摘要：本文通過對可燃氣體探測器發(fā)展歷史以及國內(nèi)外現(xiàn)有可燃氣體探測器種類的比較分析，結(jié)合對部分石油倉儲企業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)研及某石油儲備基地紅外式可燃性氣體探測器現(xiàn)場實驗和理解，提出改進措施和對策，對指導(dǎo)石油倉儲企業(yè)選用可燃氣體探測器有一定的參考意義。

主題詞：可燃氣體 探測器 催化燃燒 紅外式

石油化工行業(yè)作為關(guān)系到國家民生的支柱行業(yè)，始終是各個國家經(jīng)濟建設(shè)的重要內(nèi)容。在我國，尤其是近幾年，石油倉儲企業(yè)如雨后春筍般在各地紛紛上馬，并有了迅猛發(fā)展。與此同時，也存在一個不可忽視的問題，即在石油化工生產(chǎn)場所和儲油庫區(qū)，每年都因泄漏的可燃氣體遇有明火或遭雷擊，而引發(fā)的爆炸事故的發(fā)生，而這些爆炸事故又往往會轉(zhuǎn)變?yōu)榛馂?zāi)。由于石油化工產(chǎn)品大都具有易燃易爆性質(zhì)，火災(zāi)預(yù)防和撲救工作都十分困難。

在石油化倉儲企業(yè)中日常生產(chǎn)原料、產(chǎn)品及產(chǎn)品的副產(chǎn)物都含有或可以分離出可燃氣體。因此，可燃氣體的泄漏是不可避免的。泄漏的可燃氣體與空氣混合形成可燃性混合氣體，當(dāng)可燃性混合氣體濃度達到爆炸下限前探測出可燃氣體的存在，并提早做出一定的安全處理，這樣就能大可能的 消除一些由于人為因素造成的火災(zāi)事故隱患，從而大大降低事故的發(fā)生。因此，可燃氣體探測器的產(chǎn)品質(zhì)量好壞與人民的生命和國家的財產(chǎn)息息相關(guān)。

近年來國內(nèi)幾個大型石油儲備基地遭雷擊起火，經(jīng)國家防火監(jiān)督檢驗部門鑒定，結(jié)果驚人的一致，均由于儲罐一次密封與二次密封空間內(nèi)存在著濃度超標(biāo)的可燃氣體，該氣體濃度值剛剛達到爆炸點，此時遭雷擊，首先是可燃氣體爆炸燃燒，從而發(fā)展成火災(zāi)。在石油儲罐閥組區(qū)、輸油管道與儲罐連接區(qū)等均存在這不同濃度的可燃氣體，可燃氣體探測器在安全生產(chǎn)中將發(fā)揮不可比擬的作用。下面就目前石油倉儲企業(yè)中可燃氣體探測報警方面遇到的問題，結(jié)合現(xiàn)場實驗和理解，對石油倉儲企業(yè)可燃氣體探測器進行探討。

一、常用可燃氣體探測器的類型及原理

1.1催化燃燒式可燃氣體探測器原理
可燃氣體探測器是利用測試環(huán)境中的可燃氣體對探測器氣敏原件造成影響的原理制造的探測器，它主要是應(yīng)用于易燃易爆場合的可燃性氣體檢測，把現(xiàn)場可能泄漏的可燃氣體的濃度控制在爆炸下限（LEL）的50%以下，在超過25% LEL時發(fā)出高報信號，超過50% LEL時，發(fā)出高高報警信號，以便采取應(yīng)急措施。催化燃燒式傳感器原理是目前廣泛使用的檢測可燃氣體的原理之一，具有輸出信號線形好、指數(shù)可靠、價格便宜、無與其他非可燃氣體的交叉干擾等特點。催化燃燒式傳感器采用惠斯通電橋原理，感應(yīng)電阻與環(huán)境中的可燃氣體發(fā)生無焰燃燒，使溫度使感應(yīng)電阻的阻值發(fā)生變化，打破電橋平衡，使之輸出穩(wěn)定的電流信號，再經(jīng)過后期電路的放大、穩(wěn)定和處理終顯示可靠的數(shù)值。
 

