有毒有害氣體(tǐ)檢測儀在工業中的應用

發布日期:2016-06-28 00:00:00 作者: 點擊:

目前我們對於有毒有害氣(qì)體的認識還(hái)更多地集中於可燃氣體、可以引起急性中毒的氣體(硫化氫、氰氫酸等)、以及某些常見的有毒氣體(一氧化碳)、氧氣等(děng)檢測(cè)儀上,因此,本文將首先著重介紹這(zhè)類檢測儀,並綜合目前的情況對各類有毒有害(無機/有機)氣體檢測儀的(de)應用提出(chū)建議。 有毒有害氣體檢測儀的分類和原理: 

氣體檢測儀的關鍵部件是(shì)氣體傳感器。氣體傳(chuán)感器從原理上可以分為三大類:

A) 利用物理化學性(xìng)質的氣體傳(chuán)感器:如半導體式(表麵控製型、體(tǐ)積控製(zhì)型、表麵電位型)、催化燃燒式、固體熱導式等。

B) 利用物(wù)理性質的氣體傳感器:如熱傳導式、光幹(gàn)涉式(shì)、紅外吸收式(shì)等。

C) 利用電化學性質的(de)氣體傳感器:如定電位電(diàn)解式、迦伐尼電池式、隔膜(mó)離(lí)子電極式、固定電解質式等。 

根據危(wēi)害,我們(men)將有毒有害氣體(tǐ)分為可燃氣體和有毒氣(qì)體兩大類(lèi)。由於它們(men)性質和危(wēi)害不同,其檢測手段(duàn)也有所不同。可燃氣體是石油化工等工業場(chǎng)合遇到最多的危險氣體,它主要是烷烴等有機氣體和某些無機氣體:如(rú)一氧化碳等。 

可燃氣體發生爆炸(zhà)必須具(jù)備一定的條件,那就是:一(yī)定濃度的(de)可燃氣體,一定量(liàng)的氧氣(qì)以及足夠熱量點燃它(tā)們(men)的火源,這就(jiù)是爆炸三要素(sù)(如上左圖所(suǒ)示的爆炸三(sān)角形),缺一不可,也就是說,缺少其中任何一個條(tiáo)件都不會引起火災和爆炸。 

當可燃氣體(蒸汽、粉塵)和氧氣混合並達到一定濃度時,遇具(jù)有一定溫度的火源就會發生爆炸(zhà)。我們把(bǎ)可燃氣體遇火源發生爆炸的濃度稱為爆炸濃度極限,簡(jiǎn)稱爆炸極限,一般用%表示。實際上,這種混合物也不是在任何混合比例(lì)上都會發生爆炸而要有一個濃度範圍。如上右圖所示的陰影部分。當可燃氣體濃度低(dī)於LEL(最低(dī)爆(bào)炸限度)時(可燃氣體濃度不足)和其濃度高(gāo)於UEL(最高爆炸限度)時(氧氣不足)都不會發生爆炸。不同的可燃氣體的LEL和(hé)UEL都各不相同(參見第八期的介紹),這一點在標定儀器(qì)時(shí)要十分注意。為安全起見,一般我們應當在可燃氣(qì)體濃度在LEL的10%和20%時發出警報,這(zhè)裏,10%LEL稱。作警告警報,而20%LEL稱作危險警報。這也就是我(wǒ)們將可燃氣(qì)體檢測儀又稱作LEL檢(jiǎn)測儀的原因。需要(yào)說明的是,LEL檢測儀上顯示的100%不是(shì)可燃氣體的濃度達到(dào)氣(qì)體體積的100%,而是達到了LEL的(de)100%,即相當於(yú)可燃氣體的最低爆炸下限,如(rú)果是甲(jiǎ)烷,100%LEL=4%體積濃(nóng)度(VOL).在工作中,以LEL方式(shì)測量這些氣體的檢(jiǎn)測儀是我們常見的催化燃燒式檢測儀。它的原理是一個雙路電橋(一般稱作惠斯通電橋)檢測單元。在這其中的一個鉑(bó)金絲電橋上塗有催化燃燒物質,不論何種(zhǒng)易燃氣體,隻要它能夠被電極引燃,鉑金絲電(diàn)橋的電阻就會由於溫度變化發生改變,這(zhè)種電阻變化同(tóng)可燃氣體的濃度成一定比例,通過儀器的電路(lù)係統和微處理機可(kě)以計算出可燃氣體(tǐ)的濃度。 

