下,实现了多种布置方案的求解,再通过对各方案投影覆盖图的比较选出符合实际的最佳布局方案。
摘要：石油石化装置具有结构复杂且危险性高的特点,所加工物料多为易燃易爆有毒物质,且工艺单元之间集成度高,一旦发生泄漏若无法及时探测到则易形成气液积聚和火灾爆炸后果强化,装置拥塞度高使人员逃生困难。火气系统FGS作为安全关键系统,其中的气体探测网络如何快速可靠的实现对气体泄漏事件的探测显得尤为重要。已知探测时间,通过引入遗传算法利用其全局搜索的特点克服传统分支定界法的缺点,实现立体空间不同高度下设置探测网络达到场景全覆盖和缩短探测时间,同时求出探测时间附近的多组最优解,为探测器放置提供多种布置方案。通过与传统等间距探测器布置方案比较,从多种布置方案中选择更符合实际的最佳方案。通过海上浮式生产储油船的生产夹板气体探测案例,验证了所提方法的有效性。
可燃气体探测器 篇7
(1)所有检测器带现场就地声光报警;
(2)采用PLC作为统一监视单元;
(3)当输出信号低于2 mA时表示故障,检测器可现场LED显示故障,同时PLC显示故障报警;
(4)所有检测器为模拟量4～20 mA三线制输出;
(5)在购买可燃和有毒气体检测器时需要购买用于现场标定气体检测器的标准气及气体标定用专用工具(减压阀/流量计/连接管等)保证够现场所有固定式气体检测器标定用。
2 碳氢气体检测器在聚丙烯装置中的设置
在聚丙烯装置中以气体检测点来说,碳氢气体的检测点是最多的。根据全装置碳氢气体释放源的不同位置,按照可燃气体检测器与释放源的距离不宜大于5 m,布置一台碳氢气体检测器来检测释放源,因为碳氢气体检测器检测的气体主要是丙烯、丙烷、丁烯三类气体都比空气的比重大,所以碳氢气体检测器宜放在距离地面500 mm高度比较合适,即不容易被积水浸透而且还达到了良好的检测效果。在装置区内放置在二层以上平台上的碳氢气体检测器,如装置区内的平台是篦子板,一般碳氢气体检测器放置地面即可,因为碳氢气体会沉降。如遇到二层以上平台是混凝土结构,如混凝土层以上有碳氢释放源,就需要在混凝土层设置碳氢气体检测器,而不能把碳氢气体检测器放置在混凝土层的下面。每个建筑物的新风入口也需设置碳氢气体检测器,以避免可燃气体通过新风口进入到建筑物内。碳氢气体检测器的报警值一般设置预报警值25%L.E.L,报警值50%L.E.L,现在的大多仪表厂家都可以达到预报警值10%L.E.L,报警值25%L.E.L。碳氢气体检测器测量范围为0～100%L.E.L。在选择碳氢气体检测器时应符合电气危险区划分中的要求,在聚丙烯装置中碳氢气体检测器的危险区等级为ZONE2 T3,仪表的电气防爆等级宜选为EEx-d IIC T6。碳氢气体检测器的检测原理一般为催化燃烧(抗中毒型),选择检测器时还应注意精度、环境温度、响应时间、预热时间、构建材质、检测器寿命、报警显示、声响报警、电气连接形式、供电(一般为24 VDC)等都要满足项目的要求。碳氢气体检测器的保护等级一般宜达到IP65,并带防雨装置,以保证仪表的在恶劣的现场环境中能正常使用[1]。
值得注意的是:
(1)碳氢气体检测器的接点形式在聚丙烯装置中用于布置聚合区靠近挤压造粒方向的围堰侧及挤压造粒靠近聚合区侧的门口设置的检测器是需要2xSPDT,因为检测即要将开关信号送至就地声光报警,又要送至SIS系统用于在有大量可燃气体在靠近挤压造粒厂房泄漏时及时发出联锁停信号,停止挤压造粒的电力供应。以保证挤压造粒厂房内的重要设备安全。
(2)在聚丙烯装置中还有几台碳氢气体检测器是工艺要求检测放空管线处碳氢气体的检测,如图1。
3 氢气气体检测器在聚丙烯装置中的设置