1.2紅外式可燃氣體探測器原理
紅外光學(xué)型可燃氣體探測器是利用紅外光學(xué)傳感器通過紅外線的吸收原理來檢測現(xiàn)場環(huán)境的碳氫類可燃氣體。不同的碳氫類可燃氣體都有自己特定波長的紅外線吸收曲線；正常探測時，紅外線照射紅外線吸收板，電壓=a，當(dāng)可燃氣體進入探測器內(nèi)時，因紅外線吸收，照射板接收的光強改變，電壓=b，此時b>a，探測器發(fā)出報警信號。
 

紅外線照射板接收到的光強隨可燃氣體的濃度不同而不同；可燃氣體的濃度發(fā)生變化，探測器內(nèi)部電路采集到的紅外線吸收板的電壓（或電流）發(fā)生變化，這種變化與可燃氣體的濃度成比例，對應(yīng)氣體濃度，通過電調(diào)制處理，進行探測報警。
 

1.3其他幾種可燃氣體探測器原理
1.3.1金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器
金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器利用被測氣體的吸附作用，改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，通過電流變化的比較，激發(fā)報警電路。由于半導(dǎo)體式傳感器測量時受環(huán)境影響較大，輸出線形不穩(wěn)定。金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器，因其反應(yīng)十分靈敏，故目前廣泛使用的領(lǐng)域為測量氣體的微漏現(xiàn)象。
　　

1.3.2 定電位電解式氣體傳感器
定電位電解式傳感器是目前測毒類現(xiàn)場廣泛使用的一種技術(shù)，在此方面國外*，因此此類傳感器大都依賴進口。定電位電解式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)：在一個塑料制成的筒狀池體內(nèi)，安裝工作電極、對電極和參比電極，在電極之間充滿電解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在頂部封裝。前置放大器與傳感器電極的連接，在電極之間施加了一定的電位，使傳感器處于工作狀態(tài)。氣體與的電解質(zhì)內(nèi)的工作電極發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，在對電極發(fā)生還原或氧化反應(yīng)，電極的平衡電位發(fā)生變化，變化值與氣體濃度成正比。
　　

1.3.3 PID光離子化氣體傳感器
PID由紫外燈光源和離子室等主要部分構(gòu)成，在離子室有正負電極，形成電場，待測氣體在紫外燈的照射下，離子化，生成正負離子，在電極間形成電流，經(jīng)放大輸出信號。
　　

二、倉儲企業(yè)可燃性氣體探測器應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1可燃性氣體探測器應(yīng)用類型調(diào)研
可燃氣體探測器在我國已經(jīng)實現(xiàn)了商品化，在電子、石油、石化、化工、冶金、電力、鍋爐房、賓館飯店以及其它各種工業(yè)及民用環(huán)境中均有廣泛的應(yīng)用。
　　

根據(jù)國家規(guī)定，國內(nèi)的石油倉儲企業(yè)大都安裝使用可燃氣體探測器（報警器），但95%以上使用的為催化燃燒型可燃氣體探測器（報警器），如中石化冊子島油庫、某些國家石油儲備基地、白沙灣油庫等，只有少部分石油倉儲企業(yè)安裝了紅外型可燃氣體探測器，如中石化臨邑輸油站、中石油新疆至蘭州輸油管線等；使用效果明顯好于催化燃燒型產(chǎn)品，投產(chǎn)運行幾年來未出現(xiàn)誤報、漏報現(xiàn)象，且維護成本低廉。由于倉儲企業(yè)絕大多數(shù)采用催化燃燒及紅外式的可燃性氣體探測器，以下都將以這兩種類型進行深入探討。
　　

