可燃气体和有毒气体检测报警系统丨在化工企业的应用

可燃气体和有毒气体检测报警系统

目

录

l1前言l2GDS设计关注点l3GDS的安全使用和日常维护l4总结

前言

01

2013年10月8日

，博兴县诚力供气有限公司焦化装置的煤气柜运行过程中，

因密封油粘度降低、活塞倾斜度超出工艺要求

，致使密封油大量泄漏、油位下降

，密封油的静压小于气柜内煤气压力

，活塞密封系统失效

，造成煤气由活塞下部空间泄漏到活塞上部相对密闭空间

，持续大量泄漏后

，与空气混合形成爆炸性混合气体并达到爆炸极限

，遇点火源(能)

，发生化学爆炸

，造成10人死亡，

33人受伤。事故的间接原因:在发现气柜密封油质量下降、油位下降、一氧化碳检测报警仪频繁报警等重大隐患以及接到职工多次报告时

，企业负责人不重视

，未立即采取有效的安全措施。特别是事发当天

，在气柜密封油出现零液位、检测报警仪满量程报警、煤气大量泄漏的情况下

，企业负责人仍未采取果断措施、紧急停车、排除隐患

，一直安排将气柜低柜位运行、带病运转

，直至事故发生。

1.1相关事故案例-案例1

事故的根本原因包括:1.安全管理规章制度落实不到位。报警管理制度未执行中控室内操人员长期存在未按流程处置报警的情况

，在事发前的27分钟内，

中控室DCS和GDS系统持续触发电流及可燃气

体报警

，当班内操人员未作出任何响应

，导致涉事设备故障运行、物料泄漏的情况未被及时发现并处置。2.安全设施设备管理不到位。

中控室GDS系统声光报警装

长时间不正常运行

，光报警于事发前多日已失效

，但作业三部未及时报修

，视频监控中可清晰听到声报警

，但声报警音响音量被调低。仪表管理部未有效开展专业巡检未及时发现并处置声光报警装置异常问题。2022年12月24日5时39分

，位于宁波市北仑区戚家山街道港口路98号的宁波科元精化股份有限公司(以下简称“科元公司”)作业三部干气一单元发生一起火灾事故

，造成直接经济损失约414.7万元。

1.1相关事故案例-案例2

由以上案例可以看出

，可燃和有毒气体检测报警系统管理缺失

，易造成事故进一步扩大。在过程安全保护层模型（洋葱模型）

中

，气体报警就是其中重要的一环。特别是事故初期

，报警系统响应后

，第一时间采取科学的方法处置

，能够最大程度降低事故的伤亡

，甚至防止事故发生。大部分企业报警系统或多或少存在问题

，暴露出了企业人员不掌握《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》等规范要求。

1.2事故启示与保护层

序号法规名称相关的法条依据1《中华人民共和国安全生产法》第三十六条第一款

，第三款安全设备的设计、制造、安装、使用、检测、维修、改造和报废

，应当符

合国家标准或者行业标准

，生产经营单位必须对安全设备进行经常性维护、保养

，并定期检测

，保证正常运转。维护、保养、检测应当做好记录

，并

由有关人员签字。生产经营单位不得关闭、破坏直接关系生产安全的监控、报警、防护、救生设备、设施或者篡改、隐瞒、销毁其相关数据、信息。2《中华人民共和国职业病防治法》第二十五条对可能发生急性职业损害的有毒、有害工作场所

