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有毒有害氣體檢測安全技術(shù) （一） 可燃性氣體檢測 1、 可燃氣體的爆炸范圍和爆炸極限 可燃性氣體在空氣中可能會發(fā)生燃燒（即在點燃后， 火焰會從燃點開始擴散） 和爆炸時的周圍環(huán)境必須符合四個條件， 即適量的氧氣、 適量的可燃性氣體、 點火源以及足夠的分子能量，這樣才能維持燃燒的鏈式反應(yīng)。如果這四個條件中的任何一個沒有或不足， 燃燒或爆炸就不可能發(fā)生。 我們將空氣混合物中可燃性氣體可以發(fā)生燃燒時的最低體積濃度%VOL 稱為燃燒下限 LFL%。將空氣混合物中可燃性氣體可能被點燃后發(fā)生爆炸時的最低體積濃度%VOL 稱為爆炸下限LEL%。 從定義上可以看出， 燃燒下限 LFL%和爆炸下限 LEL%兩者的含義是不同的。 但在實際應(yīng)用上的方便， 可以不加區(qū)分， 互相替代使用。不同的可燃性氣體有不同的 LFL / LEL。低 于 LFL / LEL的可燃性氣體或蒸氣， 由于對氧氣的比例太低， 不可能發(fā)生燃燒或爆炸。 大多數(shù)的（不是全部） 可燃性氣體或蒸氣還具有一個高限體積濃度， 在此濃度值之上， 可燃性氣體也不會發(fā)生燃燒或爆炸。燃燒上限 UFL%是可燃性氣體的蒸氣和氣體在空氣中支持燃燒的最大體積濃度。

相對應(yīng)的還有一個爆炸上限 UFL%。 同樣在使用上也不加區(qū)分。 高于 UFL / UEL 時， 因為可燃性氣體的蒸氣和氣體同氧氣的濃度比例太大， 或者說由于氧氣不足， 以至于無法反應(yīng)而是燃燒擴散， 也就不會發(fā)生燃燒或爆炸。 2、 可燃性氣體的定義在實際工作中， 可燃性氣體泛指具有燃燒能力的氣體。 在國際上一般采用列舉 （特指） 和概括兩種方式來規(guī)定那些氣體是可燃性氣體（簡稱可燃氣體）。 （1） 國際上特指以下 32 種氣體為可燃氣體。 序 可燃性氣體 爆炸范圍， % 序 可燃性氣體 爆炸范圍， % 1 丙烯腈 3~7 2 丙烯醛 2.8~31 3 乙炔 2.5~81 4 乙醛 4.1~55 5 氨 16~25 6 一氧化碳 12.5~74.5 7 乙烷 3~12.5 8 乙胺 3~14 9 乙苯 1~6.7 10 乙烯 3.1~32 11 氯乙烷 3.8~15.4 12 氯乙烯 4~22 13 氯甲烷 10.7~17.4 14 環(huán)氧乙烷 3~100 15 環(huán)氧丙烷 2.1~21.5 16 氰化氫 6~14 備注： 爆炸范圍是指 LEL 和 UEL 的體積濃度。 17 環(huán)丙烷 18 二甲胺 19 氫氣 20 三甲胺 21 二硫化碳 22 丁二烯 23 丁烷 24 丁烯 25 丙烷 26 丙烯 27 溴甲烷 28 苯 29 甲烷 30 甲胺 31 二甲醚 32 硫化氫 2.4~10.4 2.8~14.4 4~75 2~11.6 1.3~44 2~11.5 1.9~8.5 1.6~9.3 2.2~9.5 2.4~10.3 13.5~14.5 1.3~7.1 5.3~14 4.9~20.7 3.4~27 4.3~45 （2） 其他氣體符合下列條件之一者， 也屬于可燃氣體范疇。

