常见可燃气体、有毒气体及氧气探测器的量程、报警值的设置
可燃气（H2)报警器、可燃气（CH4)报警器、可燃气（异丁烷)报警器、可燃气（EO)报警器、硫化氢报警器、一氧化碳报警器、氧气报警器、PID（苯）报警器、氨气报警器、二氧化硫报警器、氯气报警器、EO 有毒报警器、丙烯腈报警器、HCN报警器、醋酸报警器、过氧化氢报警器、甲醇报警器、二甲基二硫、一氧化氮、二氧化氮、甲醛、苯酚、丙酮、乙苯、二甲苯(全部异构体)、苯乙烯的常用量程和报警值设置如下表所示。注:气体检测报警仪的报警值设定按照《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》(GBT50493-2019)标准要求执行.1、可燃气体的一级报警设定值应小于或等于 25% LEL;2、可燃气体的二级报警设定值应小于或等于 50% LEL;3、有毒气体的一级报警设定值应小于或等于100% 0EL;4、有毒气体的二级报警设定值应小于或等于 200% 0EL;5、环境氧气的过氧报警设定值宜为23.5%VOL，欠氧报警设定值宜为 19.5% VOL;6、部分报警值超出现场仪表测量范围，无法精确测量，是以直接至害浓度(IDLH)的5%、10%设置的一级、二级报警（已备注）;[post cid="390" /]
氢气探测器原理对比、研究进展与应用
氢气是一种无色无味的可燃气体,氢气具有诸多特殊性质, 如非常小的密度(0.0899 kg/m3 )、低点燃能 (0.017 mJ)和高燃烧热(1.42×108 J/kg), 在空气中燃烧范围宽(4%~75%)、扩散系数大且易对材料力学性能产生劣化等. 氢气传感器按照原理可以分为催化型、电化学型、半导体型、光纤型、声学型、热导率型和机械型等. 其中, 前3种氢气传感器的研究起步较早, 目前已实现商用化; 随着光学测试技术及光纤通信技术的快速发展, 光纤型传感器因为其安全性高、抗干扰能力强等优势成为了近期的研究热点; 声学型主要是指声表面波氢气传感器, 它的技术优势在于响应快与灵敏度高, 目前尚处于研究阶段; 热导率型和机械型氢气传感器的研究较少.1 催化型氢气传感器 催化型氢气传感器的工作原理是通过测量氢气和氧气在传感器表面发生催化反应所释放的热量来检测氢气的浓度. 这种类型的传感器可以用于检测包括氢气和甲烷在内的所有可燃性气体, 因此气体选择性差是催化型氢气传感器的主要缺陷. 催化型氢气传感器按照反应热检测方式分为两类: 催化元件式和热电式. 最早的催化元件式传感器是1923年由Jones提出的, 当时主要用于甲烷的检测. 催化元件式氢气传感器的基本结构如图1(a)所示, 包括催化剂(通常是贵金属钯或铂)、载体和铂丝线圈等, 其中一个载体表面涂有催化剂, 另一个载体作为补偿元件, 表面没有催化剂, 铂丝线圈置于载体上. 氢气与氧气在催化剂的作用下反应放热, 使涂有催化剂的载体温度升高, 引起铂丝线圈电阻变化, 利用惠斯通电桥对其进行测量, 实现氢气传感. 催化元件式氢气传感器使用寿命长、结构简单且性能稳定, 但能耗较高。 随着人们对热电技术和热电材料研究的不断深入, 热电效应也被引入催化型传感器技术中. 受热后的热电材料中, 电子(空穴)会沿温度梯度的方向由高温区往低温区迁移, 产生电流或电荷堆积. 利用该原理, 人们开发了热电式氢气传感器, 其基本结构如图1(b)所示. 当催化燃烧产生的热量使表面覆盖催化剂的热电薄膜温度升高时, 两个热电薄膜间的温差导致二者间产生电势差, 从而在外电路形成电信号. 热电式氢气传感器 是一种自供能式传感器, 相比催化元件式氢气传感器 有效地降低了能耗. 当前, 热电式氢气传感器的研究主要集中在催化 表面结构和热电材料的选择上. 催化表面厚度和纳米颗粒大小对催化性能有明显的影响, 采用金属铂作为催化剂时, 最佳的催化活性在Pt厚度为60 nm时, 且Pt颗粒越小催化活性越好. 催化型氢气传感器具有响应速度快、寿命长、准确度高等优势, 目前技术发展较为成熟, 已实现商业化 生产. 但这种传感器的气体选择性差, 并且必须在有氧气的环境中才能实现测量.另外, 催化型氢气传感器在工作中会释放大量热量, 有引燃或爆炸的危险, 在密闭空间中无法使用.2 电学型氢气传感器 电学型氢气传感器主要包括电化学型、电阻型、半导体型和电容型4种.2.1 电化学型 电化学型传感器的基本原理是氢气在传感电极表 面发生的电化学反应, 根据检测手段, 具体可分为电流 型和电位型两种. 电流型氢气传感器 的原理如图2(a)所示, 氢气扩散至感应电极处, 感应电极吸收氢气并分解成H+ 和e – , 氢离子通过电解液传递 至对电极处, 在对电极发生还原反应生成水, 电子在电 极间转移形成电流被检测到. 当气体在传感电极处的扩散速度远远低于在电极反应速度时, 结合法拉第定律和菲克扩散定律, 可以推导出电流和氢气浓度之间的关系: 在实际应用中, 为了增强传感器的抗干扰能力, 常常会引入一个参考电极, 用以保持工作电极在传感过 程中的热力学电位恒定. 电流型传感器一般使用液体电解液, 最常用的是硫酸水溶液, 但硫酸水溶液易吸附水分, 在环境湿度较高时电池结构会膨胀变形导致电解液泄漏, 且电解质稀释也会影响H+ 的传递, 使响应信号偏移, 限制了电流型氢气传感器的实际应用. 与电流式传感器不同, 电位式传感器的检测信号 是传感电极和参比电极之间的电势差, 在理想情况下 可以实现零电流工作. 电极电位与氢气浓度的关系. 相比于电流式传感 器更易实现微型化. 不同于电流式传感器测量信号与氢气浓度的线性关系, 电位式传感器的响应信号与氢气浓度呈对数关系, 在高浓度下的测量精度较差. 在近几年的研究中, 电位式氢气传感器大多使用固态电解质, 相较液态电解质可以防止泄漏, 结构稳定性也得到了增强, 并且可以保证高温环境下的正常工作.2.2 半导体型 半导体型氢气传感器按测量原理可以分为电阻式和非电阻式两种. 当金属氧化物暴露在还原性气体中时, 它们的电阻会发生变化, 电阻式氢气传感器就是利用这个原理检测氢气. 在绝缘基片上涂覆一层金属氧化物, 当环境氢气浓度变化后, 测量金属氧化物的电阻进而得到氢气浓度, 二者近似呈线性关系. 常见的氢敏金属氧化物有ZnO、SnO2、TiO2、MoO3、WO3等. 电阻式氢气传感器的显著缺点是气体选择性差, 所有 的还原性气体都会引起电阻值的变化, 一般可以通过表面改性或添加纳米颗粒来改善电阻式氢气传感器的性能. 例如, 可以在其中掺杂金属钯(Pd)或者铂(Pt)等对氢气选择性较好的金属颗粒来提升对氢气的选择性. 半导体型氢气传感器的优点在于其结构简单、体积小、易集成、成本低、响应快, 适合大规模的生产和使用, 但受电磁干扰影响大, 易产生信号漂移, 难以 在环境较为恶劣的情况中使用. 此外, 使用时可能产生电火花, 存在燃烧、爆炸等安全问题.2.3 电容型 电容型氢气传感器的基本原理是氢敏材料吸收氢 气后发生形变引起电极的位移, 导致其电容发生变化. 近年来, 这种传感器一般都与MEMS技术相结合, 实现器件微型化和集成化, 所以这种传感器也可以称作电容MEMS式传感器. 其中, 电容型传感器检测低浓度氢气, 热导率传感器则检测高浓度的氢气, 该传感器功耗较低、气体选择性较好、检测范围较大, 极大程度上克服了热导率式氢气传感器的 缺点.3 光学型氢气传感器 随着近些年光学测试技术及光纤通信技术的发展, 以光纤作为载体, 通过光波信号感知和传输环境参数的光学传感技术也被应用于氢气浓度检测中, 一般也可以称为光纤型传感器. 催化型和电学型氢气传感器在常温常压下可以快速准确地响应氢气的浓度, 目前已经在工业中应用, 但这些基于电学特性的传感器 在使用过程中可能产生火花, 有引起氢气爆炸的可能性, 存在安全隐患. 而光纤型传感器通过敏感材料和光信号来检测氢气, 本质安全且不受电磁干扰, 同时还具 有体积小、测量范围广、耐高温高压等优点, 近年来引起了广泛的关注与研究. 