氢气气体检测器的检测原理与碳氢气体检测器的原理一致也是催化燃烧(抗中毒型),检测器的各个参数与碳氢气体检测器大致一致,在此就不再复述。聚丙烯装置中在分析小屋、现场机柜间UPS电池室入口处会出现氢气聚集的情况发生需要设置氢气气体检测器,首要原因是都是封闭场所,一般开放式场所氢气的泄漏量达不到燃烧的级别就已经扩散了,所以空旷场所一般不设置氢气气体检测器。因为氢气比空气的比重小,氢气气体检测器的安装高度一般宜为距离屋顶200 mm。在聚丙烯装置中一般设置氢气气体检测器场所的危险区等级为ZONE2 T3,仪表的电气防爆等级宜选为EEx-d IIC T6,建议在装置变电所的EPS室及直流及微机监控室也设置氢气体检测器,由于这两个房间也会有极小量的氢气聚集,虽一般不至于发生火灾,但为避免特殊情况发生,设置氢气气体检测器,以保证建筑物的安全[1,2]。
4 氧气气体检测器在聚丙烯装置中的设置
在聚丙烯装置中主要在分析小屋、挤压造粒厂房的过氧化物间、挤压造粒厂房四层固体添加剂罐D-811A/B/C/D/E旁设置氧气气体检测器,氧气气体检测器的检测原理为电化学原理,除了需要注意一些常规的仪表参数如:精度、环境温度、响应时间、预热时间、构建材质、检测器寿命、报警显示、声响报警、电气连接形式、供电(一般为24 VDC)等要满足项目的要求外,氧气气体检测器的安装高度宜为距地面1600 mm,还应注意的是氧气的预报警值一般设定为20%Vol,报警值一般设定为19%Vol。测量范围为0～25%Vol,危险区等级在电气的危险区划分时分析小屋为ZONE2 T3,但挤压造粒厂房的过氧化物间及挤压造粒四层的危险区等级为 Zone2 + Zone22 T3 (Zone2为在正常运行时,爆炸性环境中不太可能出现气体,蒸汽或薄雾形式的爆炸性混合物,如果出现也只是偶尔发生并且短时间存在的场所,Zone22为正常运行时爆炸环境中不太可能出现爆炸性粉尘混合物,如出现也只允许在短时间存在的场所,T3为仪表设备的最高表面温度,应≤200 ℃)。防爆等级宜选为Exd IIC T5II 2GD(Exd IIC T5为防爆标志,其中Ex:为防爆标记,d:为防爆型式-隔爆型,II:为电气设备类别-除煤矿外的其它爆炸性气体环境用电气设备,C:为气体级别-如氢气、乙炔,T5:为温度组别,T5表示仪表设备的最高表面温度应≤100 ℃,T6表示仪表设备的最高表面温度应≤85 ℃)。(II 2GD为欧洲ATEX指令94/9/EC标识,其中为符合ATEX指令的防爆标记,II为电气设备类别-除煤矿外的其它爆炸性气体环境用电气设备,2:为设备类别,如设备类别为2时G(爆炸性气体环境)表示仪表设备可用于1区-正常运行时,爆炸环境中可能会出现气体、蒸汽或薄雾形式的爆炸性混合物的场所,如设备类别为2时D(可燃粉尘环境)表示仪表设备可用于21区-在正常运行时爆炸环境中可能会出现爆炸性粉尘混合的场所)。需要特别注意挤压造粒的检测器是需要粉尘防爆的,检测器及声光报警器都要满足气体和粉尘防爆要求,并提供气体和粉尘防爆证书,在选择仪表厂家时需特别注意,因为现在大部分氧气气体检测器厂家没有粉尘防爆证书,只有极少数厂家有证书,有的厂家有氧气气体检测器粉尘防爆证书但氧气气体检测器没有接点输出,这就需要氧气气体检测器的检测信号由现场送到控制室内的可燃气体检测器系统,再由系统输出一个DO信号至现场的氧气气体检测器的声光报警器来触发报警。在设置过氧化物间的氧气气体检测器时,氧气气体检测器是要放在过氧化物间屋内,但声光报警器最好放在屋外,这样人在没有进入房间内就会发现有氧气泄漏,能更有效的保证人员的安全[1,2] 。
5一氧化碳气体检测器在聚丙烯装置中的设置
在聚丙烯装置中一般只在一氧化碳钢瓶间设置一氧化碳气体检测器,一氧化碳气检测器的检测原理为电化学原理,除了需要注意一些常规的仪表参数如:精度、环境温度、响应时间、预热时间、构建材质、检测器寿命、报警显示、声响报警、电气连接形式、供电(一般为24 VDC)等要满足项目的要求外,一氧化碳气体检测器的安装高度宜为距地面1500 mm,一氧化碳气体检测器与释放源的距离在室内不宜大于1 m,还应注意的是一氧化碳气体检测器的预报警值一般设定为20 mg/m3,报警值一般设定为30 mg/m3。测量范围为0～250 mg/kg,在聚丙烯装置中一氧化碳气体检测器的危险区等级为ZONE2 T3,仪表的电气防爆等级宜选为EEx-d IIC T6,在钢瓶间设置一氧化碳气体检测器有效避免了人员中毒情况的发生[1,2]。
