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第5第55.1可燃性气体和有毒气体的检测5.2粉尘检测5.3噪声及其检测5.4泄漏检测5.5火灾参数检测与自动报警系统第55.1可燃性气体和有毒气体的检测5.1.1可燃性气体和有毒气体的性质1.可燃性气体可燃性气体的涉及面十分广泛，凡在空气中可以燃烧的气体都属于可燃性气体，如日常生活中的城市煤气、液化石油气、工业原料气（乙烯、丙烷）、煤矿中的甲烷等。在石油化工生产中，有关规则规定：表5－1所示气体中的32种气体以及爆炸下限含量在10%以下，或爆炸上限与爆炸下限含量差大于20%的气体称为可燃性气体。表5－1所列的32种可燃性气体均为最常见的可燃气体或可燃有毒气体，也是石化。第5表5-1常见的可燃性气体和有毒气体归属爆炸极限/%允许浓度序号可燃有害物质名称化学式LELUEL×10-6mg/m31?乙炔HC?CH２.51002?乙醛CH3CHO4.0603?乙烷C2H63.012.44?乙胺C2H5NH23.513.955?乙苯C6H5C2H51.06.76?乙烯CH2＝CH22.7367?氯乙烷C2H5Cl3.815.48?氯乙烯CH2＝CHCl3.6339?环氧丙烷CH2CHCH2O2.121.510?环丙烷2.410.411?二甲胺（CH3）2NH2.814.412?氢H24.07513?丁二烯CH2＝CHCH＝CH22.01214?丁烷CH3（CH2）2CH31.88.4第5表5-1常见的可燃性气体和有毒气体15?丁烯C4H89.716?丙烷CH3CH2CH32.19.517?丙烯CH3CH＝CH22.41118?甲烷CH45.015.019?二甲醚CH3OCH33.42720??丙烯腈CH2＝CHCN3.017.020221??一氧化碳CO12.574503022??丙烯醛CH2＝CHCHO2.8310.10.323??氨NH31528253024??一氯甲烷CH3Cl717.4100—25??氧乙烯（CH2）2O310050—26??氰化氢HCN641100.3第5表5-1常见的可燃性气体和有毒气体27??三甲基胺（CH3）3N2.01210—28??二硫化碳CS21.350101029??溴甲烷CH3Ｂr101515130??苯C6H61.37.9104031??甲胺CH3NH24.920.710532??硫化氢H2S44.4101033?二氧化硫SO2—51534?氯Cl2——1135?二乙胺（C2H5）2NH1.81025—36?氟Ｆ2——1137?光气COCl2——0.10.538?氯丁二烯C4H5Cl4.020252第5对生产环境常见的可燃性气体进行安全监测时，以可燃性气体浓度为检测对象，以可燃性气体的爆炸极限为标准来确定测量与报警指标。可燃性气体或蒸汽与空气的混合物能使火焰蔓延或爆炸的可燃性气体或蒸汽的最低浓度，称为该气体或蒸汽的爆炸下限。同理，能使火焰蔓延的最高浓度称为该气体或蒸汽的爆炸上限。爆炸极限浓度通常用可燃性气体的体积分数表示，爆炸下限用LEL表示，即LowerExplosiveLimit的缩写；爆炸上限用UEL表示，即UpperExplosiveLimit的缩写。有些可燃性气体测量报警仪表以LEL（%）作测量单位，此即是以某种可燃性气体的爆炸下限为满刻度（100%），例如丁烷的LEL＝1.8%，若以1.8%作为100%，则有1LEL%相当于0.018%丁烷。第5链烷烃类的爆炸下限可用下式估算：LEL＝0.55×C0（5-1）式中，C0为可燃性气体完全燃烧时的化学计量浓度。当某些作业环境中，由于存在多种可燃性气体，与空气形成具有复杂组成的可燃性气体混合物时，混合可燃气体爆炸下限可根据各组分已知的爆炸下限求出，见下式：nn2211LELC...LELCLELC100LEL混（5-2）式中，LEL混为混合物爆炸下限；C1~Cn为各组分在总体积中所占的体积分数，且C1+C2+…+Cn=100；LEL1~LELn为各组分爆炸下限。