光纤型氢气传感器分为微镜式、光栅式、干涉式、表面等离子体共振式、倏逝场式以及拉曼散射式几种.3.1 微镜式 微镜式氢气传感器(micromirror hydrogen sensors) 利用光学反射的原理, 在光纤的端面涂覆一层氢敏材料, 接触氢气后端面的反射率发生变化, 通过检测反射 光强度来检测氢气浓度, 其结构如图3(a)所示. 该传感器被用于欧洲某型号火箭发动机的氢气泄漏检测. 微镜式传感器是目前发展较为成熟的一种光纤型氢气传感器, 这种传感器的结构简单, 成本较低, 响应时间快, 后期信号处理简单.3.2 光纤FBG式 光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)是指在光纤纤芯内构造空间相位周期性分布的光栅, 当光通过光栅时, 某一波长的光会发生反射, 反射波长与周期 和有效折射率有关, 又称布拉格波长: 在光栅处 涂覆氢敏材料, 当环境中氢气浓度发生变化时, 氢敏材料产生应变, 引起光栅的形变, 从而改变光栅的周期和有效折射率, 通过测量反射光的中心波长进而得到氢气浓度. 光纤FBG式氢气传感器的结构如图3(b)所示. FBG式传感器依赖于波长调制检测方式, 现阶段还依赖宽带光源和光栅解调仪等昂贵设备以及复杂的信号处理系统. 但相比其他光纤传感器, 光纤FBG式传 感器可在同一根光纤上布置多个光栅结构, 同时测量温度、湿度等环境参数, 更容易实现分布式测量和环 境特征补偿, 因此FBG式传感器是目前光纤型氢气传感器的研究热点.3.3 干涉式 最早的干涉式光纤氢气传感器出现在1984年, Butler利用Mach-Zehnder干涉法制造了世界上第一个光纤氢气传感器. 干涉式光纤氢气传感器由两条干涉臂 (两条光纤)和检测系统组成, 其中信号臂上镀一层氢敏材料, 另一条作为参考臂, 光信号经过时, 氢敏材料受 氢气浓度影响发生应变, 导致光纤长度发生变化, 信号 臂和参考臂之间产生光程差, 经过耦合器后发生干涉, 检测得到相位信息进而得到氢气浓度. 干涉式氢气传感器均具有很高的灵敏度和较好的重复使用性, 但传统的M-Z式等干涉式传感器结构比较复杂, 易受环境的干扰. 随着光纤制造工艺的不断发展, 通过飞秒激光微加工与光纤熔接等方式可以实 现干涉式氢气传感器的微型化. 相比其他几种干涉式光纤传感器, F-P式传感器不需要复杂的光路, 仅在微小的光学反射腔内就可实现多束光干涉, 克服了传统干涉式氢气传感器易受环境干扰和难以实现微型化的缺点. F-P式传感器的基本结 构如图3(c)所示, 由光纤端面和敏感薄膜构成两个相互平行的反射面, 反射面之间的部分是F-P腔体, 敏感薄 膜吸收氢气后发生形变改变腔长, 引起反射光光谱的变化, 实现氢气浓度的检测.3.4 表面等离子体共振式和倏逝场式 表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)是指光在光疏到光密(通常是金属)界面发生全反 射时, 产生的倏逝波与金属表面的自由电子局部振荡 形成的表面等离子体波传播常数ksp相匹配时, 会发生共振, 造成光波能量被大量吸收, 反射光光强急剧下降: 光纤型SPR氢气传感器的结构如图3(d)所示, 在光纤表面镀 一层金、银, 或者银和钯的复合材料, 在氢气环境下, 金属薄膜的折射率发生变化, 表面等离子体波的传播常数发生变化, 引起反射光谱的共振峰产生偏移, 通过 检测共振频率ωs的变化实现氢气浓度的检测. 还有一种倏逝场式氢气传感器也具有类似的原理与结构, 不同的是, 倏逝场式氢气传感器通过检测透射光强度变化来实现传感. 光纤SPR氢气传感器的研究主要集中于传感机理和敏感膜的设计等方面. 光纤SPR式氢气传感器在常温下的灵敏度较高, 响应速度快, 但检测范围较小, 有待进一步的研究与改进.3.5 拉曼散射式 拉曼散射(Raman scattering)是分子内振动和光学 声子等元激发与激光相互作用而产生的非弹性光散射, 常用于样品分子组成的判别和定量分析. 拉曼散射的 散射光强度与入射光强度、分子拉曼横截面和样品浓度呈正比, 拉曼散射式氢气传感器就是基于这个基本原理设计的. 受激拉曼散射(stimulated Raman scattering, SRS)是 增强型拉曼散射的典型代表之一, 它属于非线性拉曼 散射, 需要功率达到或超过激励阈值的脉冲光源激发. 如图3(e)所示, 当泵浦光频率ωp、斯托克斯光频 率ωs二者频率差Δω与氢分子的振动或旋转跃迁频率匹 配时, 泵浦脉冲的强度降低, 而斯托克斯光获得增益, 检测二者的光强变化可实现氢气浓度的检测. 相比于 自发拉曼散射, SRS的散射信号强, 拉曼散射式氢气传感器无须考虑其他气体的交叉敏感问题, 灵敏度高, 响应时间短, 优于光栅型和干涉 型氢气传感器. 但相比微镜式和光栅式等其他类型光纤型氢气传感器, 拉曼散射式氢气传感器的光路复杂, 通常需要两个高功率光源和滤波器、偏振控制器等光 学器件, 而且多数需要将氢气吸入空芯光纤或气室, 会导致传感器寿命缩短.3.6 复合式及其他光学型氢气传感器 目前, 光纤型氢气传感器的研究和制备已经不局限于一种结构, 很多报道将微镜式、FBG式、F-P式相 互结合, 开发了复合式氢气传感器, 主要是为了弥补单 一传感器对温度、湿度等因素的交叉敏感性, 同时兼顾提升灵敏度及响应速度等性能. 除了常见的几种光纤型氢气传感器, 也有一些学者基于某些特殊的光纤结构开发氢气传感器.3.7 光学氢敏材料 光纤型氢气传感器的性能直接受氢敏材料种类和结构的影响, 氢敏材料必须对氢气具有良好的敏感性 和选择性, 并且可以通过材料某种性能的变化反映环 境中氢气浓度的变化, 而这种变化关系必须是稳定且可逆的. 最常见的氢敏材料是金属钯(Pd), Pd对氢 气有专一选择性, 并具有较高的灵敏度, 1体积的Pd可 以吸收大约自身体积900倍的氢气. 然而, 纯Pd薄膜反 复吸收氢气容易导致开裂、起泡和分层, 因此目前的 光纤型氢气传感器大多采用Pd合金作为敏感材料, 如 Pd/Ni合金、Pd/Ag合金、Pd/Au合金、Pd/Cu合金等. 相比纯Pd薄膜, Pd合金可以缩短响应时间, 提高敏感膜的稳定性和可靠性. 此外, 一些VI B族金属氧化物也是 常见的氢敏材料, 但是它们本身对氢气分子不敏感, 需要掺杂贵金属参与催化, 例如WO3、MoO3等, 在一定 温度下, WO3可以在Pd或Pt催化下将氢气分子断裂成 为氢原子, WO3可以与还原性气体发生反应, 使其透射 谱发生变化, 从而实现氢气浓度的检测. 相较基于Pd 的光纤氢气传感器, 基于WO3的传感器在空气中通常 具有更好的性能, 然而金属氧化物氢敏感膜是消耗型 的, 不适合在密闭环境使用. 近些年, 纳米技术和加工工业的快速发展也促进 了氢敏材料的合成与结构改性的研究, 对传感器性能 有着显著的提升. 不少学者采用Pd或Pd合金纳米膜和 纳米线作为敏感材料, 纳米结构的接触面大, 可以大幅提高传感器的灵敏度, 同时也可以进一步改善Pd吸收 氢气后的氢脆现象. 随着材料科学和加工技术的不 断发展, 一些新型的材料也被用作氢传感器的敏感材料.4 声表面波氢气传感器 声表面波(surface acoustic waves, SAW)型氢气传 感器是利用声表面波传播经过氢敏材料(如钯或钯合 金)后, 受氢敏材料吸收氢气后电导率或质量等特性变 化的影响, 声表面波的频率会发生变化的现象. SAW型传感器相比其他传感器最大的优势在于非 常短的响应时间和很高的灵敏度, 但缺陷是受环境温 度影响大, 高温下响应不稳定, 目前的研究大多是在常 温下进行, 主要围绕敏感膜的材料选择和结构设计.5 各传感器的对比及商用状况 表1筛选了一些文献中性能较好的氢气传感器. 对于不同类型的氢气传感器, 目前研究的关注点略有不 同. 例如, 对于催化型传感器, 会考虑传感器的功耗和 操作温度, 电学型传感器通常会评价信噪比、输出电 流电压以及温湿度的影响, 光纤型传感器则会更关注 灵敏度和信号解调. 按照响应时间来评价, 催化元件 式、电容式、微镜式和SAW式传感器的响应时间通常 小于10 s, 电化学式、半导体式和SPR式传感器的响应 时间通常不超过30 s, 光栅式、干涉式和热电式传感器 的响应时间大多在1 min左右甚至更长. 