①爆炸下限在 10%VOL 以下者。 ②爆炸范圍的上限與下限之差在 20%VOL 以上者。 3、 常用的濃度單位工程換算（1） %LEL 與%VOL 的換算 當可燃氣體達到了爆炸下限 LEL 以上就有爆炸的危險。 為了計算和說明的方便，一般將爆炸下限 LEL分成 100份有害氣體檢測， 即 1LEL = 100%LEL； 例如， 甲烷單獨存在 100%LEL = 5.3%VOL， 也就是說， 一般的報警單位 10%LEL = 0.53%VOL； 即當環(huán)境中甲烷 濃度 0.53%體積時， 就應(yīng)該意識到危險狀況的存在。 （2） %VOL 與 ppm、 ppb 的換算 1ppm = 1000ppb =1/1000000VOL 或者 10-6 100%VOL = 106ppm = 109ppb 以甲烷為例，10%LEL = 0.53%VOL = 53000ppm 如果是苯乙醇報警器， 則 10%LEL = 0.13%VOL = 13000ppm（注意，苯的立即致死量 IDHL 是 500ppm?。。? （3） ppm 與 mg/m3的換算 V（ppm） = W（mg/m3） ×24.46 / M 式中： V 為 ppm 為單位的體積濃度值。

W 為 mg/m3為單位的絕對重量的濃度值。 M 為待測物質(zhì)的分子量。 （4） 混合可燃氣體的爆炸極限的計算 用 Vn 表示一種可燃氣體在混合物中的體積分數(shù)有害氣體檢測， LELn 和UELn 分別為此種可燃氣體的爆炸下限和爆炸上限， 則混合氣體的爆炸下限為： LEL = 100 /（V1/LEL1 + V2/LEL2 + … +Vn/LELn）（%VOL） 同理， 混合氣體的爆炸上限為： UEL = 100 / （V1/UEL1 + V2/UEL2 + … +Vn/UELn）（%VOL） 例如， 一天然氣的組成為甲烷 80%VOL（LEL 甲烷=5.3）， 乙烷 15%VOL（LEL 乙烷=3.0）、 丙 烷 4%VOL（LEL 丙烷=2.2）、 丁 烷1%VOL（LEL 丁烷=1.9）， 則此天然氣的爆炸下限為： LEL 天然氣= 100 / （805.3 + 15/3.0 + 4/2.2 + 1/1.9） = 4.46%VOL 從以上計算可以看出， 盡管甲烷占了大多數(shù)， 但由于乙烷、丙烷和丁烷的存在， 使得天然氣的爆炸下限相對于甲烷降低了很多。 4、 可燃氣體爆炸場所的劃分 世界各國對危險場所區(qū)域劃分不同， 但大致分為兩大派系： 中國和大多數(shù)歐洲國家采用國際電工委員會 （IEC） 的劃分方法，而以美國和加拿大為主要代表的其他國家采用北美劃分方法。

中國標準 GB3836.14--2000《爆炸性其他環(huán)境用電氣設(shè)備，第 14 部分： 危險場所分類》 的規(guī)定如下： 0 區(qū) 爆炸性氣體環(huán)境連續(xù)出現(xiàn)或長時間存在的場所。 1 區(qū) 在正常運行時可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的場所。 2 區(qū) 在正常運行時不可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境， 如果出現(xiàn)也是偶爾發(fā)生， 并且僅是短時間存在的場所。 0 區(qū)， 一般只存在于密閉的容器、 儲罐等內(nèi)部氣體空間； 在實際防爆設(shè)計過程中 1 區(qū)也很少涉及； 大多數(shù)情況屬于 2 區(qū)。 美國、 加拿大等北美國家危險區(qū)域的劃分依據(jù) NEC（美國國家電氣規(guī)程） 的定義， 對爆炸性氣體環(huán)境劃分為 1 區(qū)、 2 區(qū) （沒有 0 區(qū)）。 兩者之間的對應(yīng)關(guān)系大致如下： 氣體 IEC 0 區(qū)、 1 區(qū)——NEC 1 區(qū) IEC 2 區(qū)——NEC 2 區(qū) 具體的比較見下表。 爆炸性 物質(zhì) 在正常情況下， 爆炸性氣體混合物連續(xù)或長時間存在的場所。 在正常情況下， 爆炸性氣體混合物有可能出現(xiàn)的場所。 在正常情況下， 爆炸性氣體混合物不可能出現(xiàn)， 僅僅在不正常情況下偶爾或短時間出現(xiàn)的場所。 在正常情況下， 爆炸性粉塵或可燃性纖維與空氣的混合物可能連續(xù)出現(xiàn)、 短時間頻繁地出現(xiàn)或長時間存在的場所。