2.2可燃氣體探測器應(yīng)用優(yōu)缺點
紅外線可燃氣體探測器屬于無干擾智能產(chǎn)品，具有良好的安全性能，操作靈活方便，這種探測器的一個主要的特點是它的自動校準(zhǔn)功能，可以通過帶背光的液晶顯示屏上的提示一步步地引導(dǎo)操作者進行校準(zhǔn)另外靈活多變的輸出方式，無需進行零點及量程標(biāo)定，且使用壽命長，至少5年以上，另外還具有不中毒等特點。 　

催化燃燒式探測器，零點漂移比較嚴重，一般三個月應(yīng)進行一次零點和量程標(biāo)定，一旦進行過多次的標(biāo)定后，可能導(dǎo)致器探測壽命的降低或喪失可燃氣的探測能力，且使用壽命多三年，一般兩年多后傳感原件失效，經(jīng)過某石油儲備基地實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，催化燃燒式傳感器使用兩年后，大部分已無法準(zhǔn)確測定可燃性氣體濃度，維護成本巨大。催化燃燒式探測器的中毒方面也存在明顯缺點，石油倉儲企業(yè)中石油氣，化工品氣體均為混合氣體，并不是單一的氣體，如果遇到硫化氫氣體，催化燃燒式探測器中毒失效，將不能正常報警，為安全埋下隱患，且無法恢復(fù)，只能更換。
　　

2.3可燃性氣體探測器的標(biāo)定、測試
根據(jù)國家規(guī)范《可燃氣體探測器 一部分：測量范圍為0～100%LEL的點型可燃氣體探測器》（GB 15322.1-2003），每年要對可燃氣體探測器進行標(biāo)準(zhǔn)氣樣的檢定，根據(jù)檢定結(jié)果，由使用單位對漂移，探測能力降低或者失效的探測器進行修繕，終滿足國家規(guī)定[1]，以使其處于正常的檢測狀態(tài)。
　　

標(biāo)定必須委托具備檢定資質(zhì)的單位進行標(biāo)定，氣樣也必須使用標(biāo)準(zhǔn)氣樣（如60%LEL），觀測探測器或報警器的顯示報警狀態(tài)。標(biāo)定過程中，催化型可燃氣體探測器的催化物會與標(biāo)準(zhǔn)進行化學(xué)反映，從而降低其使用壽命，每標(biāo)定一次其探測壽命都會不同程度的降低。紅外型可燃氣體探測器由于采用的是紅外吸收的原理，因此不會降低的其靈敏度和探測壽命。
　　

2.4可燃氣體探測器的應(yīng)用現(xiàn)狀分析
目前國內(nèi)的探測器在技術(shù)上于上還有一定的差距，這是國內(nèi)的現(xiàn)實狀況所導(dǎo)致的，三十多年來，國內(nèi)探測器市場一直處于低迷狀態(tài)，一些探測器廠家在探索和摸索中來一步步的優(yōu)化和提升自己的產(chǎn)品，在這短短的三十多年時間里，中國的可燃氣體探測器經(jīng)歷了一個從無到有，從技術(shù)匱乏到技術(shù)日趨成熟的階段。目前國內(nèi)從事可燃性氣體探測器的廠家不少，*較大的幾家有深圳特安、無錫格林通等，但大部分廠家生產(chǎn)的是催化燃燒式的可燃性氣體探測器，其他類型的如紅外式的可燃性氣體探測器多為進口或主要部件依賴進口。
　　

三、可燃氣體探測器應(yīng)用實例
3.1 催化燃燒式氣體探測器應(yīng)用實例
催化燃燒式可燃氣體探測器因其價格便宜，技術(shù)成熟，應(yīng)用較為普遍，如中石化冊子島儲油庫、中化興中油庫、一期投產(chǎn)的幾個國家石油儲備基地等單位都在使用催化燃燒式可燃氣體探測器。
　　

