浅谈可燃性气体探测器在石油仓储企业的应用

摘要：本文通过对可燃气体探测器发展历史以及国内外现有可燃气体探测器种类的比较分析，结合对部分石油仓储企业的应用现状调研及某石油储备基地红外式可燃性气体探测器现场实验和理解，提出改进措施和对策，对指导石油仓储企业选用可燃气体探测器有一定的参考意义。

主题词：可燃气体 探测器 催化燃烧 红外式

石油化工行业作为关系到国家民生的支柱行业，始终是各个国家经济建设的重要内容。在我国，尤其是近几年，石油仓储企业如雨后春笋般在各地纷纷上马，并有了迅猛发展。与此同时，也存在一个不可忽视的问题，即在石油化工生产场所和储油库区，每年都因泄漏的可燃气体遇有明火或遭雷击，而引发的爆炸事故的发生，而这些爆炸事故又往往会转变为火灾。由于石油化工产品大都具有易燃易爆性质，火灾预防和扑救工作都十分困难。

在石油化仓储企业中日常生产原料、产品及产品的副产物都含有或可以分离出可燃气体。因此，可燃气体的泄漏是不可避免的。泄漏的可燃气体与空气混合形成可燃性混合气体，当可燃性混合气体浓度达到爆炸下限前探测出可燃气体的存在，并提早做出一定的安全处理，这样就能大可能的 消除一些由于人为因素造成的火灾事故隐患，从而大大降低事故的发生。因此，可燃气体探测器的产品质量好坏与人民的生命和国家的财产息息相关。

近年来国内几个大型石油储备基地遭雷击起火，经国家防火监督检验部门鉴定，结果惊人的一致，均由于储罐一次密封与二次密封空间内存在着浓度超标的可燃气体，该气体浓度值刚刚达到爆炸点，此时遭雷击，首先是可燃气体爆炸燃烧，从而发展成火灾。在石油储罐阀组区、输油管道与储罐连接区等均存在这不同浓度的可燃气体，可燃气体探测器在安全生产中将发挥不可比拟的作用。下面就目前石油仓储企业中可燃气体探测报警方面遇到的问题，结合现场实验和理解，对石油仓储企业可燃气体探测器进行探讨。

一、常用可燃气体探测器的类型及原理

1.1催化燃烧式可燃气体探测器原理
可燃气体探测器是利用测试环境中的可燃气体对探测器气敏原件造成影响的原理制造的探测器，它主要是应用于易燃易爆场合的可燃性气体检测，把现场可能泄漏的可燃气体的浓度控制在爆炸下限（LEL）的50%以下，在超过25% LEL时发出高报信号，超过50% LEL时，发出高高报警信号，以便采取应急措施。催化燃烧式传感器原理是目前广泛使用的检测可燃气体的原理之一，具有输出信号线形好、指数可靠、价格便宜、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点。催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理，感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧，使温度使感应电阻的阻值发生变化，打破电桥平衡，使之输出稳定的电流信号，再经过后期电路的放大、稳定和处理终显示可靠的数值。
 

1.2红外式可燃气体探测器原理
红外光学型可燃气体探测器是利用红外光学传感器通过红外线的吸收原理来检测现场环境的碳氢类可燃气体。不同的碳氢类可燃气体都有自己特定波长的红外线吸收曲线；正常探测时，红外线照射红外线吸收板，电压=a，当可燃气体进入探测器内时，因红外线吸收，照射板接收的光强改变，电压=b，此时b>a，探测器发出报警信号。
 

红外线照射板接收到的光强随可燃气体的浓度不同而不同；可燃气体的浓度发生变化，探测器内部电路采集到的红外线吸收板的电压（或电流）发生变化，这种变化与可燃气体的浓度成比例，对应气体浓度，通过电调制处理，进行探测报警。
 

1.3其他几种可燃气体探测器原理
1.3.1金属氧化物半导体式传感器
金属氧化物半导体式传感器利用被测气体的吸附作用，改变半导体的电导率，通过电流变化的比较，激发报警电路。由于半导体式传感器测量时受环境影响较大，输出线形不稳定。金属氧化物半导体式传感器，因其反应十分灵敏，故目前广泛使用的领域为测量气体的微漏现象。
　　

1.3.2 定电位电解式气体传感器
定电位电解式传感器是目前测毒类现场广泛使用的一种技术，在此方面国外*，因此此类传感器大都依赖进口。定电位电解式气体传感器的结构：在一个塑料制成的筒状池体内，安装工作电极、对电极和参比电极，在电极之间充满电解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在顶部封装。前置放大器与传感器电极的连接，在电极之间施加了一定的电位，使传感器处于工作状态。气体与的电解质内的工作电极发生氧化或还原反应，在对电极发生还原或氧化反应，电极的平衡电位发生变化，变化值与气体浓度成正比。
　　