第52.有毒气体在工业生产过程中使用或产生的对人体有害，能引起慢性或急性中毒的气体或蒸汽称为有毒气体。我国《工业企业设计卫生标准》中列有有毒物质共计111种，其中绝大部分为气体或蒸汽。我国现已制定出毒物毒性分级标准和毒物管理分级标准，有毒气体方面的规定与表5-1所列的有毒气体及参数规定相似，这里不做详细叙述。需指出，表5-1中列出的32种可燃性气体和19种有毒气体，其中有13种重叠，即这13种气体既是可燃性气体又是有毒气体，因此在测量仪表的选用上要特别加以注意。第5在工业生产过程中进行有毒气体监测时，是以有毒气体浓度为检测对象，并以有毒气体的最高允许浓度为标准确定监测与报警指标的。所谓最高允许浓度，是指人员工作地点空气中的有害物质在长期分次有代表性的采样测定中均不应超过的浓度值，以确保现场工作人员在经常性的生产劳动中不致发生急性和慢性职业危害。我国采用最高允许浓度作为卫生标准。除最高允许浓度（MAC）外，有毒气体还有以TLV作为卫生标准的。TLV即阈限值（ThresholdLimitValues），是指空气中有毒物质的浓度。在此浓度下，几乎全体现场工作人员每日重复接触不会产生有害影响。第5有毒气体的浓度单位一般不采用质量分数表示，而是采用ppm值或mg／m3来表示。ppm值是指一百万份气体总体积中，该气体所占的体积分数（ppm为非法定计量单位）。它使用相对浓度表示法，与体积分数的换算关系为：ppm＝（体积分数%）×104。mg／m3是气体浓度的绝对表示法，是指1立方米气体（空气）中含该种气体的毫克数。我国卫生标准中的最高允许浓度是以mg／m3为单位，两种单位的换算关系为45.24)ppm()m/mg(3M（5-3）第5Mgpp45.24)m/m()m(3式中:Ｍ为有毒气体的相对分子质量；24.45为常数，是25℃、101325Pa时气体的摩尔体积。第55.1.2可燃性气体和有毒气体的检测原理1.为了保护环境，保障人的身体健康，保证安全生产和预防火灾爆炸事故发生，必须首先确知生产和生活环境中可燃性气体的爆炸下限和有毒气体的最高允许浓度的阈限值，以及氧气的最低浓度阈限值，以便通过应用各种类型的测量仪器、仪表对这些气体进行检测。通过检测了解生产环境的火灾危险程度和有毒气体的恶劣程度，以便采取措施或通过自动监测系统实现对生产、生活环境的监控。第5１）可燃性气体的监测标准取决于可燃物质的危险特性，且主要是由可燃性气体的爆炸下限决定的。从监测和控制两方面的要求来看，监测首先应做到可燃性气体与空气混合物中可燃气体的浓度达到阈限值时，给出报警或预警指示，以便采取相应的措施，而其中规定的浓度阈值和可燃性气体与空气混合物的爆炸下限直接相关。一般取爆炸下限的10％左右作为报警阈值，当可燃性气体的浓度继续上升，一般达到其爆炸下限的20％～25％时，监控功能中的联动控制装置将产生动作，以免形成火灾及爆炸事故。第52）有害气体即有毒气体，其监测标准由多种气体的环境卫生标准来确定，这里的多种气体是指氧气及各种有害气体。我国制定的《大气环境质量标准》（GB3095—82）中规定了空气污染物三级标准浓度限值。《工业企业设计卫生标准》中列出了居住区大气有害气体的最高允许浓度值，以及工矿车间环境有害气体的最高允许浓度值。此外，我国对煤矿井下环境也做了必要的规定。第52.各类气体测量仪表的工作原理为了实现对可燃性气体和多种有害气体的测量和预防，采用各种气体传感器构成的测量仪表品种繁多，其结构原理、测定范围、性能、操作使用等互不相同，无法一一分析。但是，从所用气体传感器的基本工作方式和原理来划分，目前用于测量可燃气体和多种气体的仪器、仪表可归纳划分成如下几种主要类型。第51）接触（催化）此类仪器是利用可燃性气体在有足够氧气和一定高温条件下发生催化燃烧（无焰燃烧），放出热量，从而引起电阻变化的特性，达到对可燃性气体浓度进行测量的目的。这类可燃气体测量仪器采用有代表性的气体传感材料：Pt丝＋催化剂（Pd－、Pt－、Al2O3、CuO），其具有体积小、质量轻的特点。