索富通談制造企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測器設(shè)置

制造企業(yè)在生產(chǎn)過程中涉及機加工、鈑金、焊接、熱處理、表面處理、理化測試、裝配試驗等生產(chǎn)工藝，在生產(chǎn)過程中不可避免地使用或產(chǎn)生各種可燃氣體和有毒氣體，這些氣體一旦泄漏并積聚在周圍環(huán)境中，就有發(fā)生火災(zāi)、爆炸或人員急性中毒的可能。目前，人們對于可燃氣體的檢測報警十分重視，但是對能夠引起急性中毒，或是對可燃有毒氣體的檢測僅考慮測爆而不是測毒，這樣就不能真正保護工人的安全和健康。以制造業(yè)中常見的幾種可燃和有毒氣體為例，通過計算來探討工作場所可燃氣體和有毒檢測器的選用原則。

1  一般選用原則

    根據(jù)氣體的可燃性和毒性，工作場所中有害氣體分為三類，即無毒（或低毒）可燃氣體，如氫氣、甲烷；不燃有毒氣體，如：氟化氫、氯氣；可燃有毒氣體，如：氨氣、苯、硫化氫等。

    參照設(shè)計規(guī)范的要求，在使用可燃氣體的工作場所，當(dāng)可燃氣體有泄漏達到25%爆炸下限的可能時，應(yīng)設(shè)置可燃氣體檢測器。根據(jù)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，可能釋放高毒、劇毒氣體的工作場所，或可能大量釋放其他有毒氣體的工作場所，應(yīng)設(shè)立有毒氣體檢測報警點。

2  單一組分氣體檢測

   對于無毒（或低毒）可燃氣體，需測爆，此時選擇可燃氣體檢測器；對于不燃有毒氣體，需測毒，此時選擇有毒氣體檢測器。而對于可燃有毒氣體，則需測毒，選擇有毒氣體檢測器，這是因為其毒性報警值遠低于其爆炸報警值。以硫化氫為例，硫化氫既屬于可燃氣體也屬于有毒氣體，其最高容許濃度（MAC）為10mg/m3,摩爾質(zhì)量為34.08g/mol，為將硫化氫的MAC值與其爆炸下限進行直接對比，需將硫化氫的MAC值換算成體積分數(shù)。質(zhì)量濃度換算為體積分數(shù)的關(guān)系式為：

      C’=Vm × C/M × 10-6        （1）

式中：C’----氣體的體積分數(shù)；

      Vm -----在20℃/101.3kPa時氣體的摩爾體積，為24.0L/mol;

C----氣體的質(zhì)量濃度，mg/m3;

M---氣體的摩爾質(zhì)量，g/mol。

根據(jù)公式（1）計算，硫化氫達到MAC值時的體積分數(shù)為7.04 × 10-6，即0.000704%，而其爆炸下限為4.0%，其爆炸下限遠遠高于人員中毒的體積分數(shù)。由此可知，若工作場所硫化氫泄漏，硫化氫氣體達到爆炸下限之前，若有人員存在，人員可能已經(jīng)中毒身亡。對于可燃有毒氣體，通常只需要在車間內(nèi)設(shè)置有毒氣體檢測器進行測毒即可。制造企業(yè)幾類典型可燃有毒氣體達到MAC值或短時間接觸容許濃度（PC-STEL）時的體積分數(shù)與其爆炸下限見表1。

表1 可燃有毒氣體MAC或PC-STEL值與其爆炸下限

3  混合氣體的檢測

在生產(chǎn)過程中企業(yè)經(jīng)常會使用混合組分的物料，理論上就需要考慮兩種或兩種以上可燃氣體或有毒氣體的檢測報警，而實際設(shè)計工作中，并不是混合氣體中含有可燃氣體或有毒氣體，便需針對每一種氣體設(shè)置可燃氣體或有毒氣體檢測器。以下針對不同情況進行分析。

3.1混合氣體為可燃氣體理論上，當(dāng)可燃氣體體積分數(shù)能夠達到爆炸下限的25％時，均應(yīng)設(shè)置可燃氣體檢測器，但由于混合氣體在泄漏過程中組分不會改変，故可根據(jù)公式(2)先計算出混合氣體中每一種可燃氣體分別達到其爆炸下限的25％時混合氣體的體積，然后判斷得出先到達爆炸下限的氣體，只設(shè)置一種可燃氣體檢測器來進行檢測報警。

V’＝V × 爆炸下限x25％/?    （2）

式中：V’---混合氣體體積,m3；

D- --房間體積，m3；

? ---混合氣體中某種氣體的體積分數(shù)；

應(yīng)用舉例:假設(shè)密閉空間為100m，有泄漏源向其內(nèi)部泄漏組分固定的混合氣體。混合氣體中含有氫氣和甲烷兩種可燃氣體，體積分數(shù)分別為20和30％，其爆炸下限分別為4％和5％。該如何設(shè)置氣體檢測和器?