直接測量可燃氣體(tǐ)的體積濃度的熱導式VOL檢測器也可以在市場上(shàng)得到,同(tóng)時,也已經有了LEL/VOL合二為一的檢測器(qì)。VOL可燃(rán)檢測器特別(bié)適(shì)合於在缺氧(氧氣(qì)不足)的環境中測(cè)量可燃氣體的體積(VOL)濃度。 

有毒氣體既(jì)可以存在於(yú)生(shēng)產(chǎn)原料中,如大多數的有機化學物質(VOC),也可能存在於生產過程的各個環節的副產品中,如氨、一氧化碳、硫化氫等(děng)等。它們是對工作人員造成危害最大的(de)危險因素(sù)。這種危害不僅包括(kuò)立即的傷害,如身體(tǐ)不(bú)適、發病、死亡等等,而且包括對於人體長期的危害,如致殘、癌變等等。對於(yú)這些有毒(dú)有害氣體(tǐ)的檢測是我們發展中國家應當開始引起充分重視的問題。
表 常見有毒(dú)有害氣體的(de)TWA(8小(xiǎo)時統計權重(chóng)平均值)、STEL(15分(fèn)鍾(zhōng)短期暴露水平)、IDLH(立即致死量(liàng))(ppm)和MAC(車間最大允許濃度)mg/m3。 

 有毒氣體 TWA STEL IDLH MAC 

氨氣 (NH3) 25 35 500 30 

一氧化碳(CO) 25 -- 1500 30 

氯氣 (Cl2) 0.5 1 30 1 

氰化氫 (HCN) 10 4.7 50 0.3 

硫化氫(H2S) 10 15 300 10 

一氧化氮 (NO) 25 -- 100 -- 

二氧化硫(SO2) 2 5 100 15 

VOC* 50 100 -- --

隨氣體種類不同,其TWA、STEL、IDLH、MAC等值會有一定的不同 目前,對於特(tè)定的有毒氣體的檢測,我們使用最多的是專用(yòng)氣體傳感器。它可以包括上麵。所列的所有氣體傳感器,也包(bāo)括前兩章所介紹的光離子化檢測(cè)儀。其中,檢測無機(jī)氣(qì)體最為普遍、技術相對成熟(shú)、綜(zōng)合指標最好的方法是定電位電解式方法,也(yě)就是(shì)我們(men)常說的電化學傳(chuán)感器(qì)。電化學傳感器的構成是:將(jiāng)兩個反應電極(jí)--工作電極和對電極以(yǐ)及一個參比電極放置在特定(dìng)電解液中(如上圖如示(shì)),然後在反應電極之(zhī)間加上足夠的電壓,使透過(guò)塗(tú)有重金屬催化劑(jì)薄膜的待測氣體進行(háng)氧化還原反應,再通過儀器中的電路係統測量氣體(tǐ)電解時產生的電流,然後由其(qí)中的微處理(lǐ)器計算出氣體的濃度(dù)。 

目前,可以檢測到特定氣體的電化學傳感器包括:一氧化碳、硫化氫、二氧(yǎng)化硫(liú)、一氧化氮(dàn)、二氧化氮、氨氣、氯氣、氰氫酸、環氧乙烷、氯化氫等等。 檢測VOC檢測 器可以使(shǐ)用前章介紹的光離子化檢測器。氧氣也是(shì)在工業(yè)環境中(zhōng),尤其是密閉環境(jìng)中需(xū)要(yào)十分注意因素。一般(bān)我們將氧氣含量超過23.5%稱為氧氣過量(富氧),此時很容易發生爆炸的危險;而氧氣含量低於19.5%為氧(yǎng)氣不足(缺氧(yǎng)),此時很容(róng)易發生工人窒息、昏迷以至死亡的(de)危(wēi)險(xiǎn)。正(zhèng)常的氧氣(qì)含量應當在20.9%左右。氧氣檢測儀(yí)也(yě)是電化學傳感器的一種。 目前在選擇有毒有害氣體檢測儀時的(de)問題: 

