摘 要：
剖析了乙炔氣體的火災爆破風險性, 結合國內乙炔可燃氣體勘探器運用現狀, 經過乙炔氣體勘探的各種常用傳感器優缺點的比照, 提出乙炔場所的可燃氣體勘探器選型及裝置運用的對策。
乙炔氣是工業出產的重要質料, 廣泛應用于焊接切割作業上, 一起也廣泛應用于化工行業, 如合成樹脂、合成橡膠、合成纖維和有機溶劑等。但乙炔的化學性質極為生動, 能與許多物質發生化學反響, 衍生出上千種有機化合物。乙炔的出產、貯存和運用屬于甲類火災風險性類別, 火災風險性大, 因此防火防爆問題十分重要。
現在, 雖然在一些乙炔的出產、充裝和貯存站 (場) 都設置了一些勘探乙炔的可燃氣體勘探器, 但從近幾年消防檢查狀況看, 設備的運轉狀況不是很抱負。本文全面剖析了乙炔氣體勘探的火災爆破風險性、乙炔可燃氣體勘探器在運用過程存在的首要問題, 經過比照幾類乙炔氣體勘探常用傳感器優缺點, 討論乙炔可燃氣體勘探器的選型及裝置運用問題。
1 乙炔的火災爆破風險性
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, 工業用的乙炔因含有硫化氫 (H2S) 和磷化氫 (PH3) 等雜質, 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) 。因為乙炔具有碳碳叁鍵化學結構, 化學性質十分生動, 能發生聚合、分化、加成、替代等反響, 所以容易發生火災爆破。乙炔氣體的火災爆破風險性:
(1) 爆破極限規模寬。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比較低。乙炔的自燃點隨著濃度和壓力的改變而改變, 乙炔的濃度越高, 壓力越大, 自燃點越低。
(4) 生成風險性金屬炔化物。乙炔與多種金屬觸摸能生成風險的金屬炔化物, 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 乙炔可燃氣體勘探器在運用中存在的首要問題
現在在乙炔出產場所、充裝和貯存站 (場) 的氣體勘探器首要存在失效快、丈量值不穩定和對乙炔氣體無反響等首要問題。
(1) 現場的乙炔可燃氣體勘探器失效快。依據現場檢查和用戶反響, 裝置在現場的乙炔可燃氣體勘探器失效很快, 一般裝置后一二個月就失效了。
(2) 現場的乙炔可燃氣體勘探器丈量差錯大。裝置在現場的乙炔可燃氣體勘探器對乙炔氣體勘探的丈量值不穩定、差錯大, 無法正常運用。
(3) 對其他氣體運轉正常, 對乙炔氣體沒有反響。現場裝置的乙炔可燃氣體勘探器, 運用甲烷氣進行測驗時, 運轉正常, 運用乙炔氣規范氣進行測驗沒有反響。
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、半導體傳感器、紅外NDIR傳感器、紅外光聲傳感器、電化學傳感器、氣相色譜傳感技能等, 因為應用場所、精度和本錢等要素, 現在乙炔可燃氣體勘探器首要選用催化焚燒傳感器、半導體傳感器和紅外NDIR傳感器, 下面對這三類傳感器在乙炔氣體勘探中的優缺點進行比照。
3.1 催化焚燒傳感器
催化焚燒傳感器由檢測元件和補償元件構成。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, 必定溫度下燒結成球狀多孔體, 將燒結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;補償元件和檢測元件的區別是沒有催化層。
當可燃氣體 (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, 電阻值相應增大, 其發熱量與可燃氣體的濃度成正比。空氣中可燃氣體的濃度越大, 焚燒發生的焚燒熱越多, 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氣體的濃度。
現有技能的催化焚燒型氣體傳感器作業原理如圖1所示:檢測元件和補償元件串聯, 和外圍電路構成惠斯通電橋。
圖1 催化焚燒氣體傳感器惠斯通電橋作業原理 下載原圖
依據所用的催化劑等配方不同, 又細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, 在遇到乙炔氣發生的積碳時, 因為多孔涂層不易被積碳所掩蓋, 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, 發生積碳, 很快失效。
因為催化劑和氣體吸附機理不同, 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 電阻式半導體傳感器
將金屬半導體氧化物資料 (MOS) 做成多孔燒結體或涂層, 在必定條件 (溫度) 下, 被測氣體到達半導體外表, 與吸附在半導體外表的氧, 發生化學反響的過程中隨同電荷轉移, 引起半導體電阻的改變, 經過丈量半導體電阻的改變實現對氣體的檢測。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, 如圖2所示。
常見結構有直熱式 (又稱內熱式) 和旁熱式, 傳感器由基體資料 (靈敏資料燒結體) , 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, 易受環境溫度、濕度的影響, 丈量的準確性很差。
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度關系 (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、光源調制驅動器、充氣濾波氣室 (或者光學濾波窗) 、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, 并且不會發生積碳中毒, 缺點是本錢高, 易受環境溫度、濕度影響。易受灰塵影響, 因為乙炔出產場所、乙炔充裝和存儲場所通常是半開放空間, 這樣, 紅外NDIR乙炔傳感器經常會呈現漂移的狀況。
4 乙炔可燃氣體勘探器的選用和裝置運用
經過上述乙炔勘探技能剖析, 依據國內一些乙炔充裝貯存站的統計資料, 現在乙炔場所氣體勘探器存在的首要問題是因為選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生積碳, 形成傳感器失效, 從而導致勘探器的失效。半導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, 選用半導體傳感器丈量乙炔的氣體勘探器在實踐應用中首要表現在丈量值誤差大、重復性差、溫濕度改變時丈量值誤差大, 這些問題導致不能真實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、充裝和存儲等場所選用、測驗和運用可燃氣體勘探器時, 應把握以下幾點:
(1) 乙炔可燃氣體勘探器的規劃要滿足GB50493-2013《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警規劃規范》的要求。
(2) 選用抗中毒催化傳感器或紅外NDIR傳感器, 如濱海濕度大的區域, 首選抗中毒催化傳感器。
(3) 丈量乙炔的可燃氣體勘探器量程為0~100%LEL (乙炔LEL=2.5%VOL) , 首要丈量規模為10%LEL~60%LEL
(4) 丈量乙炔的可燃氣體勘探器防爆等級應不低于ExdⅡCT2。
(5) 勘探器裝置后, 檢驗測驗規范氣主張選用30%LEL或60%LEL的乙炔規范氣進行測驗, 不得運用甲烷等其它可燃氣替代乙炔氣體。
(6) 因為乙炔氣的積碳等影響, 勘探器零點易受到影響, 呈現零點不穩定等現象, 運用單位需每半年進行標定和校準。
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