某石油儲備基地規(guī)模為500萬立方，共有120個催化可燃氣體探測器，分三期投產(chǎn)，這些探測器自從2006年至2008年投產(chǎn)以來，大部分探測器已經(jīng)更換，在這過程中也存在不少誤報、漏報的情況。當(dāng)將標(biāo)準(zhǔn)檢測定氣樣或高濃度輕質(zhì)原油分別對更換下來的投產(chǎn)超過2年的探測器進行檢測時，大部分催化式探測器10分鐘后顯示仍正常，根本不報警，這些催化型探測器早失去探測功能，起不到石油氣的探測報警功能。
　

中石化南方某中轉(zhuǎn)油庫，06年一期60萬方的儲量，儲存為中東進口輕質(zhì)原油和部分勝利油田的原油。其儲罐油罐區(qū)，輸油泵區(qū)、閥組區(qū)，共安裝了近40多臺點式催化型可燃氣體探測器，在投產(chǎn)初期，探測器工作正常，但隨著時間的推移，一年左右的光景，輸油泵區(qū)的探測器就有誤報的情況發(fā)生，隨著時間的推移，閥組區(qū)和罐區(qū)內(nèi)的探測器出現(xiàn)少量誤報，DCS液晶屏顯示上的可燃氣濃度顯示為0%LEL和1%LEL；在第二年的測試中，該油庫技術(shù)人員用原油對準(zhǔn)探測室，有近30臺的探測器無任何反應(yīng)，沒有報警信號輸出；經(jīng)上級批準(zhǔn)，進行更換，可更換的仍舊是催化型的探測器，截止2014年，已更換了四批探測器，近一次更換了其中的20幾臺。
　　

3.2 紅外式可燃性氣體探測器應(yīng)用實例
紅外式可燃性氣體探測器因出現(xiàn)較晚，探測技術(shù)較催化*，價格較高于催化燃燒式，因此應(yīng)用較少，只有在少量大型企業(yè)中的應(yīng)用；如金陵石化、中石油長輸管線、金菲石化等。其中金菲石化，在儲罐區(qū)及裝置區(qū)安裝了英國科爾康14臺可燃性氣體探測器，應(yīng)用幾年來使用情況較好，維護程度低，很少有誤報、漏報的現(xiàn)象，早的一臺于2004年安裝，至2013已有9年的歷史；該企業(yè)原先也采用催化燃燒式可燃性氣體探測器，但由于其較高強度的維護量及誤報情況的發(fā)生，進而進行了技術(shù)改造，采用紅外式來代替催化燃燒式探測器，取得了良好的效果。
　　

某石油儲備基地就可燃氣體的使用，專門進行了紅外可燃氣體探測器和催化可燃氣體探測器的使用對比試驗：在某儲油罐區(qū)，安裝了2臺國產(chǎn)紅外可燃氣體探測器（以丙烷為標(biāo)定氣體）和1臺進口紅外可燃氣體探測器（以甲烷為標(biāo)定氣體），同安裝的催化型可燃氣體探測器進行對比，實驗期間對紅外型探測器進行大量的可燃氣體的探測報警試驗。
　　

以丙烷為標(biāo)定氣體的紅外探測器為實驗對象：在氣溫8度時，模擬實驗將裝有中東輕質(zhì)原油的容器口對準(zhǔn)紅外式可燃性氣體探測器，探測器顯示氣體濃度逐步上升，但至17%LEL時穩(wěn)定，通過搖晃容器探測器濃度繼續(xù)上升至23%LEL時，濃度無法上升至報警值25%LEL，而在氣溫18度時，同樣的實驗可使探測器濃度至報警值以上（33%LEL）。同時在不同溫度時，標(biāo)準(zhǔn)氣樣（50%LEL丁烷）的測試中，紅外式探測器均能探測到接近69%LEL可燃性氣體濃度；而在不同溫度下，使用50%LEL的甲烷氣體測試，該探測器顯示高值只能到13%LEL。在用丁烷、甲烷測試同一位置的催化燃燒式可燃性氣體探測器時，其濃度數(shù)據(jù)略有上升，在2%LEL-3%LEL之間并且無法繼續(xù)上升，該探測器安裝已超過3年。 　　