由于不同类型 传感器的灵敏度采用不同的单位制, 因此本文以检测 下限进行比较. 半导体式、SAW式和拉曼散射式氢气 传感器的检测下限明显优于其他类型, 可以达到 10 ppm以下; 催化型和光纤型氢气传感器的检测下限 大多在几百ppm左右. 传感器灵敏度会受到测量范 围、环境温湿度以及敏感材料种类和厚度等因素的影 响, 温湿度环境改变会对传感器的灵敏度产生不同程 度的影响. 对于光纤型氢气传感器, SPR式和干涉式的 灵敏度相对较高, 可以达到10 nm/%以上, 但是这两种传感器易受测量环境干扰. 光栅式的灵敏度相对较 低, 目前普遍在3 nm/%以下, 但易于进行温湿度补偿 和实现分布式测量, 便于工业应用, 因此近年来光栅式 氢气传感器的研究重点集中在通过开发新型敏感材料 和光栅结构来提升其灵敏度, 扬长避短. 微镜式和拉曼 散射式传感器的检测手段大多属于散射光强度调制, 绝大多数文献没有给出具体的灵敏度数值, 因此表1中 没有给出这两种传感器的灵敏度. 微镜式传感器的优 势在于结构简单、响应快, 但结构限制使其无法实现 分布式测量; 拉曼散射式传感器目前相关研究较少, 其 优势在于检测下限低、响应时间快、无需敏感材料, 但其光学系统相对复杂. 综上所述, 催化型氢气传感器的结构简单、响应 时间快, 然而工作温度较高, 大多超过100°C, 存在一定 的安全隐患, 而且对于甲烷等气体存在交叉敏感性, 使 用时环境中必须存在氧气. 电学型氢气传感器的检测 下限和响应时间都非常优异, 易于集成化和微型化, 但 其对温湿度变化非常敏感, 信号还容易受到电磁干扰 产生漂移, 且电信号检测可能会产生电火花, 用于氢气 检测时存在一定的安全隐患. 光纤型传感器对温湿度 的敏感性最低, 更加适用于高温/高湿度等恶劣环境下 的氢气检测, 而且本质安全、抗电磁干扰性强, 易于实 现分布式测量, 但响应时间较长、检测下限低, 且后期 信号处理复杂, 缺少技术成熟的信号解调与检测系统. 声学型传感器的灵敏度高、响应快, 但是高温下响应 不稳定, 有待进一步的研究. 我们对商用氢气传感器进行了市场调研, 在表2中 列举了几种性能较好的商用氢气传感器. 目前市场上的氢气传感器有催化型、电化学型、半导体型和光纤 型, 其中光纤型氢气传感器虽然文献研究较多, 但商用化较少, 电化学型和半导体型氢气传感器占据市场份 额最大, 美克森、费加罗、EC、瀚达、炜盛等品牌均有成熟的产品. 催化型和电学型氢气传感器大多测量 范围可选, 灵敏度高, 响应时间不超过1 min, 基本可以 满足一般的工业需求. 电学型氢气传感器的寿命可达 10年, 催化型传感器寿命较短, 一般为3年. 目前, 电学 型氢气传感器产品的工作温度范围都很小, 大多只能 在常温下工作, 不能在高温、高湿度等恶劣环境下工 作, 尤其是半导体氢气传感器对环境湿度的要求较高. 光纤型传感器的使用温湿度范围较大, 然而其灵敏度 和稳定性远不如其他几种商用氢气传感器, 且价格昂 贵, 依赖价格过万的信号解调设备. 传感器的性能不能仅通过一种或几种性能的优劣 来判定, 应结合实际应用场景进行综合评价. 目前国内尚无有关氢气传感器的技术指标, 可以参考GB 12358- 2006中规定的对可燃气体检测报警仪的技术指标: 检测误差在±5%以内, 响应时间在30 s以内, 在–10~50°C 可正常工作2 h. 在电力变压器和燃料电池等产业中也 有对氢气检测的需求和规定. 电力系统中为保证电力 变压器的健康运行, 氢气浓度存在标准(100 ppm)、小心(101~700 ppm)、警告(701~1800 ppm)和危险 (>1800 ppm)四级标准, 这就要求氢气传感器具有较 高的分辨率和灵敏度, 目前商用的电化学和半导体型 氢气传感器可以满足要求. 燃料电池汽车常见的操作 温度区域为–40~27°C, 美国国家可再生能源实验室在 2011年发布的报告显示, 车载燃料电池所用的氢气传 感器应具备1%氢气环境中1 s的响应时间, 0.1%的检测 下限, 以及–40~40°C和5%~95%的工作环境. 结合 表2可知, 目前的商用氢气传感器的响应时间过长, 且除光纤型传感器, 其他类型的氢气传感器均需要进一 步拓展工作温湿度范围.本文摘录自《氢气传感器研究的进展与展望》
氢气探测器采用哪种原理？能否采用催化燃烧型
根据GB/T 50493-2019 《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》的 条文说明一般检测可燃气体的催化燃烧方式的探测器对氢气有引爆性，对氢气的检测常选用专用的催化燃烧型氢气探测器或采用热传导型探测器或电化学型探测器。因此氢气探测器可选用专用的催化燃烧型、电化学型、热传导型或半导体型检(探)测器。[post cid="550" /]
1 常用可燃气体探测器1.1 催化式可燃气体探测器 催化式可燃气体探测器利用催化燃烧的热效应原理如图１所示。 由图１可知，检测元件和补偿元件配对构成惠斯通电桥，其中检测元件一般由带电加热的铂丝电阻与其表面的催化剂组成，对铂丝电阻通电，使检测元件保持一定高温。当可燃气体存在时，在检测元件催化剂作用下发生无焰燃烧，铂丝电阻温度升高，电阻值上升，从而使电桥失去平衡。通过惠斯通电桥精确测量检测元件的阻值变化，即可计算出可燃气体浓度。 催化式可燃气体探测器成本低，输出信号线性好，但寿命较短，一般只有２ａ。监测区域若存在Ｈ２Ｓ等气体泄漏时易导致探测器中毒，给安全管理带来隐患。1.2 红外式可燃气体探测器 红外式可燃气体探测器利用可燃气体对红外波段的吸收特征来识别可燃气体，并通过检测气体对红外线的吸收强度计算可燃气体浓度。由Ｌａｍｂｅｒｔ Ｂｅｅｒ定律可知，接收端衰减后光强度I0 的计算式为I0=I×10^(-klc)（１） 式中：I———发射端光强度；k———光的吸收系数，与光的波长相关；l———光程长度；c———气体物质的量的浓度。 由式（１）得知，当光的波长和光程长度一定时，通过测量接收端光强度，即可求得犮。当一束红外波穿过可燃气体时，气体的吸收导致特定波段红外波强度衰减，通过检测接收端红外波吸收带分布特征及相应的犐０，即可识别气体类型并得到相应气体浓度。红外式可燃气体探测器有点式和线型两种类型。点式探测器在海上平台应用广泛，其响应速度快，灵敏度高，由于点式红外式探测属于吸入式探测，因此易受风向以及气体扩散的影响。线型探测器又称为开路式可燃气体探测器，由红外发射器、红外接收器及相关电路组成，可探测发射器与接收器之间光路上的可燃气体，相比于点式探测器，线型探测器覆盖范围更广，最远可达百米左右。由于海上平台设备布置紧凑，线型探测器易受设备遮挡的影响，因此常作为点式探测器的补充，布置于危险区域边界。1.3 超声波式可燃气体探测器 超声波式可燃气体探测器通过检测泄漏发出的超声波来识别气体泄漏。当压力管道或设备存在泄漏点时，由于内外压差较大，气体会从泄漏点向低压端冲出，形成湍流，在泄漏点附近产生一定频率的振动，形成声波。声波频率与泄漏点的压强有关，压强较小时，发出人耳可闻的漏气声，当压强较大，声波频率大于２０ｋＨｚ时，称为超声波，人耳无法听到，但可通过收音装置接收，并转换成电信号。超声波式可燃气体探测器具有如下优缺点：１）优点：a）速度快。相比于传统的红外可燃气体探测器，超声波式可燃气体探测器无需与泄漏气体接触，因此可燃气体泄漏一旦发生即可立刻被捕捉。b）灵敏度高。超声波探测器不需要泄漏气体的扩散累积过程，因此可识别气体的微小泄漏。２）缺 点：a）适用范围有限。超声波式可燃气体探测器适用于高压设备区域，如段塞流捕集器、天然气压缩机等，适用范围有限。b）超声波式可燃气体探测器易受背景噪音的影响，产生误报警，如压缩机运行、安全阀泄放、气动执行器动作等。因此需考虑平台正常运行噪声频率，调整超声波探测器触发设置。c）超声波式可燃气体探测器只能判断是否存在泄漏，无法给出泄漏气体成分及泄漏浓度。2 光谱成像可燃气体探测器2.1 原 理 光谱成像可燃气体探测器采用被动式红外成像检测技术探测可燃气体。