在我(wǒ)國,由於曆史和(hé)認(rèn)識上(shàng)的原因,我們在(zài)選用各類檢測儀時(shí)存在的問題還(hái)比較多,具體體現在: 1) 對可燃氣體的檢測重於對有毒氣體(tǐ)的檢測。 2) 對可能引起急性中毒(dú)氣體(tǐ)的檢測重於對可能引起慢性中毒的氣體的檢測(cè)。 

由於眾多可燃氣體泄漏所引(yǐn)起的爆炸(zhà)事故的(de)血的教訓,使人們對於可燃氣體(tǐ)檢測(cè)十分重(chóng)視(shì),可以講(jiǎng),任何一個石化(huà)、化工廠(chǎng),絕大多(duō)數的危險氣體檢(jiǎn)測儀都是LEL檢測儀。但僅(jǐn)配備LEL檢測儀對於真正保護工人的安全(quán)和健康還是遠遠不夠的。 

不可否認的是,大多數的揮發性危險氣(qì)體都是可燃氣體,但是,催化燃燒式的可燃氣體(tǐ)檢測儀(LEL)並不是對所有(yǒu)的可燃氣體檢(jiǎn)測都是最佳選擇。它是專門(mén)為檢測甲烷設計的,而對其它物(wù)質的檢測性能比較差。所以,它們可以檢測出的除甲烷以外的可燃氣體的下限濃度要遠遠高於它們的允許濃度。比如:對於苯、氨氣等危險有毒氣體,單純使用可燃氣體檢測儀就是一個十分危險的(de)做法。比如,苯的爆炸下(xià)限是1.2%,它在LEL檢測儀上的校正(zhèng)係數是2.51,也就是說,苯在一(yī)個(gè)用(yòng)甲烷標定的LEL檢測(cè)儀上的顯示的濃度隻是其實際濃度的40%!!這樣,用LEL可以(yǐ)檢測到的苯的最低(dī)警報濃度是10%LEL=10%*1.2%*2.51=3.0*10-3,這個濃度同苯的允許濃度5*10-6相比(bǐ)要高近600倍(bèi)!!。同樣,氨在LEL檢測儀上得到的警報濃度1.5*10-2也要比其允許(xǔ)濃度2.5*10-5高大約600倍。因此根據所檢測(cè)氣體的不同,選擇特定有毒(dú)氣體檢測儀要比單純選擇LEL檢測儀更加安全可靠得多。

另外,目前我們對於可以(yǐ)引起急性中毒的氣體,比如硫化氫、氰氫酸等的檢測較為重視,但對於可以引起慢性中毒的(de)氣(qì)體,比如芳香烴、醇類等的檢測重視不夠,其實後者對於工人健康和安全的危害絲毫不遜於可以引起(qǐ)急性中(zhōng)毒的(de)氣體!它們可能引起癌變(biàn)和其它的隱形病症,影響工人的壽命和健康。這種現象的出現,除了(le)認識上的原因以外,以(yǐ)前市場上缺乏合適的、可以檢測較低濃(nóng)度的有機氣體檢測儀(yí)也是一個重(chóng)要的原(yuán)因。 

隨(suí)著科學技(jì)術水平的(de)發展和人們健(jiàn)康認識的提(tí)高(gāo),人們已經不滿足於僅僅"高高興興上班來,平平安安回家(jiā)去",而是追求著更高的生活質量和生活條件。人們不僅(jǐn)關心著今日的工作,更關心著明天----退休以後的生活。因此在(zài)工業衛生和工業安全工作中要不斷地引入新觀念、新思路才能不僅要避免眼前的危險發生,而更要(yào)注意避免日後悲劇的發生,所有這些,都需要通過法規製定和(hé)人們素質的提高得到不斷地改善和提高。我們將在(zài)下節(jiē)內容(róng)中探討如(rú)何選擇和(hé)維護各類有毒有害氣體傳(chuán)感器。  


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