根據(jù)公式(2)計算得出，氫氣達到其25％爆炸下限時，混合氣體體積是5.0m3;甲烷達到其爆炸下限的25％時，混合氣體體積是4.2m2。當(dāng)混合氣體發(fā)生泄漏，甲烷會先到達其爆炸下限的25％，因此針對這種混合氣體只需設(shè)置甲烷的可燃氣體檢測器即可。

3.2混合氣體為有毒氣體

理論上，當(dāng)工作場所空氣中有毒氣體濃度能夠達到其毒性報警值時，均應(yīng)設(shè)置有毒氣體檢測器，但由于混合氣體在泄漏過程中組分不會改變，故可根據(jù)公式先計算出混合氣體中每一種有毒氣體分別達到各自毒性報警值時混合氣體的體積V’，然后判斷得到先達到毒性報警值的氣體，只設(shè)置一種有毒氣體檢測器來進行檢測報警。

V’=V× C’/?      （3）

式中：V’--混合氣體的體積，m3；

      V --房間體積，m3;

C’--氣體達到其毒性報警值時的體積分數(shù)；

? --混合氣體中某種氣體的體積分數(shù)。

應(yīng)用舉例:假設(shè)密閉空間為100m3，有泄漏源向其內(nèi)部泄漏組分固定的混合氣體。混合氣體中含有一氧化碳和硫化氫兩種毒性氣體，其體積分數(shù)分別為10.0％和0.3％。該如何設(shè)置氣體檢測器?

已知一氧化碳在其PC-STEL值時的體積分數(shù)為25.70×10-6，硫化氫在其MAC值時的體積分數(shù)為7.04× 106。根據(jù)公式(3)計算得出，工作場所空氣中一氧化碳達到PC-STEL值時，混合氣體體積為0.026m3，硫化氫達到MAC值時，混合氣體體積為0.234m3。若混合氣體發(fā)生泄漏，一氧化碳會先達到其PC-STEL值，因此針對這種混合氣體只需設(shè)置一氧化碳有毒氣體檢測器即可。

3.3混合氣體為可燃氣體和有毒氣體

當(dāng)混合氣體中既含有可燃氣體又含有有毒氣體時，若可燃氣體濃度可能達到25％爆炸下限，但有毒氣體濃度沒有達到毒性報警值，應(yīng)設(shè)置可燃氣體檢測器，檢測器選擇方法見3.1節(jié);若有毒氣體濃度可能達到毒性報警值，但可燃氣體濃度沒有達到25％爆炸下限，應(yīng)設(shè)置有毒氣體檢測器，檢測器選擇方法見3.2節(jié);若可燃氣體濃度可能達到25％爆炸下限，有毒氣體濃度也可能達到毒性報警值時，應(yīng)分別設(shè)置可燃氣體和有毒氣體檢測器。以上討論均是針對固定組分混合氣體直接泄漏的情況，若生產(chǎn)過程中各組分在不同步消耗的情況下發(fā)生泄漏，則需根據(jù)具體情況做進一步分析，考慮對每種可燃氣體或有毒氣體的檢測報警。

4  檢測器的安裝

   氣體檢測器的安裝位置需根據(jù)被測氣體的密度來確定。當(dāng)被測氣體比空氣重（即按照標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下被測氣體質(zhì)量濃度大于0.97kg/m3）時，檢測器的安裝高度應(yīng)距地面0.3~0.6m。當(dāng)被測氣體比空氣輕（即按照標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下被測氣體質(zhì)量濃度小于0.97kg/m3）時，檢測器的安裝高度應(yīng)高出釋放源0.5~2.0m；此外，還應(yīng)在車間內(nèi)最高點氣體積聚處設(shè)置檢測點。當(dāng)所測氣體（如硫化氫、一氧化碳、氰化氫）與空氣的摩爾質(zhì)量接近且極易與空氣混合時，檢測器應(yīng)安裝在距釋放源上下1.0m的范圍內(nèi)。檢測器安裝場所不應(yīng)有沖擊、振動、強電磁干擾；檢測器探頭要與周圍管線或設(shè)備留出0.5m以上的距離。此外，檢測器的布置還要結(jié)合釋放源的特性、生產(chǎn)場地布置、地理條件等因素來綜合考慮。

5小結(jié)

    為充分保障企業(yè)安全生產(chǎn)，預(yù)防職業(yè)病發(fā)生，設(shè)計單位和建設(shè)單位應(yīng)充分重視工作場所可燃氣體、有毒氣體的檢測，特別是針對可能產(chǎn)生劇毒、高毒氣體的工作場所。