自然界中高于绝对零度的所有物体，都在不断地辐射、吸收、反射电磁波，相比于普通红外可燃气体探测器，光谱成像可燃气体探测器采用来自大自然的复杂背景作为辐射源，通过对比环境中的辐射强度与经过气体云团后的辐射强度，得到被探测气体云团的吸收波段及强度，进而分析得知气体成分及对应浓度。 来自周围环境的辐射源穿过气体云团后进入气体探测器，探测器接收到的经过气体云团后的辐射强度以及来自环境的辐射强度如图2所示。 进而通过识别气体云团吸收特征波长得到气体云团主要成分，如图２中的ＣＨ４，ＮＨ３ 等，通过检测吸收强度可得到不同成分对应的气体浓度。由于大多数可燃气体对波长０．７６～１０００μｍ 的红外线波段具有强烈的吸收特征，因此光谱成像可燃气体探测器主要作用在红外线波段。2.2 特 点 光谱成像可燃气体探测器相比于传统的可燃气体探测器，具有以下特点：１）功能全面，可实时监测气体泄漏，直观显示气体云团扩散及浓度变化情况，定位泄漏点，并提供可靠信息帮助操作人员做出安全决策，避免泄漏升级导致“低频率高损失”事故发生。２）覆盖范围广。光谱成像可燃气体探测器测量范围约为１ｋｍ 左右，半径为２２０ｍ 圆内可探测最小气体云团量约１ｍ３，半径为４７１ｍ 圆内可探测最小气体云团量约１０ｍ３，半径为８００ｍ 圆内可探测最小气体云团量约１００ｍ３，测量范围远大于普通红外探测器。３）可探测气体类型多。目前可监测到２０种以上烃类气体，并可识别每种气体对应的泄漏浓度。４）光谱成像可燃气体探测器有强大的数据分析系统做支持，误报率、漏报率低。５）价格昂贵。单台光谱成像可燃气体探测器价格超百万人民币，远高于传统点式红外可燃气体探测器。３ 不同类型可燃气体探测器比较 根据以上分析，不同类型可燃气体探测器对比见表１所列。
可燃气体探测器有类型及选型要点
1 探测器简介1.1 催化燃烧式可燃气体探测器 催化燃烧式可燃气体探测器主要由一个难熔的铂丝线圈制成的高温传感器和惠斯顿电桥组成。当检测到天然气泄漏时，天然气会在铂丝线圈的催化层上发生无焰燃烧，使线圈电阻增加，促使电桥产生与天然气的浓度成线性比例关系的电信号，进而转化成天然气浓度。 催化燃烧式可燃气体探测器是应用最早的探测器之一，具有测量准确，价格便宜等特点，不足之处如下：1）传感器保持着300～500℃的高温，可以燃烧任何的可燃气体，维持催化燃烧式的传感器所消耗的电量比其他类型的探测器要高。2）催化燃烧式可燃气体探测器需要足够的O2支撑燃烧。3）易受高浓度甲烷及硫化物影响产生催化物“中毒"现象1.2 红外可燃气体探测器 红外可燃气体探测器分为点式和开路式。两种探测器均是利用红外吸收原理，通过比较取样气体与参考光束之间的信号强度，进而测量出天然气的浓度。1.2.1 点式红外可燃气体探测器 点式红外可燃气体探测器广泛应用在LNG接收站内的储罐区、工艺区、公用工程区等区域，在设计选型时一般有以下几点要求：1）宜采用点式红外双光束，测量范围应为0~100% LEL。2）测量精度不宜小于士3%FS。3）可燃气体探测器的外壳将控制电路、变送器、传感器和附件包含在内，外壳应具备防爆认证和防护认证，并适合定位和安装。同时，探头、探头外壳和安装支架的材质应为316不锈钢材质。在完全露天环境下，甲烷泄漏后受外界环境影响较大，扩散方向及范围难以控制。该型探测器很难对泄漏的可燃气体作出及时反应，且容易误报警。只有在安装位置周围聚集一定浓度的泄漏气体才能有效检测，因此该型探测器主要安装在现场重点位置。1.2.2 开路式红外可燃气体探测器 开路式红外可燃气体探测器一般用在开放区域内。该型探测器的探头由发射器、接收器、接线盒、热防护罩和安装支架等部分组成，在设计选型时一般有以下几点要求：1）应能区分并避免因天气或人为原因出现的故障信号，如太阳光、闪电、下雨、电弧焊等。2）应具有镜头加热功能和热防护罩（遮阳罩），以避免油污、空气中的水膜、雨水、凝结水等对探测器过滤器和视窗的影响。 在实际使用过程中，该型探测器容易受外界环境影响，容易误报警，工业现场测量达不到理想效果。1.3 超声波式可燃气体探测器 超声波式可燃气体探测器通过捕获天然气泄漏点产生的超声波来实现泄漏检测。在高压工艺介质泄漏时产生的噪声能显著改变释放源周围环境声压级的场所，可选用该型探测器。该型探测器设计选型时一般有以下几点要求：1）应能避免环境噪声、风、生物超声波、太阳辐射、射频干扰等的影响。2）宜具备由认证机构颁发的SIL2认证证书。3）输出信号应为4～20mA（DC)带HART协议，最大负载为500Ω。除代表气体浓度的4～20mA输出信号外，0～4mA电流输出信号应提供故障、超量程等状态信息。 超声波泄漏检测范围受泄漏点压力、泄漏口径及泄漏点与泄漏检测垂直角度等因素有关。 在实际使用过程中，该型可燃探测器泄漏检测距离小，且对微小泄漏无法及时响应，无法完全消除误报警。2 激光云台可燃气体探测器2.1原理 激光云台可燃气体探测器采用可协调激光光谱（TDLAS)技术，检测原理：通过设备内的激光器向管道、地面等测量区域发射特定波长的调谐激光光束，同时接收从测量点漫反射回来的激光，通过分析接收的信号，测量和计算激光被吸收的程度，即可测量出分布于设备与测量点路径之间的平均气体浓度。2.2 探测器组成及要求 该探测器主要由激光可燃气体探测器、摄像机、三维旋转云台、安装支架及安装立杆等组成。2.2.1 基本要求 该探测器的基本要求如下：1）应对甲烷具有高度选择性，且不受风力、雨雪等环境因素及其他气体、水蒸气、太阳光等因素的干扰。2）宜具备SIL2认证证书，防护等级应不低于IP65，探测器应具备内置防电涌功能。3）探测器的有效检测距离应不小于70m，最大的检测距离不小于100m；基本误差应不大于土10%FS；响应时间应不大于0.1s；单位距离探测器检测可燃气体体积分数的量程范围为0～0.05。4）探测器激光光功率应满足GB/T3836.22—2017《爆炸性环境第22部分：光辐射设备和传输系统的保护措施》7和GB7247.1—2012《激光产品的安全第1部分：设备分类、要求》81的规定，确保激光的安全性，检测激光等级为1类，指示激光等级达到或优于3R类。仪控云书intools.vip注：实际市面上常见厂家的云台激光都高于15mW，一般达不到GB/T3836中的要要求。5）检测过程应为连续的，不能只在预置点进行检测。2.2.2 摄像机 该探测器中摄像机的基本要求如下：1）摄像机应采用昼夜可用的日夜型网络高清一体机，传感器类型应为逐行扫描的固体成像传感器（CMOS)，分辨率不低于1080P，有效像素应不低于200万像素。2）镜头变焦应不低于20倍。3）支持以太网接口和光纤接口。4）应提供配套的监视软件，可实现实时监控、视频回放等功能5）具备防雾及防尘功能。2.2.3 三维旋转云台 该探测器中三维旋转云台的基本要求如下：1）云台供电电源应为220V（AC)或24V(DC)，在士10%电压范围内能够正常运行。2）驱动方式可采用同步电机或伺服电机，步进角优于0.1°3）转动速度为0.1～15（°）/s。4）探测器应能够实现水平360°及垂直180°转动，并可设定运动（扫描监测）轨迹，运动轨迹的设置点不少于120点，可实现重点区域的定点检测。5）云台最大负重不应小于其载重物总和的1.3倍。2.2.4 安装立杆 该探测器中安装立杆的基本要求如下：1）探测器、摄像机及三维旋转云台均安装于立杆上，立杆自带避雷针，安装时应确保探测器及摄像机360°无遮挡。2）监控立杆采用热镀锌钢管制作，并做防腐处理。
