可燃气体和有毒气体检测器在化工装置中的设置

张丽，陈曼(中国五环工程有限公司，武汉 430223)

可燃气体和有毒气体检测器在化工装置中的设置

张丽，陈曼
(中国五环工程有限公司，武汉 430223)

化工装置中工艺介质多为易燃易爆或有毒有害，一旦发生泄漏并积聚在周围环境中，容易引起燃烧、爆炸、中毒，造成人员伤亡和生产设备毁坏等严重后果。针对化工装置中可燃气体和有毒气体检测器的设置，结合GB 50493—2009以及工程实践经验，对可燃和有毒气体检测器的设置场所以及检测点设置的原则作了初步介绍，并通过举例计算分析了混合气体中可燃和有毒气体检测器的设置，总结了可燃有毒气体检测器在安装时应注意的事项。

可燃气体 有毒气体 爆炸下限 最高容许浓度

化工行业许多生产装置或储运设施周边泄漏的可燃或有毒气体达到一定的浓度时，容易发生爆炸或中毒，对生产人员和设备造成重大损失。随着事故的频发以及国家和企业对可燃有毒气体危险性的重视，颁布了GB 50493—2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》[1]，即将SH 3063—1999《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》[2]升级为国家标准。该标准对可燃和有毒气体的定义、检测点的确定、可燃气体和有毒气体检测报警系统、检测器和指示报警设备的安装等都做了详细规定，笔者主要针对可燃气体和有毒气体检测器设置作进一步的探讨。

1 可燃有毒气体检测器的设置场所

首先探讨可燃气体检测器的覆盖范围与“爆炸危险区域划分图”的区域范围之间的关系。根据文献[1]，可燃气体检测器的覆盖范围是指工艺装置、系统单元和储运设施区存在使用或产生甲类气体或甲、乙A类可燃液体气化后形成的可燃气体的释放源，而且是属于第二级的释放源(预计在正常情况下不会释放，即使释放也仅是偶尔短时释放源)；在不同的场所(露天或敞开式厂房、封闭或半敞开式厂房、储运设施等)，可燃气体检测器与释放源之间有不同的检测距离要求。

根据GB 50058—92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》[3]，“爆炸危险区域划分图”的区域范围可分为爆炸性气体环境危险区域划分和爆炸性粉尘环境危险区域划分。而爆炸性气体环境危险区域是指生产、加工、处理、转运或储存过程中出现或可能出现易燃气体、易燃液体的蒸气或薄雾等易燃物质与空气混合形成的爆炸性气体混合物环境。根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间长短分级，其分为连续释放源、第一级释放源、第二级释放源。爆炸区域的范围是以可燃爆炸气体释放源为中心，根据不同的场所、不同的易燃物质，以一定的距离为半径画圆来确定的，与风向无关，与扩散的路径有关。因此，爆炸危险区域划分的范围比可燃气体检测器的覆盖范围更大。有人认为“可燃气体检测器的覆盖范围应为爆炸危险区域划分的2区内及附加2区内”，这种观点是否正确？

根据文献[2]，“生产或使用可燃气体的工艺装置和储运设施(包括甲类气体和液化石油气、甲B类液体的储罐区、装卸设施、灌装站等)的2区内及附加2区内，应设置可燃气体检测报警仪。”该规范将需要设置可燃气体的范围定义在2区内及附加2区内，并提出可根据可燃气体密度在地坑、排污沟等场所设置可燃气体检测器。根据文献[3]中关于爆炸危险区域的定义，上述通风不良的死角处应局部提高爆炸危险区域的等级，即可能由2区升级为1区或0区。文献[1]在有关气体检测器设置范围中取消了2区内及附加2区内，并明确装置发生泄漏时，比空气密度大的可燃气体和/或有毒气体，可能积聚在通风不良的工艺阀井、地坑及排污沟等场所，形成局部0区，危及生产操作安全和环境安全，此时应设可燃气体和/或有毒气体检测器。故可燃气体检测器的覆盖范围并不局限于爆炸危险区域划分的2区内及附加2区内，对于通风不良且有第二级释放源处应根据实际情况酌情考虑设置可燃气体和/或有毒气体检测器。

2 可燃和有毒气体检测点的设置

2.1一般原则

1) 可燃气体和有毒气体检测器的检测点，应根据气体的理化性质、释放源的特点、生产场地布置、地理条件、环境气候、操作巡检路线等条件，选择气体易于积累和便于采样检测之处布置。