，用人单位应当设置报警

装置

3《危险化学品生产企业安全生产许可证实施办法》第9条第1款第3项企业的厂房、作业场所、储存设施和安全设施、设备、工艺应当符合下列

要求

：三）涉及危险化工工艺、重点监管危险化学品的装置装设自动化控

制系统；涉及危险化工工艺的大型化工装置装设紧急停车系统；设计易燃

易爆、有毒有害气体化学品的场所装设易燃易爆、有毒有害介质泄漏报警

等安全设施。4《化工和危险化学品生产经营企业重大生产安全事故隐患判定准则》

（AQ

3067-2026

）

5.4.2存在可燃或有毒气体泄漏风险的场所未按照设计要求设置气体探测器或气

体探测器功能失效；GDS未投入使用。5《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》（GB/T

50493-2019）

3.0.1在生产或使用可燃气体及有毒气体的生产设施及储运设施的区域内

，泄漏

气体中可燃气体浓度可能达到报警报定值时

，应设置可燃气体探测器；泄

漏气体中有毒气体浓度可能达到报警设定值时

，应设置有毒气体探测器；既属于可燃气体又属于有毒气体的单组分气体介质

，应设有毒气体探测器;

可燃气体与有毒气体同时存在的多组分混合气体

，泄漏时可燃气体浓度和

有毒气体浓度有可能同时达到报警设定值

，应分别设置可燃气体探测器和

有毒气体探测器。6《石油化工企业设计防火规范》（GB

50160-2018）第4.6.11条在使用甲类气体或甲、

乙A类液体的装置内按区域控制和重点控制相结合

的原则

，设置可燃气体报警器探头。

1.3法规依据

1.标准名称由“设计规范”改为“设计标准”；2.标准适用范围“石油化工新建、扩建及改建工程“修改为“石油化工新建、扩建工程”;3.有毒气体范围由《高毒物品目录》中所列毒气扩大到常见剧毒气体;4.增加了可燃气体和有毒气体检测报警系统（简称GDS）的设计相容性、独立性和可靠性要求；5.增加了可燃气体和有毒气体检测报警系统（简称GDS）应与火灾及消防监控系统分开设置的要求；6.增加了开路式(激光、红外)探测器、噪声探测器等内容

，进一步完善了探测器的布点和布置要求；7.增加了常见气体探测器选用指南、GDS配置图等5个规范性标准附录;8.对标准的部分章节和条款内容进行了修改和完善

，取消了强制性条文。

1.3法规依据

GDS设计关注点

02

什么是可燃气体？又称易燃气体

，

甲类气体或者甲、

乙A类可燃液体气化后形成的可燃气体或可燃蒸汽。

2.1可燃气体的辨识

什么是甲类气体？可燃气体与空气混合物的爆炸下限＜

10%（体积）的为甲类气体。什么是甲、

乙A类液体？又称易燃气体

，

甲类气体或甲、

乙A类可燃液体气化后形成的可燃气体或可燃蒸汽。

2.1可燃气体的辨识

2.1可燃气体的辨识

什么是有毒气体？劳动者在职业活动过程中

，通过皮肤接触或呼吸可导致死亡或永久性健康伤害的毒性气体或毒性蒸汽。

2.2毒性气体的辨识

2.2毒性气体的辨识

2.2毒性气体的辨识

2.2毒性气体的辨识

可燃气体

有毒气体混合气体可燃气体与有毒气体同时存在的多组分混合气体

，泄漏时可燃气体浓度和有毒

气体浓度有可能同时达到报警设定值

，应分别设置可燃气体探测器和有毒气体

探测器既属于可燃气体又属于有毒气体的单组分气体介质

，应设有毒气体探测器泄漏气体中有毒气体浓度可能达到报警设定值时

，应设置有毒气体探测器泄漏气体中可燃气体浓度可能达到报警设定值时,

应设置可燃气体探测器2.3基本规定氧气浓度人体生理现象23.5%

以上富氧环境，火灾爆炸风险大幅上升；长期高浓度吸氧会氧中毒（肺部、中枢神经损伤）21%～23.5%正常大气范围，无不适，生理机能正常19.5%～21%国标最低安全氧浓度下限；多数人无明显感觉6%～19.5%初期缺氧：呼吸加快、心跳加速、注意力下降、轻微头痛、体力下降；高空、劳动时症状更明显14%～16%明显缺氧：乏力、头晕、恶心、判断力变差、动作不协调；剧烈活动易虚脱12%～14%严重缺氧：剧烈头痛、嗜睡、反应迟钝、恶心呕吐、情绪紊乱10%～12%重度缺氧：意识模糊、失去行动能力、晕厥、口唇发紫8%～10%短时间内失去意识；数分钟内如不供氧可诱发脑损伤、心跳异常6%～8%6～8分钟可造成不可逆脑损伤；半数人员死亡风险<6%迅速惊厥、呼吸骤停，几分钟内死亡