在正常情況下， 爆炸性粉塵或可燃性纖維與空氣的混合物不可能出現(xiàn)， 僅僅在不區(qū) 域 定 義 IEC 標準 NEC 標準 氣體 CLASS Ⅰ 0 區(qū) Div. 1 1 區(qū) 2 區(qū) Div. 2 可燃性粉塵或纖維 CLASS Ⅱ /Ⅲ 10 區(qū) Div. 1 2 區(qū) Div. 2正常情況下偶爾或短時間出現(xiàn)的場所。 備注： IEC 中的“區(qū)” 的英文定義為 Zone， 而在 NEC 中的“區(qū)” 的英文定義為 Division。 4、 本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的安全特點 （1） 本質(zhì)安全型電氣設(shè)備防爆特點 本質(zhì)安全型電氣設(shè)備又稱安全火花型電氣設(shè)備。 它的特點時電氣設(shè)備在正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下， 電路、 系統(tǒng)產(chǎn)生的火花和達到的溫度都不會引燃爆炸性混合物。它的防爆主要有以下措施來實現(xiàn)。 ①采用新型集成電路元件等組成儀表電路， 在較低的工作電壓和較小的工作電流下工作。 ②用安全柵把危險場所和非危險場所的電路分隔開， 限制由非危險場所傳遞到危險場所去的能量。 ③儀表的連接導線不會形成過大的分布電感和分布電容，以減少電路中的儲能。 （2） 本質(zhì)安全型電氣設(shè)備應(yīng)用特點 由于本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的防爆性能不需要采用通風、 充氣、 充油、 隔爆等外部措施實現(xiàn)， 而是通過其電路設(shè)計本身實現(xiàn)，因而是本質(zhì)安全。

這類電氣設(shè)備可適用于一切危險場所和一切爆炸性氣體、蒸氣混合物， 并可以在通電的情況下進行維修和調(diào)整。但是， 對于本安型固定式儀表， 由于必須使用控制器（或系統(tǒng)）。所以不能單獨使用， 必須和本安關(guān)聯(lián)設(shè)備（安全柵）、 外部配線一起組成本安系統(tǒng)， 才能發(fā)揮防爆功能。 （3） 本安型 ia 和 ib 兩種的區(qū)別 ia 等級： 在正常工作狀態(tài)下， 以及電路中存在一個故障或兩個故障時， 均不能點燃爆炸性氣體混合物。 在 ia 型電路中，工作電流被限制在 100mA 以下。 ib 等級： 在正常工作狀態(tài)下， 以及電路中存在一個故障時， 不能點燃爆炸性氣體混合物。 在 ib 型電路中， 工作電流被限制在 150mA 以下。 從本質(zhì)安全角度講， ia 型適用于 0 區(qū)和 1 區(qū)， 以及工廠；而 ib 型僅適用于 1 區(qū)和煤礦井下。 5、 防爆方法對危險場所的適用性 序號 防爆型式 代號 國家標準 防爆措施 適用區(qū)域 1 隔爆型 d GB3836.2 隔 離 存 在 的點火源 GB3836.3 設(shè) 法 防 止 產(chǎn)生點火源 GB3836.4 限 制 點 火 源的能量 GB3836.4 Zone1， Zone2 2 增安型 e Zone1， Zone2 3 本安型 ia ib Zone0~2 4 正壓型 p GB3836.5 危 險 物 質(zhì) 與點火源隔開 Zone1， Zone2 5 充油型 o GB3836.6 Zone1， Zone2 6 充砂型 q GB3836.7 Zone1， Zone2 7 無火花型 n GB3836.8 設(shè) 法 防 止 產(chǎn)生點火源 Zone2 8 澆封型 m GB3836.9 Zone1， Zone2 9 氣密型 h GB3836.10 Zone1， Zone2 6、 爆炸性危險氣體的分類 按照爆炸性危險氣體的形態(tài)存在的場所， 防爆等級分為三大類， 見下表。