1.3.3 PID光离子化气体传感器
PID由紫外灯光源和离子室等主要部分构成，在离子室有正负电极，形成电场，待测气体在紫外灯的照射下，离子化，生成正负离子，在电极间形成电流，经放大输出信号。
　　

二、仓储企业可燃性气体探测器应用现状
2.1可燃性气体探测器应用类型调研
可燃气体探测器在我国已经实现了商品化，在电子、石油、石化、化工、冶金、电力、锅炉房、宾馆饭店以及其它各种工业及民用环境中均有广泛的应用。
　　

根据国家规定，国内的石油仓储企业大都安装使用可燃气体探测器（报警器），但95%以上使用的为催化燃烧型可燃气体探测器（报警器），如中石化册子岛油库、某些国家石油储备基地、白沙湾油库等，只有少部分石油仓储企业安装了红外型可燃气体探测器，如中石化临邑输油站、中石油新疆至兰州输油管线等；使用效果明显好于催化燃烧型产品，投产运行几年来未出现误报、漏报现象，且维护成本低廉。由于仓储企业绝大多数采用催化燃烧及红外式的可燃性气体探测器，以下都将以这两种类型进行深入探讨。
　　

2.2可燃气体探测器应用优缺点
红外线可燃气体探测器属于无干扰智能产品，具有良好的安全性能，操作灵活方便，这种探测器的一个主要的特点是它的自动校准功能，可以通过带背光的液晶显示屏上的提示一步步地引导操作者进行校准另外灵活多变的输出方式，无需进行零点及量程标定，且使用寿命长，至少5年以上，另外还具有不中毒等特点。 　

催化燃烧式探测器，零点漂移比较严重，一般三个月应进行一次零点和量程标定，一旦进行过多次的标定后，可能导致器探测寿命的降低或丧失可燃气的探测能力，且使用寿命多三年，一般两年多后传感原件失效，经过某石油储备基地实际应用发现，催化燃烧式传感器使用两年后，大部分已无法准确测定可燃性气体浓度，维护成本巨大。催化燃烧式探测器的中毒方面也存在明显缺点，石油仓储企业中石油气，化工品气体均为混合气体，并不是单一的气体，如果遇到硫化氢气体，催化燃烧式探测器中毒失效，将不能正常报警，为安全埋下隐患，且无法恢复，只能更换。
　　

2.3可燃性气体探测器的标定、测试
根据国家规范《可燃气体探测器 一部分：测量范围为0～100%LEL的点型可燃气体探测器》（GB 15322.1-2003），每年要对可燃气体探测器进行标准气样的检定，根据检定结果，由使用单位对漂移，探测能力降低或者失效的探测器进行修缮，终满足国家规定[1]，以使其处于正常的检测状态。
　　

标定必须委托具备检定资质的单位进行标定，气样也必须使用标准气样（如60%LEL），观测探测器或报警器的显示报警状态。标定过程中，催化型可燃气体探测器的催化物会与标准进行化学反映，从而降低其使用寿命，每标定一次其探测寿命都会不同程度的降低。红外型可燃气体探测器由于采用的是红外吸收的原理，因此不会降低的其灵敏度和探测寿命。
　　

2.4可燃气体探测器的应用现状分析
目前国内的探测器在技术上于上还有一定的差距，这是国内的现实状况所导致的，三十多年来，国内探测器市场一直处于低迷状态，一些探测器厂家在探索和摸索中来一步步的优化和提升自己的产品，在这短短的三十多年时间里，中国的可燃气体探测器经历了一个从无到有，从技术匮乏到技术日趋成熟的阶段。目前国内从事可燃性气体探测器的厂家不少，*较大的几家有深圳特安、无锡格林通等，但大部分厂家生产的是催化燃烧式的可燃性气体探测器，其他类型的如红外式的可燃性气体探测器多为进口或主要部件依赖进口。
　　

三、可燃气体探测器应用实例
3.1 催化燃烧式气体探测器应用实例
催化燃烧式可燃气体探测器因其价格便宜，技术成熟，应用较为普遍，如中石化册子岛储油库、中化兴中油库、一期投产的几个国家石油储备基地等单位都在使用催化燃烧式可燃气体探测器。
　　

某石油储备基地规模为500万立方，共有120个催化可燃气体探测器，分三期投产，这些探测器自从2006年至2008年投产以来，大部分探测器已经更换，在这过程中也存在不少误报、漏报的情况。当将标准检测定气样或高浓度轻质原油分别对更换下来的投产超过2年的探测器进行检测时，大部分催化式探测器10分钟后显示仍正常，根本不报警，这些催化型探测器早失去探测功能，起不到石油气的探测报警功能。
　