1）甲醇罐区设可燃还是有毒气体检测报警器？ 在《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》（GB50493）附录B列出的10种有毒气体中不包含甲醇气体，而《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》（GBZ/T223）表A.1中甲醇按照有毒气体列出。 甲醇如果以有毒气体对待，短时间接触容许浓度 50mg/m3，相对分子质量32，报警值35ppm；以可燃气体对待，爆炸下限5.5%（V/V），报警值设置为25 LEL%，换算为体积分数5.5%*25%=1.375%=13750ppm，远高于有毒报警上限35ppm。 按照“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（探）测器”原则，应首先考虑有毒气体检测报警。但在实际工作中，如何选择还需要结合现场实际情况。对于存在跑冒滴漏的一般工厂区域，有毒气体检测报警值低，略有泄漏即报警，天天都是“狼来了”，为不影响生产，操作人员索性关闭报警，则带来更大的隐患。因此，只有泄漏量控制好了，ppm报警方能凸显其作用。 按照GBZ/T 233有毒气体的设置原则4.1.1 “高毒/剧毒气体必设”无争议，其它有毒气体是“大量泄放/易于聚集”的场合。建议结合场所条件、气象条件、操作人员的操作方式、巡检频次等，来综合评估风险程度。敞开式、通风条件好的场所按可燃设置是适宜的，而室内、封闭半封闭等泄漏气体不易扩散及人员出入频繁的场所，则应设为有毒。操作人员采样、巡检时应配备便携式有毒气体检测报警器。2）喷漆室等可能产生混合型可燃、有毒气体的场所，如何设置可燃、有毒气体检测报警器？ 按照《涂装作业安全规程—术语》（GB/T 14441-2008）第6.13条，喷漆室定义如下：一个完全封闭或半封闭的，设有良好机械通风和照明设备的，专用于喷涂涂料的室体或围护结构体。室内气流组织能防止漆雾、溶剂蒸气向外逸散，并使其集中安全引入排风系统。根据《涂装作业安全规程—喷漆室安全技术规定（GB14444-2006）第8.2条的注解，喷漆室按照大小分为大型和中小型两类。大型喷漆室一般为完全封闭的围护结构体，作业人员在室体内操作，同时设置机械送排风系统；中小型喷漆室一般为半封闭的围护结构体，作业人员面对敞开口在室体外操作，仅设排风系统。《涂装作业安全规程—喷漆室安全技术规定》（GB14444-2006）第5. 10条规定：大型喷漆室宜设置多点可燃气体检测报警仪，其报警浓度下限值应设置在所监测的可燃气体浓度（体积）爆炸极限下限25%。机械行业标准《喷漆室》（JB/T 10413- 2005）第5.1.9条规定：大型喷漆室宜设置可燃气体浓度监测报警器，报警浓度应调整在所监测气体爆炸下限的25%。 交通行业标准《汽车喷烤漆房通用技术条件》（JT/T 324-2008）对设置可燃气体报警仪未做明确要求。综上可知，喷漆室（包含汽车喷烤漆房）可燃气体报警仪为“宜设置”，属推荐性要求。因喷漆室要求有良好的机械通风，漆雾、溶剂蒸气不会大量聚集，且含苯的漆料、稀释剂属国家限值或淘汰范围，喷漆室无需安装苯系物等有毒气体检测报警器，可燃气体检测报警器属推荐性安装。 按照《涂装作业安全规程—术语》（GB/T 14441-2008）第4.10条，调漆室定义如下：符合安全卫生规定的专用于调配涂料的房间。《涂装作业安全规程—涂漆工艺安全及其通风净化》（GB 6514-2008）第5.1.4.2.2规定，调漆室应安装可燃气体浓度报警装置及配置消防器材。所以调漆室必须设置可燃气体报警仪。 为什么喷漆室可不设置可燃气体报警仪，而调漆室必须设置呢？我们知道，设置可燃气体报警仪的目的是防止发生大量物料泄漏时能保证及时发现。在喷漆室内进行喷漆是正常作业，其送排风系统在设计时已经能够保证可燃气体不会聚集（送排风系统失灵除外），而且喷漆时喷漆房内不会放置较多的油漆，不会发生大量的泄露。而在调漆室内，可能放置较多的油漆、稀释剂，发生大量油漆或稀释剂泄漏的风险大，因此有必要设置可燃气体报警仪。同时需根据稀释剂中苯含量，必要时设置苯浓度检测报警器。3）现有一台压缩机，在厂房内需要设置可燃/有毒气体检测报警仪，工艺气体中主要组分为：氢气73%，甲烷 8.4%，CO 4%，其余组分为氮气及CO2，有毒及可燃均需要设置还是只需要可燃？ 该工艺气体中可燃介质为氢气、甲烷，有毒介质为一氧化碳。首先确定混合气体中各组分含量是不是基本恒定，不会发生较大波动，如果可能有含量变化，可燃、有毒都需要设置。如果含量基本恒定，需核算混合气体泄漏后有毒气体达到最大接触限值时，可燃气体能不能达到爆炸下限的25%，如果已经达到，需分别设置可燃和有毒气体检测报警器；如果达不到，就只需要设置有毒气体检测报警。 按照目前的工艺气体成分计算，泄漏时氢气、甲烷浓度可能达到25%LEL，一氧化碳浓度也可能达到短时间接触容许浓度，应分别设置氢气、甲烷可燃气体和一氧化碳有毒气体检（探）测器。4）气体检（探）测器安装有哪些注意事项？ 探测器应安装在气体易泄漏场所，具体位置应根据被检测气体相对于空气的比重决定。当被检测气体重于空气时，探测器应安装在距离地面0.3～0.6m处，且传感器部位向下。当被检测气体轻于空气时，探测器应高出距释放源0.5～2m处，且传感器部位向下。 为了正确使用探测器及防止探测器故障的发生，安装时应避开以下位置：直接受蒸汽、油烟影响的地方；给气口、换气扇、房门等风量流动大的地方；水汽、水滴多的地方(相对湿度：≥90%RH)；温度在-40℃以下或55℃以上的地方；有强电磁场的地方。
GB/T 50493-2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》第一次答疑会议纪要
i> 《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》（GB/T50493—2019）自2020年1月1日实施以来，为保障石化企业安全生产，预防人身伤害及火灾爆炸事故产生发挥了重要作用。为了提升标准的应用水平，协调标准实施中碰到的具体问题，中国石化集团公司自控中心站组织该标准的编制组以及技术委员，在安徽合肥召开该标准的研讨应用会议，就有毒气体探测器设置问题、区域报警器设置问题、释放源判定原则、氧气探测器设置问题、探测器证书问题、多组分有毒气体检测问题等标准实施中的热点和难点问题进行了研讨。与会人员经过充分研讨，就以上问题取得共识，达成一致意见，以帮助广大工程技术人员理解和执行标准，提升标准的可操作性。会议纪要见附件。1有毒气体探测器设置问题问题问题:设置有毒气体探测器时，是否需对GBZ/T223一2009《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》所列的56种有毒气体和GBZ2.1-2019《工作场所有害因素职业接触限值第1部分化学有害因素》所列的339化学有害气体，均按有毒气体设置？答复:GBZ/T223-2009《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》是职业健康卫生标准，所列的有毒气体种类是作为资料附录提出的，GDS设计可不执行；GBZ2.1-2019《工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》也是职业健康卫生标准，主要涉及工作环境有毒气体的0EL值，列出的化学有害气体种类属于职业健康监测内容要求，GDS设计可不执行。GB/T50493-2019是安全类标准，标准中所列的是石油化工常见有毒气体，依据来自：1）《高毒物品目录》卫法监发（2003)142号中所列的54种气体或蒸气；2)《化学品分类和标签规范第18部分：急性毒性》GB30000.18-2013标准中急性毒性危害类别为1类及2类的急性有毒气体。GBZ/T223一2009和GBZ2.1一2019所列的有毒气体不能作为GB/T50493-2019判断有毒气体的依据，但是可作为有毒气体报警设定值的设定依据。2区域报警器设置问题GB/T50493-2019第5.3.1条条文说明：当报警分区内探测器数量小于10个，现场噪声低于85dBA且现场探测器带有一体化的声、光警报器时，不需设区域警报器；当现场噪声高于85dBA时，现场需设区域警报器。条文说明中有三个条件，1）报警分区内的探测器数量小于10个；2）现场噪声低于85dBA；3）现场探测器带有一体化的声、光警报器。GB/T50493-2019第3.0.4条条文说明：为了提示现场工作人员，通常在生产现场主要出入口处及高噪声区（噪声超过85dB（A））等部位设置现场区域警报器。