2.3基本规定

当相关气体释放源为可燃气体或有毒气体释放源时,氧气探测器可与相关的可燃气体探测器、有毒气体探测器布置在一起。在生产过程中可能导致环境氧气浓度变化,

出现欠氧、过氧的有人员进人活动的场所,应设置氧气探测器。

2.3基本规定

是否需要设置氧气浓度报警器？

2.3基本规定

同级别的有毒气体和可燃气体同时报警时，有毒气体的报警级别应优先。二级报警为气体泄漏紧急报警，提示操作人员采取紧急处理措施一级报警为气体泄漏警

示，提示操作人员及时

到现场巡检处理可燃气体和有毒气体的检测报警应采用两级报警。需联动保护时取二级报警接点信号作联动保护条件现场区域警报器接受GDS系统输出的第二级报警信号现场探测器自带的警报器接受一二级报警信号当现场噪音超过85dBA.探测器自带一体化声光报警器难以达到报警效果时，为了警示现场工作人员，在生产现场主要出入口及高噪声区等部位，需设置现场区域报警器。当现场可燃或有毒气体探测器的数量少于10个，现场噪音低于85dBA,且探测器自带一体化声光报警器时，在不影响现场报警效果情况下，可不需设置现场区域报警器

2.3基本规定

可燃气体二级报警信号、可燃气体和有毒气体检测报警系统报警控制单元的故障信号应送至消防控制室，进行图形显示和报警。可燃气体和有毒气体检测报警信号应送至有人值守的现场控制室、中心控制室等进行显示报警控制室操作区应设置可燃气体和有毒气体声、光报警。

2.3基本规定

便携式气体探测器进入爆炸性气体环境或有毒气体环境的现场工作人员，应配备便携式可燃气体和(或)有毒气体探测器。进入的环境同时存在爆炸性气体和有毒气体时，便携式可燃气体和有毒气体探测器可采用多传感器类型。系统独立性的要求可燃气体和有毒气体检测报警系统应独立于其他系统单独设置。2014年国家安监总局安监总管三【2014】116号文中明确要求:可燃气体和有毒气体检则报警系统应独立设置。可燃气体或有毒气体检测信号作为安全仪表系统的输入时，探测器宜独立设置，探测器输出信号应送至相应的安全仪表系统，探测器的硬件配置应符合现行国家标准《石油化工安全仪表系统设计规范》GB/T50770有关规定。

2.3基本规定

不间断电源的要求应按一级用电负荷中特别重要的负荷考虑宜采用UPS电源装置供电可燃气体和有毒气体探测器的检测点，应根据:l气体的理化性质l

释放源的特性l生产场地布置l

地理条件l

环境气候l

探测器的特点l检测报警可靠性要求l

操作巡检路线等因素进行综合分析，选择可燃气体及有毒气体容易积聚、便于采样检测和仪表维护之处布置判别泄漏气体介质是否比空气重，应以泄漏气体介质的分子量与环境空气的分子量的比值为基准，并应按下列原则判别:l当比值大于或等于1.2时，则泄漏的气体重于空气:l当比值大于或等于1.0

、小于1.2时，则泄漏的气体为略重于空气;l当比值为0.8~1.0时，则泄漏的气体为略轻于空气:l当比值小于或等于0.8时，则泄漏的气体为轻于空气。

2.4检测点的确定

•

检测比空气重的可燃气体或有毒气体时，探测器的安装高度宜距地坪（或楼地板）0.3~0.6m;•

检测比空气轻的可燃气体或有毒气体时，

探测器的安装高度宜在释放源上方2.0

m

内。•

检测比空气略重的可燃气体或有毒气体时，

探测器的安装高度宜在释放源下方0.5m~1.0m；•

检测比空气略轻的可燃气体或有毒气体时，探测器的安装高毒宜高出释放源0.5~1.0m。环境氧气探测器的安装高度宜距地坪或楼地板1.

