摘 要：

剖析了乙炔气体的火灾爆破风险性, 结合国内乙炔可燃气体勘探器运用现状, 经过乙炔气体勘探的各种常用传感器优缺点的比照, 提出乙炔场所的可燃气体勘探器选型及装置运用的对策。

乙炔气是工业出产的重要质料, 广泛应用于焊接切割作业上, 一起也广泛应用于化工行业, 如合成树脂、合成橡胶、合成纤维和有机溶剂等。但乙炔的化学性质极为生动, 能与许多物质发生化学反响, 衍生出上千种有机化合物。乙炔的出产、贮存和运用属于甲类火灾风险性类别, 火灾风险性大, 因此防火防爆问题十分重要。

现在, 虽然在一些乙炔的出产、充装和贮存站 (场) 都设置了一些勘探乙炔的可燃气体勘探器, 但从近几年消防检查状况看, 设备的运转状况不是很抱负。本文全面剖析了乙炔气体勘探的火灾爆破风险性、乙炔可燃气体勘探器在运用过程存在的首要问题, 经过比照几类乙炔气体勘探常用传感器优缺点, 讨论乙炔可燃气体勘探器的选型及装置运用问题。

1 乙炔的火灾爆破风险性

乙炔又名电石气, 分子式C2H2, 分子量26.04。纯乙炔是无色无味的气体, 工业用的乙炔因含有硫化氢 (H2S) 和磷化氢 (PH3) 等杂质, 故具有特别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) 。因为乙炔具有碳碳叁键化学结构, 化学性质十分生动, 能发生聚合、分化、加成、替代等反响, 所以容易发生火灾爆破。乙炔气体的火灾爆破风险性:

(1) 爆破极限规模宽。乙炔的爆破极限很宽, 在空气中的爆破极限为2.5%~100%, 是各类风险品中爆破极限最宽的一种。

(2) 焚烧能量低。乙炔的焚烧能量在各级风险物品中也是最小的, 在常压下其浓度为7.73%时, 乙炔与空气的混合气体, 最小焚烧能量是0.02 m J;乙炔与氧气的混合气体, 最小焚烧能量只有0.000 3 m J。

(3) 与空气混合物的自燃点比较低。乙炔的自燃点随着浓度和压力的改变而改变, 乙炔的浓度越高, 压力越大, 自燃点越低。

(4) 生成风险性金属炔化物。乙炔与多种金属触摸能生成风险的金属炔化物, 如乙炔和固体的银触摸后, 在银的外表会生成乙炔银, 乙炔银具有炸药的全部特性, 在金属炔化物中, 它的爆破威力最大;乙炔和固体的铜长时间触摸也会生成极易爆破的乙炔铜。

2 乙炔可燃气体勘探器在运用中存在的首要问题

现在在乙炔出产场所、充装和贮存站 (场) 的气体勘探器首要存在失效快、丈量值不稳定和对乙炔气体无反响等首要问题。

(1) 现场的乙炔可燃气体勘探器失效快。依据现场检查和用户反响, 装置在现场的乙炔可燃气体勘探器失效很快, 一般装置后一二个月就失效了。

(2) 现场的乙炔可燃气体勘探器丈量差错大。装置在现场的乙炔可燃气体勘探器对乙炔气体勘探的丈量值不稳定、差错大, 无法正常运用。

(3) 对其他气体运转正常, 对乙炔气体没有反响。现场装置的乙炔可燃气体勘探器, 运用甲烷气进行测验时, 运转正常, 运用乙炔气规范气进行测验没有反响。

3 乙炔气体勘探的常用传感器比照

乙炔气体浓度勘探的传感器首要有催化焚烧传感器、半导体传感器、红外NDIR传感器、红外光声传感器、电化学传感器、气相色谱传感技能等, 因为应用场所、精度和本钱等要素, 现在乙炔可燃气体勘探器首要选用催化焚烧传感器、半导体传感器和红外NDIR传感器, 下面对这三类传感器在乙炔气体勘探中的优缺点进行比照。

3.1 催化焚烧传感器

催化焚烧传感器由检测元件和补偿元件构成。检测元件是由铂丝绕制成线圈, 在线圈外涂由氧化铝-氧化硅组成的膏状涂覆层, 必定温度下烧结成球状多孔体, 将烧结后的小球浸渍贵金属铂、钯等的盐溶液, 再高温处理, 使在氧化物载体上形成贵金属催化层, 最终封装成元件;补偿元件和检测元件的区别是没有催化层。