有人进入巡检操作且可能出现可燃气体或有毒气体积聚的压缩机厂房、泵房、简（料）仓、分析小屋、分析化验室等相对封闭场所，在其出、入口等醒目位置设置声光警报器，其目的是提醒巡检操作人员进入这些场所时引起注意。问题:是不是5.3.1中三个条件都满足时，才不需设置区域报警器？三个条件中任何一个不满足时，都需要设置区域报警器？即：如果报警分区内探测器数量大于10个，即使噪音低于85dBA并且现场探测器带有一体化的声、光警报器，仍需要设置区域报警器；如果现场噪声高于85dBA时，即使报警分区内探测器数量小于10个并且现场探测器带有一体化的声、光警报器，仍然需要设置区域报警器；如果现场探测器不带一体化的声、光警报器，即使报警分区内探测器数量小于10个并且噪音低于85dBA，仍然需要设置区域报警器。答复:GDS应按可燃气体和有毒气体检测报警系统的警戒范围将装置或单元进行报警分区，然后按报警分区设置现场区域警报器。当报警分区内的探测器数量小于10个，现场噪声低于85dBA，现场探测器带有一体化的声、光警报器，三个条件都满足时，现场可不设区域警报器。在生产现场主要出入口处及高噪声区[噪声超过85dB（A）]等部位设置现场区域警报器，目的是提醒巡检操作人员进入这些场所时引起注意。例如：有人进入巡检操作且可能出现可燃气体或有毒气体积聚的压缩机厂房、泵房、简（料）仓、分析小屋、分析化验室等相对封闭场所，在其出、入口等醒目位置应设置现场区域声光警报器，即使压缩机厂房、泵房、简（料）仓、分析小屋、分析化验室等相对封闭场所里面的探测器数量小于10个，现场噪声低于85dBA，且现场探测器带有一体化的声、光警报器，在泵房、分析小屋、分析化验室等相对封闭场所的出、入口等醒目位置仍然需要设置声光警报器（封闭区域内是否还需设置区域报警器，要根据封闭区域的大小和具体情况，按照条文5.3.1确定。如果封闭区域内探测器数量大于10个，或现场噪声高于85dBA，或现场探测器未配带一体化的声、光警报器，则仍需要在封闭区域内再设区域警报器，否则，仅保留主要出入口设置的区域报警器即可）。3释放源判定原则问题问题:标准第4.1.3条，可燃气体和有毒气体释放源的定义，如何理解“经常操作的阀门组”，自动阀门或者手阀在都此范围内吗？答复:“经常拆卸、经常操作”是指根据工艺操作需要，每班或每天都要进行拆卸或操作的法兰或阀门组。人孔、盲板等属于不经常操作的法兰，装置或设备的隔离阀、调节阀前后的手动切断阀和手动旁路阀等属于不经常操作的阀门。从概率上说，经常操作的阀门，泄漏概率远大于事故状态才动作的隔离阀。因此，经常操作的液体采样口和气体采样口、液体（气体）排液口和放空口、经常拆卸的法兰和经常操作的阀门组，是需要设探测器的。仪表调节阀是经常动作的阀门，但与4.1.3条“经常操作”定义不一样，仪表调节阀可以不作为释放源考虑。4氧气探测器设置问题问题问题:如何理解欠氧情况？有何规定或界限？ 某生产厂房中设备有氮封系统，厂房为封闭的，设置有平时6次/小时、事故12次/小时的通风系统。这种情况下是否需要在每个释放源（阀门）处设置氧气探头?答复:判断是否欠氧应依据实际环境而定，海拔高度也是参考因素。厂房有氮封设备，应考虑氮气泄漏可否在周边环境中形成欠氧环境，如果能形成欠氧环境，如：氧气浓度在基础浓度条件下，减少1~2个点，则应设探测器，根据业主管理需要，也可以采用欠氧报警信号联动开启事故风机。5探测器证书问题问题问题:标准第3.0.5条“可燃气体探测器必须取得国家指定机构或其授权检验单位的计量器具型式批准证书、防爆合格证和消防产品型式检测报告”。可燃气体探测器还需要取得国家计量器具型式批准证书和CCCF认证吗？答复:1.根据2019年11月04日市场监管总局《关于发布实施强制管理的计量器具目录的公告》2019年第48号公告规定，可燃气体探测器不再办理计量器具型式批准，国家法规有要求的有毒气体探测器应办理计量器具型式批准。 2.根据2018年6月11日国家市场监督管理总局、国家认证认可监督管理委员会2018年第11号公告规定，可燃气体探测器不再实施强制性产品认证管理（CCCF），企业可自愿选择指定认证机构按既有方式进行认证，取得消防产品型式试验检测报告（必须有）和消防产品认证证书（自愿取证）。6多组分有毒气体检测问题问题:煤气管道中混合气体组成为：1）CO：38.64%；2）H2S：3.4%；3)NH3：0.001%；4）HCN:0.008%。经计算：管道里H2S，NH3，HCN浓度都超过了0EL允许浓度，请问是只检测CO，还是H2S，NH3，HCN都必须检测？如果根据GB/T50493-2019条文说明3.0.1中都检测的话，需设置好几倍的探测器，从成本和后期维护的角度，业主并不赞同。如果只检测CO，是否存在安全问题？与现行标准要求不一致，将来图纸审查或者项目验收时，会不会无法通过？答复:GDS的作用是检测泄漏，探测器设置是以泄漏到大气环境中的介质浓度为依据的，不是以管道内的介质成份为依据。煤气中含有多种有毒气体，探测器设置应该以测毒为主，如果煤气泄漏后大气环境中H2S的浓度也可能超过阀值，建议同时测CO和H2S，其他组分毒气可不检测。本文转自2020年GB/T50193研讨会议纪要。https://www.cacd.com.cn/News_146.html
GB/T50493—2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》第二次答疑
i> GB/T50493—2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》自2020年1月1日实施以来，为保障石化企业安全生产，预防人身伤害及火灾爆炸事故的产生，发挥了重要作用。一年多来，编制组收到了应用中的各种热点和难点的问题，并进行了整理，在2020年9月18日进行了第一次集中答复，本次是第二次集中答复。标准主编人：文科武 裴炳安1 释放源判定问题：关于可燃气体和有毒气体释放源的定义，如何理解“经常操作的阀门组”，自动阀门或者手阀在此范围吗？答复：关于释放源，首先应分析判断潜在释放源的泄漏概率以及泄漏后果的严重程度是否可接受。“经常操作”、“经常拆卸”是指工艺操作需要，每班或每天都要拆卸操作的法兰和经常操作的阀门组。装置或设备的隔离阀等其他阀门，开停工或事故处理工况的人孔、低点排凝阀不在此列。从泄漏概率说，经常操作的阀门，其泄漏概率远大于不常使用的隔离阀。经常操作的液体和气体采样口、液体（气体）排液口和放空口、经常拆卸的法兰和经常操作的阀门组，需要考虑设置检测点。关于泄漏后果，主要分析泄漏发生后的持续时间以及泄漏量，该泄漏发生后是否会产生不可接受的爆炸、火灾及毒气扩散后果。总之，当潜在的释放源出现泄漏现象时，其风险需要受控或不可接受时，应将该潜在的释放源确定为释放源。2 检测介质及参数设定问题：火炬装置区中，某泄漏源所泄漏的工艺气体为多种有毒气体组分的混合介质，并且对应多种工况，举例其中一种工况，工艺气体组分（体积分数）为：H2：34.13%，N2：0.381%，CO：37.66%，Ar：0.05%，CH4：0.044%，CO2：2.60%，H2S：0.053%，COS：0.005%，NH3：0.005%，H2O：25.07%，HCN：0.001%，甲醇：0.001%，气体温度为472.5K，压力为0.15 MPa（G）。1）在不同工况下，这些介质的浓度会不同，如判断CO，H2S，HCN，NH3这几种介质在不同工况下都可能出现浓度相对较大的情况，是否需要在该释放源同时设置这4种检测器？2）对应不同工况，其中CO都会出现浓度相对较大的情况，不论别的有毒气体浓度怎么变化，但CO浓度始终较大，是否可以只设置CO检测器？答复：由于有毒气体致毒机理的不同，在对有毒气体混合物进行毒气检测时应谨慎。在不同工况下，如能判断CO，H2S，HCN，NH3这几种介质，分别都可能出现浓度相对较大，且可能达到报警值时，则应在同一个释放源的附近同时设置这4种检测器。如果对应不同工况，其中只有CO会出现浓度相对较大的情况，其他有毒气体浓度虽有变化，但所占比例小，如上述工况所列。