5m~2.0m。•

主要是根据操作与维护人员的身高范围而定的，检

测点位置位于人体口鼻处。2.4检测点的确定

根据GB50058《爆炸危险环境电力装置设计规范》释放源分为:•

连续释放源•第一级释放源：在正常运转时周期或偶然释放•第二级释放源：在正常情况下不会释放，及时

释放也仅是偶尔短时释放。下列可燃气体和（或）有毒气体释放源周围应布置检测点:•

气体压缩机和液体泵的动密封•

液体采样口和气体采样口•

液体(气体)排液(水)口和放空口•

经常拆卸的法兰和经常操作的阀门组。

2.4检测点的确定

2.4检测点的确定

比空气轻的可燃气体或有毒气体处于封闭或局部通风不良的半敞开厂房内，除应在释放源上方设置探测器外，还应在厂房内

最高点气体易于积聚处设置可燃气体或有毒气体探测器。露天或敞开式厂房•可燃气体探测器距其所覆盖范围内的任一释放源的水平距离不宜大于10m•有毒气体探测器距其所覆盖范围内的任一释放源的水平距离不宜大于4m封闭式厂房或局部通风不良的半敞开厂房•可燃气体探测器距其所覆盖范围的任一释放源水平距离不宜大于5m•有毒气体探测器距其所覆盖范围内的任一释放源的水平距离不宜大于2m2.4检测点的确定

液化烃、甲B

、乙A类液体等产生可燃气体的液体储

罐的防火堤内，应设探测

器。可燃气体探测器距其所覆

盖范围内的任一释放源的

水平距离不宜大于10m

，有毒气体探测器距其所覆盖

范围内的任一释放源的水

平距离不宜大于4m。液化烃、甲B

、乙A类液体的装卸设施，探测器的设置应符合下列规定:•

铁路装卸栈台，在地面上每一个车位宜设一台探测器，且探测器与装卸车口的水平距离不应大于10m•

汽车装卸站的装卸车鹤位与探测器的水平距离不应大于10m液化烃灌装站的探测器设置，应符合下列规定:•

封闭或半敞开的灌瓶间，灌装口与探测器的水平距离宜为5m~7.5m•

敞开式储瓶库房沿四周每隔15m~20m应设一台探测器，当四周边长总和小于15m时，应设一台探测器

2.4检测点的确定

明火加热炉与可燃气体释放源之间应设可燃气体探测器，探测器距加热炉炉边的水平距离宜为5m~10m。当明火加热炉与可燃气体释放源之间设有不燃烧材

料实体墙时，实体墙靠近

释放源的一侧应设探测器。封闭或半敞开氢气灌瓶间，应在灌装口上方的室内最

高点易于滞留气体处设探

测器。控制室、机柜问的空调新风引风口等可燃气体和有

毒气体有可能进入建筑物

的地方，应设置可燃气体

和(或)有毒气体探测器。可能散发可燃气体的装卸码头，距输油臂水平平面

10m范围内，应设一台探测器。有人进入巡检操作且可能积聚比空气重的可燃气体

或有毒气体的工艺阀井、

管沟等场所，应设可燃气

体和(或)有毒气体探测器。设在爆炸危险区域2区范围内的在线分析仪表间，应

设可燃气体和（或）有毒

气体探测器，并同时设置

氧气探测器。2.4检测点的确定

常用探测器的采样方式应根据使用场所按下列规定确定:•

可燃气体和有毒气体的检测宜采用扩散式探测器•

受安装条件和介质扩散特性的限制，不便使用扩散式探测器的场所，可采用吸入式探测器•

当探测器配备采样系统时，采样系统的滞后时间不宜大于30s。探测器的输出可选用4mA~20mA的DC信号、数字信号、触点信号，可燃气体及有毒气体探测器的选用，应根据探测器的以下特点确定：•