以甲烷為標(biāo)定氣體的紅外式探測器為實驗對象：在氣溫13度時，使用原油揮發(fā)氣，可檢測到的高值超過100%LEL，而使用50%LEL甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣時，檢測到的高值數(shù)據(jù)為48%LEL，而使用50%LEL丁烷測試時，檢測到的數(shù)據(jù)為100%LEL。該測試說明使用同類的紅外探測器，對不同的氣體所反應(yīng)出的濃度值有較大變化，通過分析可以發(fā)現(xiàn)其濃度值的變化與不同氣體分子式中炭的數(shù)量有一定的正比關(guān)系。實驗表明，在油品相對穩(wěn)定的石油庫區(qū)選用相近氣體標(biāo)定的紅外式可燃性氣體探測器能有較好的實際效果，同時實驗過程中也發(fā)現(xiàn)，在低溫或風(fēng)速較大的戶外，小范圍的油品滲漏所揮發(fā)的氣體很難達到25%LEL以上。
　　

四、工程建設(shè)中可燃性氣體探測器選型建議
目前在石油倉儲企業(yè)中，安裝的多催化型可燃氣體探測器，而且大都安裝位置距地表0.3米，距離儲油罐的污油口一般有1米左右。儲油罐區(qū)大都地表空曠，空氣流動較大，在出現(xiàn)小范圍的滲漏情況時，設(shè)置為25%LEL報警值的可燃性氣體探測器很難起到監(jiān)測作用。同時催化燃燒式可燃性氣體探測器，其誤報、漏報的可能性大，維護程度高，所調(diào)研的石油倉儲企業(yè)多少存在一定隱患。
　　

在以后的工程建設(shè)中建議：
1、目前紅外型探測器技術(shù)已經(jīng)成熟，且價格與催化燃燒式已具備可比性，但長期綜合費用相比存在一定的優(yōu)勢。建議石油倉儲企業(yè)，存儲的油品相對穩(wěn)定的，可采用安全、可靠的紅外型可燃氣體探測器。
2、安裝位置，在不影響的管道檢修和正常生產(chǎn)的前提下，盡量靠近污油口或閥組區(qū)、泵區(qū)的法蘭連接處，可較早的發(fā)現(xiàn)事故點。同時建議將探測器的模擬量數(shù)據(jù)傳輸至上位機，以便監(jiān)測報警值以下的數(shù)據(jù)并加以分析。
3、由于目前紅外式可燃性氣體探測器在質(zhì)量上參差不齊，在設(shè)備選型時，可針對自身油品的特點進行一段時間的實驗，以確定選用的設(shè)備。
4、單個紅外式可燃性氣體探測器只能準(zhǔn)確測試特定的可燃性氣體或特定的混合可燃性氣體，在油品變化較大的石油倉儲企業(yè)不宜選用紅外式可燃性氣體探測器。
5、對于油品相對穩(wěn)定庫區(qū)，建議對油品揮發(fā)氣進行采集，所選用的紅外式可燃性氣體有針對性的進行標(biāo)定，使其達到需要的靈敏度準(zhǔn)確度。
6、對于庫區(qū)比較空曠、風(fēng)速比較大或溫度比較低的場合，由于小范圍的油品滲漏所產(chǎn)生的揮發(fā)氣體，難以達到25%LEL的報警值，建議探測器除了有報警輸出外，有模擬量的輸出至上位機以達到消除隱患的目的。
　　

參考文獻
　　[1] 國家標(biāo)準(zhǔn)GB15322-2003《可燃氣體探測器》