在化工、石油天然气、制药等高危行业,可燃气体泄漏是引发生产安全事故的常见诱因之一。在日常工作中,我们可能都见过或操作过这些探测器,但报警值设置不当,往往成了事故的隐形炸弹。数据统计,超过七成的着火爆炸事故与可燃气体泄漏有关。
一旦可燃气体泄漏并积累到一定浓度,遇到点火源,极易发生燃烧或爆炸,造成人员伤亡、财产损失及严重的社会影响。
可燃气体探测器作为泄漏检测的关键防线,其报警值的科学设置对于系统及时准确报警、保障人员安全和装置稳定运行至关重要。
构建气体检测报警系统标准管理体系,实现从设计选型、规范安装、专业维护、定期校准以及基于报警记录和事件分析的报警值动态优化的全生命周期管理体系至关重要。
唯有如此,才能确保报警系统在关键时刻可靠有效,真正发挥预防事故、保障安全的作用。其中,检定校准环节在日常管理中常被忽视,如果不结合校准结果合理设置报警值,探测器可能误报或漏报,最终酿成事故。
大多数人可能觉得可燃气体探测器报警值设置很简单,不就是设备默认的25%LEL(一级报警)和50%LEL(二级报警)吗?直接拿来用就行了。
这样设置固然没错,却忽视了法规约束与场景适配的重要性,核心问题在于报警值设置未综合考虑多方面因素,被测气体种类与实际需求不符、错误使用单一标准气体校准用于检测多种气体的探测器,以及环境因素对探测器性能的负面影响等,加之缺乏定期校准与动态调整,最终导致误报或漏报,埋下安全隐患。
但其实可燃气体探测器报警值的设定涉及检测气体种类、使用环境、检定校准等多个因素,还要结合现场环境、泄漏风险点和人员活动区域来综合判断。因此应基于科学依据,符合国家相关标准,同时结合现场实际,合理设置报警值,才能准确预警,给操作人员留出足够时间处置泄漏,防范事故发生。这不是理论空谈,而是能救命的实战策略。
某煤化工企业甲醇泵周围安装的可燃气体探测器铭牌上标注检测气体为甲烷,但实际输送的介质是甲醇,报警值设置为一级25%、二级50%LEL。
某化工企业现场涉及甲醇、液化气、氢气、丙烷等多种可燃气体,所有可燃气体探测器均设置一级报警25%LEL,二级报警50%LEL,校准时均使用甲烷标准气进行校准。
从标准规范来看,《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)规定,“可燃气体的测量范围应为0~100%LEL;可燃气体的一级报警设定值应小于或等于25%LEL,二级报警设定值应小于或等于50%LEL”。
《石油天然气工程可燃气体和有毒气体检测报警系统安全规范》(SY/T 6503-2022)中规定,“点型可燃气体探测器的测量范围应为0LEL~100%LEL;固定式可燃气体探测器的一级报警设定值应小于或等于20%LEL,宜为10%LEL;二级报警设定值应大于一级报警设定值且小于或等于40%LEL”。
两套标准在数值要求上虽略有差异,但核心原则一致,那就是报警值必须根据被测气体的爆炸下限(LEL)来确定,也就是报警设置必须与爆炸危险度相匹配。
这里提到的“爆炸下限(LEL)”,是指可燃气体发生爆炸时的最低浓度值(体积分数)。根据标准的要求,探测器的最大量程为100%LEL。也就是说,当空气中可燃气体的浓度达到其爆炸下限值时,可燃气体探测器的显示值为100%LEL,环境爆炸危险度为100%LEL。
上文两个标准要求探测器一级报警值要设定在25%或20%LEL以下,这样就保证可燃气体泄漏时有4~5倍的安全余量,便于操作人员能及时响应。然而在实际应用过程中,经常会遇到可燃气体探测器频繁误报警、检测气体浓度超标却不报警的情况,这可能跟可燃气体探测器报警值设置不合理有关。
可燃气体探测器报警值的设置到底受哪些因素影响呢?要说清楚这一点,必须先来了解一下可燃气体探测器的工作原理,目前工业用可燃气体探测器多数是催化燃烧式,这种探测器响应快、成本低,它不直接测气体体积或爆炸下限,而是靠气体催化氧化放热来工作。
具体过程是:可燃气体扩散到传感器表面,在电加热催化剂作用下发生氧化反应(相当于无焰燃烧),释放热量;热量升高传感元件温度,导致传感器内温感材料电阻增大,输出电流或电压变化;气体浓度越高,反应越剧烈,温度上升越明显,输出值越大。