2) 下列可能泄漏可燃气体、有毒气体的主要释放源处应布置检测点： 气体压缩机和液体泵的密封处；液体采样口和气体采样口；液体排液(水)口和放空口；设备和管道的法兰和阀门组。

以国内某大型化工企业可燃有毒气体检测点的设置为例，建议合理的设置点，供参考： a) 口径大于或等于DN450并且相应介质操作温度高于200 ℃的法兰处需设置可燃或有毒气体检测器；b) 检查和维修时，经常会打开的法兰处需设置可燃或有毒气体检测器；c) 通常动设备(鼓风机、泵、压缩机等)泄漏几率大于静设备，故动设备的密封处需设置可燃或有毒气体检测器；d) 气体检测器设置以检测操作巡检路线上的泄漏点为主，操作工较少停留地方的泄漏点可适当配置便携式气体检测器进行检测。

另外，在化工装置中，氢气是一种很常见的可燃气体，并且其摩尔质量比空气小很多，当释放源处于通风良好的露天或敞开式厂房的设备区内，根据现场调查和引进装置均可不设氢气的可燃气体检测器。

2.2混合气体的检测

在实际设计工作中经常会遇到可燃或有毒混合气体的检测报警，首先需明确并不是混合气体中含有可燃或有毒气体便需设置可燃或有毒气体检测器。文献[1]对混合气体中可燃或有毒气体的设置作了相应规定： 1) 可燃气体或其中含有毒气体泄漏时，可燃气体浓度可能达到25%爆炸下限浓度，但有毒气体不能达到最高容许质量浓度时，应设置可燃气体检测器；2) 有毒气体或其中含有可燃气体泄漏时，有毒气体质量浓度可能达到最高容许质量浓度，但可燃气体浓度不能达到25%爆炸下限浓度时，应设置有毒气体检测器；3) 可燃气体与有毒气体同时存在的场所，可燃气体浓度可能达到25%爆炸下限浓度，有毒气体的质量浓度也可能达到最高容许质量浓度时，应分别设置可燃气体和有毒气体检测器；4) 同一种气体，既属可燃气体又属有毒气体时，应只设置有毒气体检测器。

笔者以化工装置中常见的几种可燃或有毒混合气体为例，通过计算来探讨混合气体中可燃和有毒检测器的设置。

2.2.1混合气体为两种或两种以上的可燃气体

假设混合气体中含有氢气和甲烷两种可燃气体，其体积分数分别为10%和20%。根据文献[1]中的常用可燃气体、蒸气特性表可查知氢气的爆炸下限浓度[1]为4%，甲烷的爆炸下限浓度为5%，所以当25%爆炸下限浓度时两种气体均应设置可燃气体检测器，但由于混合气体组分固定，可通过计算求取先到达爆炸下限浓度的气体组分，只设置一种可燃气体检测器来进行检测报警。

首先假设有100单位体积气体，计算当这100单位体积气体中两种可燃气体分别达到爆炸下限浓度的25%时混合气体的体积为

(1)

式中：ρ——爆炸下限浓度；φ混合气——混合气体体积分数。

根据公式(1)计算，每单位体积气体达到爆炸下限浓度时，混合气中，氢气的体积分数为10%，甲烷的体积分数为6.25%。所以当混合气体泄漏达6.25%时，其中甲烷已经达到了爆炸下限浓度。由此可知，这种混合气体中只需设置甲烷可燃气体检测器即可。若混合气体中含有两种以上可燃性气体，计算方法依此类推。

综上所述，若混合气体为两种或两种以上的可燃气体，则首先判断混合气体中每种可燃气体体积分数是否达到25%爆炸下限值，然后针对可燃气体体积分数可能达到25%爆炸下限值的气体，通过计算判断哪种气体先达到25%爆炸下限浓度值，则设置该种气体的可燃气体检测器。

2.2.2混合气体为两种或两种以上的有毒气体

假设混合气体中含有一氧化碳和硫化氢两种毒性气体，其体积分数分别为5%和0.1%。一氧化碳的摩尔质量为28 g/mol，硫化氢的摩尔质量为34 g/mol。标准状态下气体的摩尔体积为22.4 L/mol。由此可以计算出1 m3混合气体中每种有毒气体的质量浓度：

(2)

式中：φa——混合气体中某气体的体积分数；M——气体摩尔质量，g/mol；V——气体摩尔体积，L/mol。

根据公式(2)计算，一氧化碳的质量浓度为6.25×104mg/m3，硫化氢的质量浓度为1.5×103mg/m3。根据文献[1]中的常用有毒气体、蒸气特性表可查知，一氧化碳的短时间接触容许质量浓度[1]为30 mg/m3，硫化氢的最高容许质量浓度[1]为10 mg/m3，则一氧化碳和硫化氢均超出100%最高容许质量浓度/短时间接触容许质量浓度，以下再计算两种气体最高容许质量浓度/短时间接触容许质量浓度下的体积分数φ′：