6 便携式可燃和有毒气体检测器在聚丙烯装置中的设置
便携式可燃和有毒气体检测器,工作人员可随身携带,检测不同地点的可燃气体浓度,便携式气体检测器集控制器、检测器于一体,与固定式气体报警器相比主要区别是便携式气体检测器不能外联其他设备。便携式气体检测器聚丙烯装置中一般应选用可燃气体检测器(报警值:25%L.E.L)、一氧化碳气体检测器(报警值:30 mg/m3)、氧气气体检测气(报警值:19%(V%),三种不同类型的气体检测器主要用于平时聚丙烯装置正常生产过程中的安全巡检工作,以保证全厂装置的正常运行[1] 。
7 结 语
在中油大港油田10 万吨/年 聚丙烯项目、中国石油庆阳石化分公司10万吨/年聚丙烯项目、中石油宁夏石化10万吨/年聚丙烯项目、中石油呼石化15万吨/年聚丙烯项目中的可燃和有毒气体检测器的合理设置,得到了业主的一致认可,为聚丙烯装置的正常运行提供了安全保证。
参考文献
[1]中国石化集团洛阳石油化工工程公司.GB50493-2009石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范[S].北京:中国计划出版社,2009:4-42.
可燃气体探测器 篇8
1 关于乙炔事故的案例
1.1 2000年2月12日上午, 香港元朗大生围一个机器维护工场发生乙炔瓶爆炸, 7名工人于春节后首日开工即遭事故, 造成了3人死亡、4人受伤。当日8时6分, 7名春节放假后上班的工人在工场内准备开工, 当有人启动气焊枪时即发生猛烈爆炸, 2名工人被弹起抛上10多米高的工场顶部, 横搁在工字钢的横梁上而死亡, 其余5名工人被炸伤, 其中1人医院抢救无效死亡。据初步调查, 连接乙炔瓶的软管损坏漏气, 而工场内存放有53瓶氧气和29瓶乙炔, 明显违反存放规定。警方经现场调查初步确认, 事故是由放在工场外的10多个乙炔瓶的橡胶软管损坏, 而接进工场内气体泄漏引发。据推测, 乙炔瓶的橡胶软管在春节放假时已损坏, 至12日上班开工, 工棚里已充满了乙炔气体, 当工人进行切割时就触发爆炸。
1.2 2012年9月12日11时40分左右, 位于浙江省宁波大榭开发区环岛北路55号的韩华化学 (宁波) 有限公司在PVC聚合车间汽提装置维修A252B2轴承作业时, 因维修用乙炔钢瓶皮管出现裂缝, 导致乙炔泄漏发生爆燃, 造成现场6名施工人员烧伤。
从上述涉及乙炔的事故案例可以看出, 如果企业在涉及生产、使用、储存乙炔的危险场所设置有效的可燃气体浓度探测器, 可以有效地预防乙炔发生泄漏;一旦在发生乙炔泄漏的异常情况下, 可燃气体浓度探测器可以及时发出报警, 相关操作人员可以立即采取有效的应急措施, 防止事故进一步扩大。
2 关于乙炔危险性的分析
乙炔, 俗称风煤、电石气, 是炔烃化合物系列中体积最小的一员, 其分子式为CH≡CH, 化学式为C2H2, 相对分子量为26.04, 相对密度[空气=1]为0.91, 闪点为-17.7℃ (闭杯) , 引燃温度为305℃, 爆炸极限为2.5~82V%。
根据《危险化学品名录》 (2002版) , 乙炔属于2.1类易燃气体, 根据《建筑设计防规范》, 乙炔的火灾危险性属于甲类, 根据《压力容器中化学介质毒性爆炸危险程度分类》, 乙炔属于爆炸性化学介质和中度毒性危害物质, 根据《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化学品名录的通知》, 乙炔属于首批重点监管的危险化学品。乙炔极易燃烧爆炸, 其与空气混合能形成爆炸性混合物, 遇明火、高热能引起燃烧爆炸。
企业在生产、储存、使用乙炔过程中, 可能会发生乙炔气体的泄漏, 遇点火源可能引起火灾甚至爆炸事故。