简而言之,催化燃烧式可燃气体检测报警器检测的既不是气体体积分数,也不是爆炸下限体积分数(%LEL),而是气体在传感器内催化燃烧时释放的热量。
回顾案例一,两种可燃气体理论上是可以用同一个可燃气体探测器来检测。但同时需要关注两个问题:
一是不同可燃气体完全燃烧释放的热量存在差异,比如氢气热值高,甲烷中等,甲醇较低,而探测器本身无法识别可燃气体的种类,每种气体的热值不同,燃烧生成的热量也不一样,如果使用探测器检测不对应的可燃气体,显而易见检测出来的浓度是不准确的。
二是对于不同品牌型号的探测器,其催化剂选择和制作工艺不同,催化燃烧的温度也会不同,这可能导致催化不完全、燃烧不彻底等问题,最终表现为同一浓度的相同气体在不同型号传感器检测数值各不相同,探测器产生误报或者不报。
因此,在实际使用过程中,如果使用同一可燃气体探测器检测不同种类可燃气体时,需咨询厂家不同气体的修正系数,使用修正后的标准气来进行校准,或者通过修正系数计算出可燃气体探测器报警时应显示的读数,进而合理设置报警值。在此理论前提之下,用同一种可燃气体探测器来检测不同种类可燃气体是可行的。
再来分析一下案例二中使用同一种标准气校准不同报警器时对报警值的影响。
对于同一种探测器来说,待检测气体的催化燃烧热量是一定的,但探测器无法区分气体种类,如果校准用的标准气不匹配,因不同标准气完全燃烧释放的热量不同,校准结果就存在偏差,探测器零点存在偏移。例如,氢气探测器用甲烷标准气来校准,但氢气热值更大,探测器显示浓度就偏低(比如实际40%LEL,显示只有30%LEL),导致漏报。这就需要使用修正系数进行修正,校准时使用的标准气不同,修正系数也会有所不同。标准气完全燃烧所产生的热值越大,修正系数也就越大,探测器显示浓度偏离待检测气体实际浓度的程度也就越高(显示数值偏低)。
通过分析计算,针对同一种待测气体,使用甲烷标定的探测器测量结果会偏低,用戊烷标定的探测器测量结果会偏高,使用丙烷和异丁烷标定的探测器测量结果比较接近实际。
因此,对于大多数催化燃烧型式的气体探测器,如果没有对应的标准气进行校准,建议使用异丁烷或者丙烷作为标准气进行校准,少部分可燃气体如氢气等由于其修正系数与异丁烷相差较大,需要对应的标准气进行校准,或者通过修正系数计算出其报警时应显示的读数,对报警值进行修正。这也符合《可燃气体检测报警器》(JJG 693-2011)的要求,“气体标准物质应采用与仪器所测气体种类相同的气体标准物质,如氢、乙炔、甲烷、异丁烷、丙烷、苯、甲醇、乙醇等。若仪器未注明所测气体种类,可以采用异丁烷或者丙烷气体标准物质”。案例二中使用甲烷作为标准气进行校准,探测器实际显示值会偏小,甚至会导致“漏报”的后果,故而需要使用修正系数计算,设置合理的报警值,该报警值应小于标准规定的25%。在实际使用过程中的最佳实践做法是氢气探测器用氢气标准气校准,甲烷探测器用甲烷标准气校准,其他类型探测器首选使用对应气体的标准气进行校准,其次选用异丁烷或丙烷标准气校准。
除了校准时标准气的选择,探测器的使用环境也影响探测器报警值的设置。高温可能降低探测器的响应速度和灵敏度,导致检测到的可燃气体浓度值偏低,从而引发误报或漏报;高湿度可能腐蚀传感器元件或堵塞气体扩散路径,导致检测信号不稳定或衰减;强电磁场(如变频器、电机)可能干扰传感器信号传输,导致数值跳变或读数异常;粉尘可能堵塞传感器进气孔,导致气体无法正常扩散到传感元件,测量值持续偏低;高硫环境可能导致传感器中催化剂中毒失效,无法正常检测等等。因此,在设计选型时要充分考虑温度、振动、电磁等环境因素的影响,合理规划安装位置,针对重要的检测点要考虑现场探测器的冗余配置。同时,随着可燃气体探测器使用年限的增加,检测值也会发生一定偏差,这就需要按照供应商的建议和标准要求定期进行校准。最后,定期对可燃气体探测器报警记录进行统计分析并结合事故事件、校准结果合理动态设置报警值,确保报警值始终处于最优状态,是可燃气体检测报警系统管理的最佳做法。
来源:星达长安
中国化学品安全协会
编辑:静安
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