第5可燃性气体（H2、CO和CH4等）与空气中的氧接触，发生氧化反应，产生反应热（无焰接触燃烧热），使得作为敏感材料的铂丝温度升高，具有正的温度系数的金属铂的电阻值相应增加，并且在温度不太高时，电阻率与温度的关系具有良好的线性关系。一般情况下，空气中可燃性气体的浓度都不太高（低于10％），可以完全燃烧，其发热量与可燃性气体的浓度成正比。这样，铂电阻值的增大量就与可燃性气体浓度成正比。因此，只要测定铂丝的电阻变化值（ΔR），就可以检测到空气中可燃性气体的浓度。但是，使用单纯的铂丝线圈作为检测元件，其使用寿命较短。所以实际应用的检测元件，都是在铂丝线圈外面涂覆一层氧化物触媒，以延长其寿命，提高其响应特性。第5气敏元件的结构一般用直径50～60μｍ的高纯（99.999％）铂丝，绕制成直径约为0.5ｍｍ的线圈。为了使线圈具有适当的阻值（1～2Ω）,一般应绕10圈以上，在线圈外面涂以氧化铝（或者由氧化铝和氧化硅组成）的膏状涂覆层，干燥后在一定温度下烧结成球状多孔体。烧结后，放在贵金属铂、钯等的盐溶液中，充分浸渍后取出烘干，然后经过高温热处理，使在氧化铝载体上形成贵金属接触媒层，最后组装成气体敏感元件。除此之外，也可以将贵金属触媒粉体与氧化铝等载体充分混合后配成膏状，涂覆在铂丝绕成的线圈上，直接烧成后使用。第5催化燃烧式气体检测原理及其电路如图5-1所示。所用检测元件有铂丝催化型和载体催化型两种。其中,铂丝催化型元件没有专门的催化外壳，是由铂丝承担三种工作的：铂丝表面完成可燃气体氧化催化功能，同时铂丝又兼作加热丝和测温元件。而载体催化型元件由加热芯丝和载体催化外壳组成，催化外壳对可燃气体的氧化过程起催化作用，加热电流通过芯丝将催化外壳加热到正常工作温度，而芯丝又兼作电阻测温元件来检测催化外壳的温度变化。第5图5-1催化燃烧式气体检测原理及其电路第5２）Ⅰ.它是利用被测气体的热传导率与铂丝（发热体）的热传导率之差所引起的温度变化的特性测定气体的浓度的。这类气体传感器主要用于测定氢气（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氮气（N2）、氧气（O2）等气体的浓度，多制成携带式仪器。第5Ⅱ.固体热传导式气体传感器它是利用被测气体的不同浓度在金属氧化物表面燃烧引起的电阻变化特性，来达到测定被测气体浓度的目的的。这类仪器多制成携带式仪器，用于测定氢气（H2）、一氧化碳（CO）、氨气（NH3）等气体的浓度，也可用于测定其他可燃性气体的浓度。热传导式气体传感器的测量仪器仪表的检测电路原理与催化燃烧式的检测电路原理相同，只是其中R1用热传导式元件。热导式气体浓度检测方法的优点是在测量范围内具有线性输出，不存在催化元件中毒问题，工作温度低，使用寿命长，防爆性能好。其缺点是背景气要干扰测量结果（如二氧化碳、水蒸气等），在环境温度骤变时输出也要受影响，在低浓度检测时有效信号较弱。第53）半导体式气敏传感器的品种也是很多的，其中金属氧化物半导体材料制成的数量最多（占气敏传感器的首位），其特性和用途也各不相同。金属氧化物半导体材料主要有SnO2系列、ZnO系列及Fe2O3系列，由于它们的添加物质各不相同，因此能检测的气体也不同。半导体气敏传感器适用于检测低浓度的可燃性气体及毒性气体如CO、H2S、NOx及C2H5OH、CH4等碳氢气体。其测量范围为百万分之几到百万分之几千。第5图5-2半导体气敏传感器的基本工作电路第5半导体式气敏传感器的基本工作电路如图5-2所示。负载电阻RL串联在传感器中，其两端加工作电压，加热丝f两端加上加热电压Uf。在洁净空气中，传感器的电阻较大，在负载电阻上的输出电压较小；当遇到待测气体时，传感器的电阻变得较小（N型半导体型气敏传感器检测还原性气体），则RL上的输出电压较大。气敏传感器主要用于报警器，超过规定浓度时，发出声光报警。第5众所周知，对于某些危害健康，引起窒息、中毒或容易燃烧爆炸的气体，应注意其含量为何值时达到危险程度，有的时候并