《安全技术》之可燃性气体检测仪表诸问题的探讨

可燃性气体检测仪表诸问题的探讨 甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、氢气（H2）、乙醇等可燃性气体，从煤壁中释放出来或从容器中泄漏出来，当它们在空气混合物中达到一定浓度时，遇到火源就可能引起燃烧，甚至产生爆炸，造成人员伤亡及财产损失。人们在生产过程中，为避免这类火灾及爆炸事故的产生，在能产生甲烷（CH4）等可燃性气体的煤壁附近，或在有关化工产品生产车间均设置了稳定可靠的可燃性气体检测仪表。能及时检测出可燃性气体的浓度，并能发出警报，同时启动关联设备避免事故的发生。 1可燃性气体检测仪表的工作原理 可燃性气体检测仪表主要由传感器，一次仪表及二次仪表组成。传感器主要用来检测空气与可燃性气体混合物中可燃性气体的浓度。能准确地将可燃性气体浓度转换成对应的信号传递给一次仪表。一次仪表能将收到的电压（电流）信号经过整形放大，传递给二次仪表及关联设备。 检测可燃性气体浓度仪表中的传感器因采用的传感元件不同而形式各异，如有半导体气敏式、光干涉式、热导式、催化燃烧式等。其中，用催化燃烧元件做成的传感器被世界上包括我国在内的大多数国家广泛地在检测可燃性气体的仪表中采用。这种传感器的工作原理如图1所示。 图1 可燃性气体检测传感器工作原理 催化燃烧原理是基于可燃烧性气体与催化元件接触时产生无焰燃烧，其发热量与可燃性气体最低爆炸极限浓度的比值基本恒定，通过发热使电桥的催化元件阻值变化来进行检测。图1中桥臂上R1与R2为标准电阻，R3与R4是经催化处理的检测元件（称黑元件）及经钝化处理的补偿元件（称白元件），即R3及R4就是俗称的黑白元件。当环境气体中，没有可燃性气体存在时，桥路平衡，输出为零；有可燃性气体时，检测元件表面产生无焰燃烧，温度升高，阻值产生变化，桥路失去平衡，这时输出一个与可燃性气体浓度成正比的电压（电流）信号，当被测气体中的可燃性气体浓度超过设定的警报值时，一次仪表驱动二次仪表发出警报，并启动关联设备。如煤矿井下的风电甲烷闭锁装置，当工作面甲烷传感器检测到甲烷浓度超限时，立即驱动二次仪表发出警报声，同时开启通风机和停掉工作面电源。如果在地面化工产品的生产场所，当容器中可燃性气体泄漏出来的浓度超限时，检测仪发出报警信号，同时启动通风设备稀释可燃性气体浓度，及时提醒工作人员，进行查漏并采取相应处理措施。 2可燃性气体传感器的特性及标定 2.1 可燃性气体传感器的特征 （1）传感器的特点。一般来说，这类传感器均在可燃性气体浓度为0100%内有较好的线性稳定性；不容易受到背景气体（如CO2等）的干扰；较容易实现对环境温度的补偿；响应时间短，精度高。上面提到的甲烷传感器，就明显地具有这些特点。 （2）传感器的传感元件要具有耐冲击能力和抗“中毒”能力，要求检测可燃性气体传感器具有这种特殊能力，是基于工作环境而言的。例如容器泄漏可燃性气体时有的是缓慢外泄，如果喷射性外泄就在传感器附近，这时传感元件接触到可然性气体的浓度就大大地超过最低爆炸极限浓度，即传感器受到高浓度可燃性气体的冲击。对于高质量的传感器能在冲击过后，较好的恢复在其量程范围内的灵敏度，但有的传感器元件受冲击过后出现催化性能锐减的现象，而丧失反应灵敏度。还有的传感元件在被检测的可燃性气体的混合物中接触含有硫化氢或卤族元素化合物，致使传感元件丧失催化活性而灵敏度衰减，这种现象被称作传感元件“中毒”。因此我们必须选择抗“中毒”的元件来做传感器。 2.2 可燃性气体检测传感器的标定 为了保证检测仪表能灵敏、准确地检测出可燃性气体的浓度，必须定期对仪有进行标定校核。为此应该注意做好以下几方面的工作。 （1）标定的周期和标校人员的资格。国家计量检定规程规定“标定周期为一年”、“仪表（器）经常非正常震动或对示值有怀疑以及更换主要元件后随时送检”。各仪表制造商，在产品使用说明书中，均指出了其仪表的标定周期，但就是同一类型的仪器，各厂家有不一样标定周期，根据有关资料规定及本人的经验，标定周期对在煤矿井下使用的可燃性气体传感器的标定以每3个月标定一次为好，而在地面化工产品生产场所的可燃怀气体检测传感器的标定以每3个月标定一次为好，而在地面化工产品生产场所的可燃性气体检测传感器每6个月校定一次为宜。标校人员的资格，必须是经过有关单位的专门培训，并经当地的计量部门考核合格后，发给合格证书的人员，才能持证上岗对传感器进行定期标定和校核。 （2）标定方法。一般情况，仪表制造商对其制造的产品的标定校核均有详细的说明。通用的方法是：将标准气体由钢瓶流出，经过减压阀，然后通过专用的标定罩，把标准气体提供给传感器进行标定。有的标定人员为了更好的控制标准气体的流量，在减压阀的后面加上转子流量计，对传感器进行定量供气，这样可以避免因手动控制不准确而浪费标准气的现象产生。在井下标定传感器要注意的是，在标定前必须要用便携式仪器测试环境气体中可燃性气体的浓度是否在规程规定的安全范围内，否则不能进行标定，以免发生安全事故。 3 可燃性气体检测传感器的布置方式 传感器必须安放在可燃性气体容易泄漏或释放扩散的地方，这样才能使得传感器元件与被测气体容易接触。然而，究竟如何来布置传感器，传感器布置的位置和数量多少为好？其前提是既要考虑安全性，又要考虑经济性，但必须要以安全性为主。主要原则：区域性布置与重点部位布置相结合的采掘工作面、采区巷道，在地面能泄漏出有涌出的采掘工作面、采区巷道，在地面能泄漏出有可燃性气体的化工产品生产的封闭与半封闭厂房内，需要监测的塔、罐、机泵等工艺设备群体可按10m左右布置一个或多个比率来设置传感器的数量。所谓重布置是指有可燃性气体释放的采掘工作面上、下帮、上隅角，回风巷的入口处；化工厂的生产车间工艺设备旁，机泵管道上的采样口、灌装口、储罐的排水口等释放源的附近。让气体跟传感器紧密接触的原则。可根据被测气体的比重来确定安设位置。若被测气体的比重比空气轻，则应安放在上方。如采掘工作面的上隅角，甲烷容易积聚，必须安放甲烷传感器。对流动空气，必须将传感器安放在下风侧。在生产车间的分析室，控制室和防火防爆区的变配电室内，要安放一定数量的传感器。检测系统制造商的使用说明书要求必须安装的传感器。 以地面化工厂压缩机房为例，说明在现场布置传感器的方法，设备数量较集中时，按区域性进行控制，避免布置在紧靠机泵密封端或阀门放水口，以免频繁报警。先在一排机泵的两端建筑物柱头附近布点，两端之间布点结合液化石油气或甲类油品物料而有所区别。前者密，后者疏，并尽可能结合柱距布置在柱头附近，每隔一柱安放一个传感器。在电动机一侧的一排柱可每隔两柱安放一个传感器，即与机泵一侧成三角关系。如图2所示。 图2 化工厂压缩机房的传感器布点示意图 此外，可燃性气体检测仪表要进