涉及乙炔场所的危险因素分析如下: (1) 生产及储存设备、使用钢瓶陈旧, 或缺乏安全检查和维修而出现设备裂纹或破损; (2) 生产、储存、使用厂房、设备没有设置防雷防静电设施; (3) 涉及到的压力容器、气体钢瓶及安全附件未经检测或检测不符合要求, 或过载运行, 或设备质量不符合要求; (4) 爆炸区域的电器不防爆, 或使用不符合防爆要求的电器代替; (5) 作业场所通风不良, 或存在违章动火、吸烟等行为, 或缺乏有效的消防及应急器材; (6) 未设置有效的可燃气体浓度探测器。
3 关于乙炔气体浓度检测器安装位置
为了预防乙炔气体泄漏而形成爆炸性环境, 企业在涉及乙炔场所设置有效的可燃气体浓度探测器是非常重要的, 这样在乙炔发生异常泄漏时可以及时提醒操作人员采取必要应急措施, 防止事故进一步发展和扩大, 导致更大的损失。但是, 如果可燃气体浓度探测器的安装位置错误, 在乙炔发生泄漏时, 探测器不能及时有效地发出报警, 则会延误作业人员采取应急措施的时机, 可能导致事故的发生。
目前, 涉及乙炔气体的企业针对乙炔可燃气体浓度探测器安装位置的意见有两种, 一种是认为相关标准规范中乙炔比空气重, 应该安装在释放源的下侧, 一种是认为乙炔的相对分子量 (26.04) 小于空气的相对分子量 (29) , 应该安装在释放源的上侧。要确定乙炔可燃气体浓度探测器的安装位置, 必须根据我国相关标准规范的要求, 明确乙炔相对于空气的关系。
(1) 根据《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》 (GB50493-2009) 的条文说明 (6.1.1) :相对气体密度大于0.97kg/m3 (标准状态下) 即认为比空气重;相对气体密度小于0.97kg/m3 (标准状态下) 的即认为比空气轻。检测比空气重的可燃气体时, 推荐的的检测器安装高度应高出地坪 (或楼板面) 0.3~0.6m, 过低易造成因雨水淋、溅, 对检测器的损害, 过高则超出了比空气重的气体易于积聚的高度。检测比空气轻的可燃气体时, 检测器高出释放源所在高度0.5~2m, 且与释放源的水平距离适当减小至5m以内, 可以尽快地检测到可燃气体。
(2) 根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》 (GB50058-92) 第2.3.1条注解:相对密度小于或等于0.75的爆炸性气体规定为轻于空气的气体;相对密度大于0.75的爆炸性气体规定为重于空气的气体。
(3) 根据《化工辞典》2000-08第四版 (P.1073) , 乙炔气体的密度为1.173kg/m3, 相对密度为0.91 (空气=1) 。
(4) 根据《危险化学品安全技术技术全书》, 乙炔极易燃烧爆炸, 与空气混合能形成爆炸性混合物, 遇明火、高热能引起燃烧爆炸, 其相对密度为0.91 (空气=1) 。
4 结束语
根据上述资料显示, 乙炔气体的密度为1.173kg/m3, 大于0.97kg/m3;相对密度为0.91 (空气=1) , 大于0.75。所以, 根据国家相关标准规范, 乙炔应视为重于空气的气体, 则其可燃气体浓度探测器应安装在可能发生泄漏点的高出地坪 (或楼板面) 0.3~0.6m的位置, 以免由于错误安装而导致延误应急救援的最佳时机。
因此, 我们建议涉及生产、使用、储存乙炔的企业, 在狠抓安全生产管理的同时, 要正确对待安全设施———可燃气体浓度探测器的重要性, 按照国家的相关标准规范, 确保探测器的安装数量和正确的安装位置, 并定期对探测器进行检测, 确保其有效性, 真正做到安全生产、防患于未然。
摘要：随着我国化工企业的快速发展, 一些化工企业由于缺乏有效的安全管理、安全设施配备不到位、生产设备老化等因素, 导致火灾甚至爆炸事故的发生。
关键词：乙炔气体,危险性,安装位置
参考文献
[1]王箴.化工辞典[Z].2000.