技术性能•

被测气体的理化性质•

被测介质的组分种类•

检测精度要求•

探测器材质与现场环境的相容性•

生产环境特点

2.5设备的选用

常用可燃气体及有毒气体探测器•重质烃类蒸气可选用光致电•在工艺介质泄漏后形成的气的选用应符合下列规定：P离型探测器;体或蒸气能显著改变释放源•轻质烃类可燃气体宜选用催化•氢气检测宜选用催化燃烧型周围环境温度的场所，可选燃烧型或红外气体探测器电化学型、热传导型探测器用红外图像型探测器•当使用场所的空气中含有能使•有机有毒气体宜选用半导体•在高压工艺介质泄漏时产生催化燃烧型检测元件中毒的硫型、光致电离型探测器:的噪声能显著改变释放源周磷、硅、铅、卤素化合物等介质时，应选用抗毒性催化燃烧•无机有毒气体检测宜选用电化学型探测器;围环境声压级的场所，可选用噪声型探测器型探测器、红外气体探测器或•氧气宜选用电化学型探测器•在生产和检修过程中需要临激光气体探测器•在气候环境或生产环境特殊时检测可燃气体、有毒气体•在缺氧或高腐蚀性等场所，宜选用红外气体探测器或激光气体探测器需监测的区域开阔的场所，宜选择线型可燃气体探测器的场所，应配备移动式气体探测器

2.5设备的选用

催化燃烧式；这种检测技术利用催化燃烧原理，当可燃气体与催化剂接触时会在催化剂表面燃烧，产生热量，导致温度升高检测仪通过测量温度变化来确定气体浓度。这种技术对于多种可燃气体都有很好的响应，但在缺氧环境中性能会下降，因为催化燃烧需要足够的氧气红外吸收式；红外吸收技术通过测量特定波长的红外光在通过可燃气体时的吸收荐度来检测气体浓度。这种技术不依赖于氧气来检测可燃气体，因此在缺氧环境中仍然有效。它适用于特定的可燃气体，需要知道目标气体的红外吸收特性半导体式；利用半导体材料对可燃气体敏感的特性，当有可燃气体存在时，半导体材料的电导率会发生变化、这种传感器对气的依赖性较小，但可能受到环境温湿度变化的影响。根据《密闭空间直读式仪器气体检测规范》(GBZ/T206-2007)

，催化燃烧式可燃气体检测

仪仅适用于≥18%Vol

，无催化元件中毒的场所

2.5设备的选用

2.5设备的选用

•

可燃气体探测器参与消防联动时

，探测器信号应先送至按专用可燃气体报警控制器产品标准制造并取得检测报告的专用可燃气体报警控制器，•

报警信号应由专用可燃气体报警控制器输出至消防控制室的火灾报警控制器。•

可燃气体报警信号与火灾报警信号在火灾报警控制系统中应有明显区别。2.6GDS系统配置

可燃气体和有毒气体检测报警系统配置图

2.3基本规定

参考T/CCSAS018-2022《气体检测报警仪安全使用及维护规程》LEL%（爆炸下限）:可燃气体的概念是指能够与空气（或氧气）在一定的浓度范围内均匀混合形成预混气，遇到火源会发生爆炸