当可燃气体 (如甲烷、乙炔等) 在检测元件外表无焰催化焚烧, 焚烧热使检测元件的铂丝温度升高, 电阻值相应增大, 其发热量与可燃气体的浓度成正比。空气中可燃气体的浓度越大, 焚烧发生的焚烧热越多, 铂丝的温度增高越大, 其电阻值添加的越多。只需测定检测元件铂丝的电阻改变值, 就可检测空气中可燃气体的浓度。

现有技能的催化焚烧型气体传感器作业原理如图1所示:检测元件和补偿元件串联, 和外围电路构成惠斯通电桥。

图1 催化焚烧气体传感器惠斯通电桥作业原理 下载原图

依据所用的催化剂等配方不同, 又细分为抗中毒型催化传感器、普通型催化传感器, 抗中毒催化传感器外表有抗中毒的多孔涂层, 在遇到乙炔气发生的积碳时, 因为多孔涂层不易被积碳所掩盖, 不会很快失效。普通型催化传感器没有抗中毒涂层, 遇到乙炔气体后, 发生积碳, 很快失效。

因为催化剂和气体吸附机理不同, 有些催化传感器对甲烷有反响, 对乙炔气体没有任何反响。

3.2 电阻式半导体传感器

将金属半导体氧化物资料 (MOS) 做成多孔烧结体或涂层, 在必定条件 (温度) 下, 被测气体到达半导体外表, 与吸附在半导体外表的氧, 发生化学反响的过程中随同电荷转移, 引起半导体电阻的改变, 经过丈量半导体电阻的改变实现对气体的检测。吸附氧在气敏资料外表被氧化为O2 (ad) , O- (ad) , O2- (ad) 三种吸附态, 如图2所示。

常见结构有直热式 (又称内热式) 和旁热式, 传感器由基体资料 (灵敏资料烧结体) , 加热丝和丈量电极组成。这种传感器勘探乙炔时, 线型度很差, 容易休眠, 易受环境温度、湿度的影响, 丈量的准确性很差。

图2 在气敏资料外表被氧化的三种吸附氧形状 下载原图

3.3 红外NDIR传感器

红外非色散红外传感器 (Non-Dispersive InfraRed, NDIR) , 根据不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性, 利用气体浓度与吸收强度关系 (朗伯-比尔Lambert-Beer定律) 鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置, 由红外光源、光源调制驱动器、充气滤波气室 (或者光学滤波窗) 、丈量气室和勘探器组成。其原理如图3所示。

图3 NDIR气体传感器原理图 下载原图

红外NDIR乙炔传感器能够丈量乙炔气体浓度, 并且不会发生积碳中毒, 缺点是本钱高, 易受环境温度、湿度影响。易受灰尘影响, 因为乙炔出产场所、乙炔充装和存储场所通常是半开放空间, 这样, 红外NDIR乙炔传感器经常会呈现漂移的状况。

4 乙炔可燃气体勘探器的选用和装置运用

经过上述乙炔勘探技能剖析, 依据国内一些乙炔充装贮存站的统计资料, 现在乙炔场所气体勘探器存在的首要问题是因为选用的传感器不适合形成的, 大部分选用普通催化焚烧传感器和半导体传感器。普通催化传感器有些对乙炔气体没有反响, 有些触摸了乙炔气体后, 传感器灵敏元件上发生积碳, 形成传感器失效, 从而导致勘探器的失效。半导体传感器勘探乙炔气体的线性度很差, 量程小, 会有休眠状况, 易受温度和湿度影响, 选用半导体传感器丈量乙炔的气体勘探器在实践应用中首要表现在丈量值误差大、重复性差、温湿度改变时丈量值误差大, 这些问题导致不能真实反映乙炔气体的泄露状况, 存在不报或误报的可能。

综上所述, 主张在乙炔出产、充装和存储等场所选用、测验和运用可燃气体勘探器时, 应把握以下几点:

(1) 乙炔可燃气体勘探器的规划要满足GB50493-2013《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警规划规范》的要求。

(2) 选用抗中毒催化传感器或红外NDIR传感器, 如滨海湿度大的区域, 首选抗中毒催化传感器。

(3) 丈量乙炔的可燃气体勘探器量程为0~100%LEL (乙炔LEL=2.5%VOL) , 首要丈量规模为10%LEL~60%LEL

(4) 丈量乙炔的可燃气体勘探器防爆等级应不低于ExdⅡCT2。

(5) 勘探器装置后, 检验测验规范气主张选用30%LEL或60%LEL的乙炔规范气进行测验, 不得运用甲烷等其它可燃气替代乙炔气体。

(6) 因为乙炔气的积碳等影响, 勘探器零点易受到影响, 呈现零点不稳定等现象, 运用单位需每半年进行标定和校准。