工況類別 氣體分類 代表性氣體 礦井下 Ⅰ 甲烷 Ⅱ A 丙烷 Ⅱ B 乙烯 Ⅱ C 氫氣 粉塵纖維類 Ⅲ爆炸性危險氣體的分類、 分級、 分組舉例見電氣安全技術(shù)問答部分。 最小引爆火花能量， mJ 0.280 0.180 0.060 0.019 礦 井 外 的 工廠7、 防爆標志格式說明 （1） 工廠或礦區(qū)中常用防爆電氣設(shè)備要求的防爆形式 ①Ex（ia） Ⅱ CT6 標志內(nèi)容 符號 防爆聲明 Ex 符合某種防爆標準， 如我國的國家標準。 防爆方式 ia 采用 ia 級本質(zhì)安全防爆方法， 可安裝在 0 區(qū)。 氣體類別 Ⅱ C 被允許涉及Ⅱ C 類爆炸性氣體。 溫度組別 T6 儀表表面溫度不超過 85℃。②Ex（ia） Ⅱ C 標志內(nèi)容 符號 防爆聲明 Ex 符合某種防爆標準， 如我國的國家標準。 防爆方式 ia 采用 ia 級本質(zhì)安全防爆方法， 可安裝在 0 區(qū)。 氣體類別 Ⅱ C 被允許涉及Ⅱ C 類爆炸性氣體。 （2） 煤礦中常用防爆電氣設(shè)備要求的防爆形式 煤礦用隔爆型電氣設(shè)備為 ExdⅠ ， 本質(zhì)安全型為 ExibⅠ 或ExiaⅠ ， 隔爆兼本質(zhì)安全型為 Exd（ib） Ⅰ或 Exd（ia） Ⅰ， 增安型為 ExeⅠ ， 增安兼本質(zhì)安全型為 Exe（ib） Ⅰ。

含義 含義 氧氣濃度與深度之間的關(guān)系美國 NIOSH 測出氧氣濃度隨深度變化的數(shù)據(jù)見下表。 由表面開始的深度， m 1.5 20.5 2.0 20.0 3.0 14.0 氧氣濃度， % 由表面開始的深度， m 4.0 5.0 氧氣濃度， % 6.5 4.0 從上表中可以看出， 如果僅僅從有限空間的進入點檢測氧氣濃度， 可能就無法發(fā)現(xiàn)在有限空間底部的煙氣不足。 因此， 所有的有限空間的垂直分布都要進行氧氣濃度的檢測。 工業(yè)中常見的幾種耗氧行為 在工業(yè)生產(chǎn)過程中， 常見的耗氧行為有：（1） 微生物行為。 微生物（包括植物微生物和動物微生物）通過新陳代謝的方式消耗氧氣。 如苔蘚、 綠藻的生長， 動物身體的腐敗等都要消耗氧氣。 曾有報道， 在一個 2.23m3干燥的空間，因底部有一只老鼠的粉狀尸體， 因尸體分解導致其空間底部的氧氣濃度只有 5%。 （2） 氧化。 有機物的氧化、 鋼鐵的生銹就是一種消耗氧氣的氧化過程。 在像水罐、 船艙等有濕度的情況下， 金屬的銹蝕可以引起強烈的氧氣不足。 （3） 燃燒。 可燃物的燃燒可以不僅僅消耗氧氣， 同時還會產(chǎn)生大量的有毒物質(zhì)， 包括氮、 碳、 硫的氧化物。