，这个可燃气体在空气中能引爆的最低体积百分比浓度

，也就是气体爆炸下限浓度就是LEL%

，简称“爆炸下限”。爆炸下限的气体体积的浓度用VOL%来表示

，其单位为百分比

，即把爆

炸下限分为一百份

，一个单位为1LEL%。VOL是一个物理单位

，它是描述气体体积的

，用百分比来表示

，就是某一种特定气体的体积在空气中所占的百分比。如5%VOL甲烷

，代表的就是甲烷在空气中所占的体积是5%。气体检测仪的检测范围很多都用VOL%来表述的。比如检测范围是0-100%的VOL

，意思就是这款气体检测仪在检测某种气体的时候

，可以检测到其在空气中的占比范围是0-100%。ppm的概念和VOL是差不多的

，只不过ppm代表的是气体体积的百万分之一。例如10ppm二氧化碳指的是空气中含有百万分之10的二氧化碳。

2.7测量范围及报警值设定

VOL%、

LEL%、

ppm三者的换算•

首先是VOL和ppm的换算

，这两个单位的换算比较简单，

因为%VOL是体积的百分比

，而ppm则是体积的百万分

比

，所以1%(VOL)

=10000ppm。•

其次是VOL和LEL的换算

，要先找出该可燃气体的爆炸下限值是多少

，空气中可燃气体浓度达到其爆炸下限值时，我们称这个场所的可燃气环境爆炸危险度为百分之百

，例如氢气的LEL是4%VOL,即它在空气中的体积百分比达到

4%VOL时

，遇明火就会爆炸。

因此

，将4%VOL作为100%危险来看

，称为100%LEL

，即4%VOL

=100%LEL,那么，

1%VOL

=25%LEL。•

第三是ppm和LEL的换算

，这两个没办法直接换算

，要先将LEL换算成VOL

，在由VOL换算成ppm。这里告诉大家一个公式，

ppm

=%LELx

LEL(VOL%)x

100

，以甲烷为例

，20%LEL的甲烷是多少ppm

，我们已知甲

烷的爆炸下限是5%VOL

，根据计算公式得出

：20(%LEL)x

5(%VOL)x

100

=10000ppm。一般来说

，能够检测ppm的都是很精准的气体检测仪

，而LEL的气体检测仪一般用在测爆的场合

，VOL的数量级是它们中最大的

，也是比较常用的。2.7测量范围及报警值设定A

mg/m3

=B

ppm

x分子量/22.4x273/(273+T)

x

P/101325PV

=nRTB

ppm

=(22.4x

Amg/m3)/分子量

2.7测量范围及报警值设定

ppm与mg/m3的转换取表中20mg/m3做为一氧化碳气体检测报警值，但是由于现场仪表其单位是ppm

，

因此在设置时要进行换算。用

pV

=nRT换算，A

mg/m3

=B

ppm

x分子量/22.4x273/

(273+T)x

P/101325A是由表查得的20

，

B是检测表待定的

，分子量加出来带进去标准状况下,273/(273+T)xP/101325部分可以估算为1。所以

，据上:一氧化碳报警值应为：

B

=22.4x20/28

B

=16ppm因此

，应将一氧化碳报警值设为16ppm

2.7测量范围及报警值设定

氯气的怎么算?按前述

，取MAC值1mg/m3做报警值

，进行换算。得：

B

=22.4x1/71

B

=0.315ppm实际现场在用仪表无法进行该数值设定

，在工业环境下使用的氯气标准气体

，

目前没有厂家可以

提供浓度为1ppm以下的氯气标准气。此时需要取其直接致害浓度88的5%做为报警值进行设定，用4.4mg/m3换算:B

=22.4x4.4/71

=1.39

ppm一般将氯气的一级报警值设为1ppm或者1.5ppm

，二级报警值设在2ppm或者3ppm。2.7测量范围及报警值设定GDS安全使用和日常维护关注事项

03

3.1气体检测报警仪安全使用及维护规程

3.2GDS的使用要求

3.2GDS的使用要求

3.2GDS的使用要求

5.1.4

报警处置

3.2