介质组分较为稳定，以介质中的一种或一类介质组分为主设置一个探头检测主要介质气体，以代替该混合气体组分，即可只设置CO检测器。设计过程中，注意核实该混合气体泄漏时，可燃气体浓度是否可同时达到爆炸下限，如果能达到爆炸下限，则应同时设置可燃气体检测器。在探头的安全组别选用时，要考虑氢气。问题：对含有有毒组分的混合气体，将其与当地空气的分子量比较时，是以混合气体分子量为准，还是以其中有毒组分的分子量为准？如某管道中存在混合气体，含有CO，O2，H2O和H2S，混合气体的平均分子量为23，当地空气的分子量为29。答复：通常，按照分子运动规律，混合气体泄漏后，轻重组分不会立刻分层，故混合气体是否比空气重，可与当地空气的分子量作比较；在室内且泄漏量小的情况下，混合气体是会出现分层现象的。作为毒性混合气体探头的布置，需要考虑泄漏源位置、泄漏口方向以及周边环境特点。如果是在露天的2层钢栅板平台，建议在漏点的上下方均设置CO和H2S有毒气体探头；如果是在地面，则只在漏点上方设置CO和H2S有毒气体探头；如果是在受限空间，还需考虑高点设置CO和H2S有毒气体探头。注意，探头布置时需考虑现场周边环境和巡检通道。问题：对于有些有毒气体的IDLH值很低，现有检测器的测量范围满足不了0～30%IDLH，报警值也满足不了5%IDLH的需求和10%IDLH的需求，该如何处理？答复：如果市场上没有适宜的检测器供选用，则应采取工艺措施以及管理措施处理，使泄漏事故处于有效的管控状态。3 检测点的布置问题：根据规范要求，压缩机厂房内屋顶最高点(氢气)易于聚集处应设置氢气报警器，可是有时候厂房屋顶真正的最高点没办法安装固定报警器，如果在厂房四周墙面的最高点设置氢气报警器。该方法是否可行？答复：规范要求在通风不良的厂房内屋顶最高点(氢气)易于聚集处设置氢气报警器，目的是做到尽早发现泄漏以及控制泄漏气云体量，这是安全生产要求。厂房屋顶高点安装固定报警器时，设计应考虑固定或移动的检修平台。问题：关于新风入口的气体报警器安装位置在标准中并没有说明。控制室为检测新风入口（百叶窗处）可燃气体而设置的气体报警器，是安装在新风入口，还是安装在引风口？若要安装H2S检测器，应该装在何处？答复：对于控制室新风入口（百叶窗处）的可燃或有毒气体报警器，通常是按SIS设计要求来处理。一般在危险区域附近的引风口通过风管从安全位置引风，此时，可燃或有毒气体报警器就安装在引风管道或引风口附近。控制室新风入口直接用百叶窗，即整个控制室是处于安全区域了，若要装H2S检测器或可燃气探头，这些探头应安装在百叶窗附近。另外，可释放可燃或有毒气体的装置区，已经设有泄漏检测探头的，如果发生了有影响的泄漏，控制室会收到报警信息。问题：关于控制室/机柜间新风入口处可燃/有毒气体检测器设计方案，联锁关系等，如何实施？答复：关于控制室/机柜间新风入口处可燃/有毒气体检测器设计方案，联锁关系等，建议按SIS的回路设计。根据工艺气体组分特点，设置可燃/有毒气体探头，探头的设计应符合安全完整性要求。如果业主另有管理方案要求，应按业主要求执行。问题：对于类似化学品仓库内堆放可释放有毒可燃气体的货品，并且无固定放置位置，如何设置有毒可燃气体检测器？答复：具体情况需具体分析，基于空间布置和基于释放源点布置均可，设置原则是：1）控制有害气云体量；2）确保巡检通道的安全。4 GDS 设计问题：分析小屋内与可燃有毒气体检测器、火灾检测器等相关联的逻辑通常在小屋内控制系统（一般为PLC）执行，参考标准GB/T29814—2013《在线分析器系统的设计和安装指南》和SHT3174—2013《石油化工在线分析仪系统设计规范》。分析小屋内的可燃有毒气体监测器是否需要直接进装置的GDS，还是通过PLC与装置GDS通信并在GDS上显示？答复：本标准只是提出了分析小屋内应根据环境特点设置可燃有毒气体检测器和氧气检测器。分析小屋内的可燃有毒气体检测器、火灾检测器等相关联的设计应执行GB/T29814—2013和SH/T3174—2013。分析小屋内的可燃有毒气体监测器的信号可以直接进装置的GDS，也可以通过PLC与装置GDS通信并在GDS上显示。问题：采用其他形式的检测手段体现可燃气体泄漏时（如LNG储罐利用温度计测气体泄漏），其检测信号是否可进GDS？答复：用其他形式的检测手段，如温度检测，来体现可燃气体泄漏的信号可以进GDS。问题: 液氨罐氨气泄漏联动雨淋阀应该由GDS，SIS还是火灾报警系统控制？答复：装置设有GDS时，可由GDS 检测，建议将检测信号通过GDS专用控制器送消防联动控制器，按消防联动设计；如果装置没有GDS，氨气检测信号可送消防联动控制器，按消防联动设计。问题：本标准3.0.3条中可燃气体二级报警信号送消防控制室，是否只需送出一路二级报警信号（综合各区域），还是每个区域单独送出信号？毒气的报警是否一并考虑？答复：每个可燃气体和有毒气体探头的二级报警信号都需送消防控制室。问题：区域报警器与有毒可燃气体检测器的联锁是否有推荐做法？什么样的联锁方案比较合理？答复：现场出现泄漏现象时，GDS及时检测到该泄漏并发出报警，这是GDS的基本功能。区域报警器由有毒和可燃气体检测器的二级报警值驱动。对于某些重要的装置区域，当出现泄漏，未能及时发现并采取措施处置，可能导致不可接受的事故后果时，可以通过探头冗余的方式提高泄漏检测信号的可靠性，建议检测器采用“1oo2”的方案。5 报警器问题:氧气报警器依照有毒气体还是可燃设置？封闭式库房怎么设置气体检测器？答复：氧气报警器依照有毒气体设置，通常，封闭式库房可沿巡检通道和出入口设置气体检测器。问题:对于粉尘可燃报警器的设置，有没有明确的要求，如标高、释放范围？答复：本标准没有涉及粉尘监测器的设置，目前，尚无经济适用、连续在线的可燃粉尘检测器在售，市场上能采购到的粉尘检测器主要是有毒粉尘检测器。有毒粉尘检测器的设置原则同可燃气体与有毒气体的设置原则：1）靠近源点布置；2）控制粉尘气云体量；3）确保巡检通道的安全。问题：有些项目业主要求采用带现场显示功能的区域报警器，一般8～12点，每个通道都显示对应的检测器状态，并且声光报警，现场检测器需硬线接入此类区域报警器，这与中控室GDS功能相重复。如何处理此类带现场显示功能的区域报警器与控制室GDS之间的关系？答复：项目业主要求采用带现场显示功能的区域报警器时，在符合本标准要求的基础上，可执行业主要求；带现场显示功能的区域报警器本质上还是视作为区域报警器，仍可由控制室的控制器操作，也可视为新加的现场辅助操作台。功能重复则是业主的设计要求，技术上完全可以实现。问题:关于区域报警器报警闪光颜色，条文解释中：火灾报警为红色，气体报警为蓝色、事故报警为黄色。实际使用中，现场需区别有毒气体报警和可燃气体报警，以及氧气报警。事故报警使用条件是什么？能否明确规定火灾、可燃气体、有毒气体、氧气报警的闪光颜色？答复：本标准面向的用户多，各用户常有自己的声光报警技术要求。本标准只是提出区域报警器报警闪光颜色与其他报警区别开的要求，具体项目设计中，应根据项目要求确定报警闪光颜色。问题：工程项目中，业主让区域报警器的灯和现场检测点一对一设置，是否合理？答复：业主要求，不存在合理与否的问题，但应注意区域报警器与检测器自带的一体化声光报警器的区别。区域面积较小，现场探头数量较少时，可通过检测器自带一体化的声光报警器来实现。注意，项目的GDS设计仍需满足标准中的其他设计要求。本文转自自控中心站：https://www.cacd.com.cn/News_147.html
《石油化工控制室设计规范》实施中的有关问题解答