（4） 吸收或吸附。 有些物質(zhì)（如活性炭） 可以在空氣中直接吸收或吸附氧氣， 造成缺氧。 各類傳感器的使用壽命 各類傳感器都具有一定的使用壽命（或稱為使用年限）。 一般將來， LEL 傳感器的使用壽命較長， 可以使用 3 年。 紅外和光離子化檢測儀的使用壽命為 3 年或更長一些。電化學特定氣體傳感器的使用壽命相對短一些，一般在 1~2 年。 氧氣傳感器的使用壽命最短甲醇報警器， 一般只有 1 年左右的時間。 電化學傳感器的使用壽命取決于其中電解液的干涸， 所以如果長時間不用， 將其密封放在較低溫度的環(huán)境中可以延長一些使用壽命。 對于固定式儀器由于體積相對較大， 傳感器的使用壽命也較長一些。 常見氣體傳感器的檢測范圍、 分辨率和最高承受濃度 常見氣體傳感器的檢測范圍、 分辨率和最高承受濃度見下表。傳感器 一氧化碳 硫化氫 二氧化硫 一氧化氮 氨氣 氰化氫 氯氣 VOC 檢測范圍， ppm 0~500 0~100 0~20 0~250 0~50 0~100 0~10 0~5000 分辨率 1 1 0.1 1 1 1 0.1 0.1 最高濃度， ppm 1500 500 150 1000 200 100 30 -- 備注： VOC 是有機有毒有害氣體的統(tǒng)稱。

各類有毒有害氣體檢測器都有其固定的檢測范圍， 即線性范圍， 只有在線性范圍內(nèi)進行檢測， 才能保證檢測的準確性。 在線性范圍之外的檢測， 其準確性是不能被保證的。 此外， 長時間在線性范圍之外進行檢測， 將使傳感器遭到永久性的破壞。 例如， LEL 傳感器， 如果不慎在超過 100%LEL 的環(huán)境中使用， 就有可能徹底燒毀傳感器。 而對于有毒有害氣體傳感器長時間工作在較高濃度下， 就會造成電解液飽和， 使傳感器遭到永久性的破壞。 所以， 對于便攜式或固定式檢測器在使用時發(fā)出超限信號時， 要立即離開現(xiàn)場， 以保證人員和檢測儀器的安全。 使用氣體檢測儀器時應(yīng)注意的問題 在選擇和使用氣體檢測儀器時應(yīng)注意的以下問題： （1） 對有毒有害氣體的檢測與可燃氣體的檢測同等重要。 （2） 對可能引起慢性中毒的氣體檢測與可能引起急性中毒的氣體檢測同等重要。 （3） 檢測可燃氣體時應(yīng)同時檢測有毒有害氣體的濃度。 （4） 檢測可燃氣體濃度時應(yīng)考慮標定氣體影響。 使用催化燃燒式的可燃氣體檢測儀器（LEL） 并不是對所有的可燃氣體都有效， 因為可燃氣體檢測儀器是使用甲烷進行標定的， 當檢測甲烷以外的可燃氣體的下限濃度時， 要遠遠高于他們 的允許安全濃度。