(3)

式中：ρ′——气体最高容许质量浓度/短时间接触容许质量浓度，mg/m3。

将一氧化碳和硫化氢的最高容许质量浓度/短时间接触容许质量浓度、气体摩尔质量和摩尔体积代入公式(3)中，可得出一氧化碳的短时间接触容许质量浓度下的体积分数为2.4×10-3，硫化氢的最高容许质量浓度下的体积分数为7×10-4。混合气体中，一氧化碳的体积分数是硫化氢的50倍，而一氧化碳最高容许体积分数是硫化氢的3.6倍，故一氧化碳会先达到最高容许质量浓度/短时间接触容许质量浓度，该混合气体中只设置一氧化碳有毒气体检测器即可。

综上所述，若混合气体为两种或两种以上的有毒气体，则首先判断混合气体中每种有毒气体浓度是否达到最高容许质量浓度/短时间接触容许质量浓度，然后针对有毒气体浓度可能达到最高容许质量浓度/短时间接触容许质量浓度的气体，通过计算判断哪种气体先达到最高容许质量浓度/短时间接触容许质量浓度，则设置该种气体的有毒气体检测器。

2.2.3混合气体为可燃气体和有毒气体

假设混合气体中含有可燃气体(甲烷、氢气)和有毒气体(硫化氢、一氧化碳)，其中甲烷体积分数为4%、氢气体积分数为15%、硫化氢体积分数为0.1%、一氧化碳体积分数为23%。甲烷的爆炸下限浓度为5%，氢气的爆炸下限浓度为4%，所以该混合气体中甲烷和氢气均可能达到25%爆炸下限浓度，根据公式(1)计算，每单位体积气体达到25%爆炸下限浓度时混合气体的体积，甲烷为31.25%，氢气为6.67%，故当混合气体泄漏6.67%时，氢气比甲烷先达到25%爆炸下限浓度。

根据公式(2)计算，硫化氢的质量浓度为1.5×103mg/m3，一氧化碳的质量浓度为2.9×105mg/m3，硫化氢和一氧化碳均超出了其100%最高容许质量浓度/短时间接触容许质量浓度。根据公式(3)，可得出硫化氢的最高容许质量浓度下的体积分数为7×10-4，一氧化碳的短时间接触容许质量浓度下的体积分数为2.4×103。混合气体中，一氧化碳的体积分数是硫化氢的230倍，而最高容许体积分数中一氧化碳是硫化氢的3.6倍，故一氧化碳比硫化氢先达到最高容许质量浓度/短时间接触容许质量浓度。

以下再比较该混合气体中氢气和一氧化碳谁先达到25%爆炸下限浓度和最高容许质量浓度/短时间接触容许质量浓度。由于每单位体积气体达到25%爆炸下限浓度时，氢气占6.67%，每单位体积达到100%最高容许质量浓度/短时间接触容许质量浓度时，一氧化碳占2.4×10-3，即当混合气体泄漏2.4×10-3时，一氧化碳会比氢气先达到报警值，故该混合气体中只设置一氧化碳有毒气体检测器即可。

综上所述，若混合气体为两种或两种以上的可燃和有毒气体，则首先判断混合气体中每种可燃气体体积分数是否达到25%爆炸下限浓度值以及每种有毒气体质量浓度是否达到最高容许质量浓度/短时间接触容许质量浓度，然后针对可燃气体体积分数可能达到25%爆炸下限浓度值的气体，通过计算判断哪种气体先达到，则设置该种气体的可燃气体检测器；以及针对有毒气体质量浓度可能达到最高容许浓度/短时间接触容许质量浓度的气体，通过计算判断哪种气体先达到，则设置该种气体的有毒气体检测器。最后将先达到25%爆炸下限值的可燃气体与先达到最高容许质量浓度/短时间接触容许质量浓度的有毒气体比较，看谁先达到报警值，就设该种气体的可燃或有毒气体报警器。

3 结束语

可燃和有毒气体的检测和报警直接关系到现场设备和人员的安全。可燃和有毒气体检测器的设置并非设置得越多越好，应根据气体的理化性质、释放源的特性、生产场地布置、地理条件、环境气候、操作巡检路线等条件综合考虑，合理设置。关于检测器的选用，应考虑使用环境温度及被检测气体与安装环境中可能存在其他气体的相互影响。

[1]中国石化集团洛阳石油化工工程公司.GB 50493—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.