全国化工自动控制设计技术中心站对《石油化工控制室设计规范》SH/T 3006—2012实施中有关问题的答复问题新建无人值守的现场机柜室等重要设施是否需要进行抗爆设计？答复：《石油化工企业设计防火标准》GB 50160—2008 (2018版）中第5.7.1A条规定：中央控制室应根据爆炸风险评估确定是否需要抗爆设计。布置在装置区的控制室、有人值守的机柜间宜进行抗爆设计，抗爆设计应按现行国家标准《石油化工控制室抗爆设计规范》GB50779的规定执行。现场机柜室作为生产装置的“区域性重要设施”，对生产装置的安全及连续稳定运行具有至关重要的作用。《石油化工控制室设计规范》SH/T 3006—2012第7.8条规定“对于有爆炸危险的石油化工装置，现场机柜室建筑物的建筑、结构应根据抗爆强度计算、分析结果设计”，此条内容在“条文说明”中有更为详细的解释：7.8 现场机柜室是否设计为抗爆结构仍需要安全专业进行抗爆强度计算、分析后确定。根据石油化工企业的实际经验，抗爆结构的现场机柜室具有如下优点：a) 现场机柜室内不仅在开车及试运行阶段有较多人员，而且在正常生产阶段也长期有少量人员，抗爆结构的现场机柜室更有利于保护人身安全。b) 现场机柜室内的控制系统、安全系统设备承担所属装置的控制和安全联锁，抗爆结构的现场机柜室在遭遇爆炸冲击波的情况下，仍可实现装置有序的安全停车。c） 现场机柜室内的控制系统、安全系统设备价值昂贵，大型装置需数百万至上千万美元，并且毁坏后的恢复时间很长，需要重新采购、集成、安装、组态及回路联调等，特别是有些装置带有专利控制系统，需通过专利商采购，恢复时间更长，对重新恢复生产很不利。因此，抗爆结构的现场机柜室可避免控制系统因装置爆炸而损坏。因此，应对中心控制室、现场机柜室等重要设施根据生产装置的特性进行爆炸风险安全评估，建筑、结构设计应根据抗爆强度计算、分析结果设计。问题某公司现有一座维修变电用房，该建筑由变配电间和维修间组成。其中变电间内含800 kVA 变压器和400 kVA变压器各一台，拟利用维修变电用房的维修间改造成中心控制室，改造方案如下：对维修变电用房进行建筑分割，变配电间与改造部分中心控制室变为两座贴建建筑。根据《建筑设计防火规范》GB50016—2014（2018年版）表3.4.1 注2 相关要求，中心控制室贴建相同高度变电所一侧外墙为防火墙，且屋顶的耐火极限时间不低于1h时，其防火间距不限。并对中心控制室贴建变电所一侧外墙做防干扰屏蔽墙处理，防火墙耐火等级为一级，耐火极限时间3 h。该方案是否可行？答复：《石油化工控制室设计规范》SH/T 3006—2012第5.5 条规定“中心控制室不应与变配电所相邻”；第4.6.4 条规定“控制室内的电磁场条件应满足控制系统的电磁场条件要求”；控制系统的抗电磁干扰能力指标在《石油化工分散控制系统设计规范》SH/T 3092—2013 有明确要求。需要明确现有装置是否为“有爆炸危险的石油化工装置”，如果是，则根据《石油化工控制室设计规范》SH/T3006—2012的第5.9 条规定：对于有爆炸危险的石油化工装置，中心控制室建筑物的建筑、结构应根据抗爆强度计算、分析结果设计。变压器室的墙体增加了钢丝屏蔽网，该项措施实施后应确保电气设备对控制系统的电磁干扰能满足《石油化工分散控制系统设计规范》SH/T 3092—2013中的要求。问题多年前建的甲类装置，装置配电室、操作室、机柜室都在同一建筑里，应急管理部门进行安全隐患检查时，提出目前存在的隐患，让业主方整改。有什么方式既能保证设计合法合规，又能帮助业主解决安全隐患问题，并且节约成本。答复：《石油化工企业设计防火标准》GB 50160—2008 (2018版）第5.2.16条为强制性条款，必须遵照执行。该条规定：“装置的控制室、机柜间、变配电所、化验室、办公室等不得与设有甲、乙A类设备的房间布置在同一建筑物内。装置的控制室与其他建筑物合建时，应设置独立的防火分区。”《石油化工控制室设计规范》SH/T 3006—2012第4.2条规定“控制室位置应符合GB50160中有关控制室布置的规定”。因此，只能将将操作室、机柜间、变配电室全部搬出，另找地方建设。来源：全国化工自动控制设计技术中心站
前几年，笔者在参加某石化公司醚化项目职业卫生审查时，遇到这样一个问题，职业卫生专家要求甲醇设施设置有毒报警，依据是GBZ/T223-2009《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》；而该项目设置的是可燃报警，依据是GB50493-2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》（当年为现行强制规范）。 审查结束后，召集相关专业开会研究该问题，大家反馈的各种理由总感觉差那么点意思，说服力不够，加之笔者个人习惯“较真”，就对比研究了两个不同的规范。 首先原GB50493-2009，针对有毒气体在术语部分做了详细的说明，列入《高毒物品目录》（卫法监发【2003】142号 ）的有毒蒸汽或有毒气体。该术语说明很清楚，甲醇未列入该目录，所以不属于该规范所述的有毒气体。 再来看一下GBZ/T223-2009（推荐性国标），该规范并未规定有毒气体的定义，但在附录A表A.1有毒气体检测报警仪的选用推荐表中，列出了甲醇的相关参数，由此，职业卫生专家据此要求设置有毒报警。 通过简单研究两个规范，我给专家的答复是：GB50493-2009为强制国标（当时），GBZ/T223-2009为推荐性国标，且该项目为石油化工项目，因此执行GB50493-2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》，根据该规范术语，甲醇未列入《高毒物品目录》，不属于有毒气体，所以本项目甲醇设置可燃报警，不设置有毒报警。 专家看了意见答复后，没有提出疑问，认可该设计，后续项目甲醇均按照可燃报警设置，此事算是告一段落。 不知不觉时光飞到2020年，甲醇项目恰巧又遇到了项目审查。突然发现，前几年的答复要失效，为什么呢？ 几年过去，GB50493同学女大十八变，不仅改了名字（规范变成了标准），长了岁数（2009升级为2019），还悄悄的加了T，变成了GB/T50493-2019。您这一改变，当时的专家答复意见可就作废了。 首先，现行GB/T50493-2019和GBZ/T223-2009都是推荐标准，谁也不比谁阔；其次术语说明取消了以《高毒物品目录》判定有毒气体的规定。失去了《高毒物品目录》，以及50493的强制国标身份，甲醇最后也就无法自证为非有毒气体了。好了，这次不仅是甲醇，而且连累其他化学品“弟兄们”，无法确认身份，徘徊在可燃和有毒两个“身份”之间，最终成了“无间道”。 “不断赶路忘记了出路，流浪在灯火阑珊处” 既然GB/T50493-2019“抛弃”了甲醇，莫非仍要回到GBZ/T223-2009的“怀抱”，终究逃不过有毒的命运？ 还好此时，中石化自控设计技术中心站和全国化工自控设计技术中心站“双侠”及时出手，发布了《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》研讨会议纪要，特别说明了有毒气体的定义，给广大设计人员指明了方向，拯救了甲醇及其广大化学品“弟兄”们。 根据《危险化学品目录2015版实施指南》（安监总厅管三【2015】80号）的《危险化学品分类信息表》，甲醇急性毒性为类别3*，不属于1类及2类的急性有毒气体，且职业危害接触等级为轻度危害（Ⅳ级）（与汽油相同），加之前文所述，未列入《高毒物品目录》，因此甲醇不属于有毒气体，仍旧按照可燃气体设置报警。 抛开甲醇的个例，涉及其他化学品的有毒报警设置，思路如下： 一、辨识该化学品是否列入《高毒物品目录》（卫法监发【2003】142号 ）； 二、如未列入该目录，应辨识是否属于GB30000.18-2013《化学品分类和标签规范 第18部分：急性毒性》急性毒性危害类别为1类及2类的急性有毒气体； 三、石油化工项目GDS设计执行GB/T50493-2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》，可将GBZ/T223-2009《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》和GBZ2.1-2019《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素》作为有毒气体报警设定值的设计依据。 言而总之，甲醇（伪工业酒精），不管其蒸汽是什么“香型”，虽然“闻”起来急性毒性没有那么大，但不要“贪杯”哦！ 本文作者：蔡明锋，中石油华东设计院安全专业负责人，原标题《甲醇报警设置三部曲，按可燃还是有毒不是难事！》