對于苯、 氨氣等具有可燃性和有毒性的氣體，單純檢測其可燃性時是十分危險的。 例如， 苯的爆炸下限是1.3%， 它在 LEL 檢測儀上的校正系數(shù)是 2.8， 也就是說， 苯在一個用甲烷標定的 LEL 檢測儀上的顯示的濃度只是其實際濃度的30%； 這樣， 用 LEL 可以 檢測 道德苯的 最低警報濃度是10%LEL=10%×1.3%×2.8=36400ppm， 這個濃度同苯的立即致死濃度（IDHL） 的 500pmm 相比要高近 70 倍。 或者說， 在 LEL檢測報警儀對苯的 10l%LEL 報警時， 現(xiàn)場工作人員的生命已經(jīng)受到了極大的威脅。 可燃及有毒有害氣體檢測儀的選用技術(shù)要求 可燃及有毒有害氣體檢測儀的安裝技術(shù)要求 （1） 可燃及有毒有害氣體檢測儀的安裝技術(shù)要求 ①檢測器宜布置在可燃氣體或有毒氣體釋放源的最小頻率風向的上風側(cè)。 ②可燃氣體檢測器的有效覆蓋水平平面半徑， 室內(nèi)宜為7.5m； 室外宜為 15m。 在有效覆蓋面積內(nèi)， 可設(shè)一臺檢測器。 有毒氣體檢測器與釋放源的距離， 室外不宜大于 2m， 室內(nèi)不宜大于 1m。 ③應(yīng)設(shè)置可燃氣體或有毒氣體檢測報警儀的場所， 宜采用固定式； 當不具備設(shè)置固定式的條件時， 應(yīng)配置便攜式檢測報警儀。

④可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)宜為相對獨立的儀表系統(tǒng)。 ⑤在露天或半露天布置的設(shè)備區(qū)內(nèi)， 當檢測點位于釋放源的最小頻率風向的上風側(cè)時， 可燃氣體檢測點與釋放源的距離不宜大于 15m， 有毒氣體檢測點與釋放源的距離不宜大于 2m； 當 檢測點位于釋放源的最小頻率風向的下風側(cè)時， 可燃氣體檢測點與釋放源的距離不宜大于 5m， 有毒氣體檢測點與釋放源的距離宜小于 lm。 ⑥可燃氣體釋放源處于封閉或半封閉廠房內(nèi)， 每隔 15m 可設(shè)一臺檢測器， 且檢測器距任一釋放源不宜大于 7.5m。 有毒氣體檢測器距釋放源不宜大于 1m。 ⑦比空氣輕的可燃氣體釋放源處于封閉或半封閉廠房內(nèi)，應(yīng)在釋放源上方設(shè)置檢測器， 還應(yīng)在廠房內(nèi)最高點易于積聚可燃氣體處設(shè)置檢測器。 ⑧不在檢測器有效覆蓋面積內(nèi)的下列場所， 宜設(shè)檢測器： a 使用或產(chǎn)生液化烴和／ 或有毒氣體的工藝裝置、儲運設(shè)施等可能積聚可燃氣體、 有毒氣體的地坑及排污溝最低處的地面上。 b 易于積聚甲類氣體、 有毒氣體的“死角”。 ⑨檢測比空氣重的可燃氣體或有毒氣體的檢測器， 其安裝高度應(yīng)距地坪（或樓地板） 0.3-0.6m。 注： 氣體密度大于 0.97kg/m3（標準狀態(tài)下） 的即認為比空氣重； 氣體密度小于 0.97kg/m3（標準狀態(tài)下） 的即認為比空氣輕。

⑩檢測比空氣輕的可燃氣體或有毒氣體的檢測器， 其安裝高度宜高出釋放源 0.5--2m。 （2） 可燃及有毒有害氣體檢測儀控制器的安裝技術(shù)要求 ①可燃氣體控制器應(yīng)安裝在儀表室等非防爆場所， 嚴禁安裝在防爆場所。 ②控制器無論何種安裝方式，應(yīng)確保固定牢靠有害氣體檢測， 避免震動、灰塵和水， 環(huán)境應(yīng)符合儀器說明要求。 ③控制器應(yīng)采用相對清潔的電源， 避免與大型電機設(shè)備使用同路電源。 ④控制器應(yīng)外殼接地或電源插頭的地線接地。

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