[2]王怀义，王毓斌，王子平.SH 3063—1999石油化工企业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，1999.

[3]中华人民共和国化工部.GB 50058—92爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范[S].北京： 中国计划出版社，1992.

[4]冯省利.石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范的应用体会[J].石油化工自动化，2012，48(03)： 16-20.

[5]祝晋.化工过程中可燃有毒气体检测仪的设置及选型[J].化工自动化及仪表，2011，39(05)： 585-586.

[6]唐涛.实施《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》的一点体会[J].石油化工自动化，2004，40(01)： 26-27.

[7]陆国平.可燃气体和有毒气体监控系统的发展趋势[J].石油化工自动化，2005，41(06)： 17-20.

[8]王子平.正确设计可燃气体和有毒气体检测报警系统[J].石油化工自动化，1998，34(04)： 9-13.

[9]刘春，张平.可燃气体和有毒气体检测报警系统的设计探讨[J].石油化工自动化，2006，42(06)： 1-4.

[10]刘定伦.可燃/有毒气体检测报警控制系统[J].石油化工自动化，2011，47(03)： 39-41.

施耐德电气赵国华出席重庆市长

国际经济顾问团会议第八届年会

2013年9月23日，全球能效管理专家施耐德电气受邀出席重庆市长国际经济顾问团会议第八届年会。会上，施耐德电气集团主席兼首席执行官赵国华先生与重庆市政府领导以及其他来自全球的30余位市长国际经济顾问团代表就“城镇化发展的机遇与挑战”进行了深入广泛的分享和交流。凭借公司“GO WEST”发展战略和承诺，以及在智慧城市领域的先进解决方案和整合服务，施耐德电气希望为重庆的新型城镇化发展献计献策，并提供鼎力支持。

作为全球能效管理专家，施耐德电气认为，以智慧城市为发展目标的新型城镇化战略将成为包括重庆在内的中国城市应对挑战、建立可持续的经济和社会发展环境的重要战略举措。智慧城市建设应该以市民为中心，以技术为推动力，联合本地乃至全球的商业合作伙伴，共同打造一个和谐、可持续的城市管理系统。

年会上，赵国华先生表示：“建设‘智慧城市’是一个需要时间和耐力的征程，需要政府、企业、市民以及生态环境中的各方参与者携手努力。施耐德电气多年来一直致力于创新能效科技，希望协助打造更高能效、更加可持续的经济体系，满足不同类型客户和合作伙伴的业务需求。凭借施耐德电气全面的智慧城市解决方案以及丰富经验，我们有信心与以重庆为代表的中国城市共同努力，为中国的新型城镇化建设贡献力量，建设一个和谐、美丽的中国。”

施耐德电气曾参与全球超过200个智慧城市建设项目，拥有在智慧城市领域创新、整合的服务能力和丰富的实践经验，为智慧城市建设打造的五大智慧解决方案及整合服务，涵盖了智慧能源、智慧移动性、智慧水务、智慧公共服务和智慧建筑等。创新能力、先进方案和最佳实践的结合，能够助力中国的城市尤其是以重庆为代表的西部地区城市把握新型城镇化发展的历史机遇，推动中国经济的转型和可持续发展。(施耐德电气(中国)有限公司)

SettingsofCombustibleGasandToxicGasDetectorinChemicalDevice

Zhang Li, Chen Man

(Wuhuan Engineering Co. Ltd.，Wuhan，430223，China)

In the process of chemical plant, the majority of process medium is flammable or toxic and harmful. It’s easy to cause combustion, explosion, poisoning and causing casualties, equipment damage and other serious consequences once there is leakage and accumulation around the environment. According to setting of combustible gas and toxic gas detector in chemical plant, combining with GB 50493—2009 and engineering practice, the principle for set places of combustible and toxic gas detector is introduced as well as the detection point, and the setting of flammable and toxic gas detector is analysised by calculation with example. The matters needing attention in installation of combustible and toxic gas detector are summarized for reference.

combustible gas；toxic gas；lower explosion limit；maximum allowable concentration

稿件收到日期：2013-02-21，修改稿收到日期2013-05-28。

张丽(1984—)，女，湖北武汉人，2008年毕业于武汉大学控制理论与控制工程专业，获硕士学位，现工作于中国五环工程有限公司电控室，任工程师。

TP277

B

1007-7324(2013)05-0020-04