中石化南方某中转油库，06年一期60万方的储量，储存为中东进口轻质原油和部分胜利油田的原油。其储罐油罐区，输油泵区、阀组区，共安装了近40多台点式催化型可燃气体探测器，在投产初期，探测器工作正常，但随着时间的推移，一年左右的光景，输油泵区的探测器就有误报的情况发生，随着时间的推移，阀组区和罐区内的探测器出现少量误报，DCS液晶屏显示上的可燃气浓度显示为0%LEL和1%LEL；在第二年的测试中，该油库技术人员用原油对准探测室，有近30台的探测器无任何反应，没有报警信号输出；经上级批准，进行更换，可更换的仍旧是催化型的探测器，截止2014年，已更换了四批探测器，近一次更换了其中的20几台。
　　

3.2 红外式可燃性气体探测器应用实例
红外式可燃性气体探测器因出现较晚，探测技术较催化*，价格较高于催化燃烧式，因此应用较少，只有在少量大型企业中的应用；如金陵石化、中石油长输管线、金菲石化等。其中金菲石化，在储罐区及装置区安装了英国科尔康14台可燃性气体探测器，应用几年来使用情况较好，维护程度低，很少有误报、漏报的现象，早的一台于2004年安装，至2013已有9年的历史；该企业原先也采用催化燃烧式可燃性气体探测器，但由于其较高强度的维护量及误报情况的发生，进而进行了技术改造，采用红外式来代替催化燃烧式探测器，取得了良好的效果。
　　

某石油储备基地就可燃气体的使用，专门进行了红外可燃气体探测器和催化可燃气体探测器的使用对比试验：在某储油罐区，安装了2台国产红外可燃气体探测器（以丙烷为标定气体）和1台进口红外可燃气体探测器（以甲烷为标定气体），同安装的催化型可燃气体探测器进行对比，实验期间对红外型探测器进行大量的可燃气体的探测报警试验。
　　

以丙烷为标定气体的红外探测器为实验对象：在气温8度时，模拟实验将装有中东轻质原油的容器口对准红外式可燃性气体探测器，探测器显示气体浓度逐步上升，但至17%LEL时稳定，通过摇晃容器探测器浓度继续上升至23%LEL时，浓度无法上升至报警值25%LEL，而在气温18度时，同样的实验可使探测器浓度至报警值以上（33%LEL）。同时在不同温度时，标准气样（50%LEL丁烷）的测试中，红外式探测器均能探测到接近69%LEL可燃性气体浓度；而在不同温度下，使用50%LEL的甲烷气体测试，该探测器显示高值只能到13%LEL。在用丁烷、甲烷测试同一位置的催化燃烧式可燃性气体探测器时，其浓度数据略有上升，在2%LEL-3%LEL之间并且无法继续上升，该探测器安装已超过3年。 　　

以甲烷为标定气体的红外式探测器为实验对象：在气温13度时，使用原油挥发气，可检测到的高值超过100%LEL，而使用50%LEL甲烷标准气时，检测到的高值数据为48%LEL，而使用50%LEL丁烷测试时，检测到的数据为100%LEL。该测试说明使用同类的红外探测器，对不同的气体所反应出的浓度值有较大变化，通过分析可以发现其浓度值的变化与不同气体分子式中炭的数量有一定的正比关系。实验表明，在油品相对稳定的石油库区选用相近气体标定的红外式可燃性气体探测器能有较好的实际效果，同时实验过程中也发现，在低温或风速较大的户外，小范围的油品渗漏所挥发的气体很难达到25%LEL以上。
　　

四、工程建设中可燃性气体探测器选型建议
目前在石油仓储企业中，安装的多催化型可燃气体探测器，而且大都安装位置距地表0.3米，距离储油罐的污油口一般有1米左右。储油罐区大都地表空旷，空气流动较大，在出现小范围的渗漏情况时，设置为25%LEL报警值的可燃性气体探测器很难起到监测作用。同时催化燃烧式可燃性气体探测器，其误报、漏报的可能性大，维护程度高，所调研的石油仓储企业多少存在一定隐患。
　　

在以后的工程建设中建议：
1、目前红外型探测器技术已经成熟，且价格与催化燃烧式已具备可比性，但长期综合费用相比存在一定的优势。建议石油仓储企业，存储的油品相对稳定的，可采用安全、可靠的红外型可燃气体探测器。
2、安装位置，在不影响的管道检修和正常生产的前提下，尽量靠近污油口或阀组区、泵区的法兰连接处，可较早的发现事故点。同时建议将探测器的模拟量数据传输至上位机，以便监测报警值以下的数据并加以分析。
3、由于目前红外式可燃性气体探测器在质量上参差不齐，在设备选型时，可针对自身油品的特点进行一段时间的实验，以确定选用的设备。
4、单个红外式可燃性气体探测器只能准确测试特定的可燃性气体或特定的混合可燃性气体，在油品变化较大的石油仓储企业不宜选用红外式可燃性气体探测器。
5、对于油品相对稳定库区，建议对油品挥发气进行采集，所选用的红外式可燃性气体有针对性的进行标定，使其达到需要的灵敏度准确度。
6、对于库区比较空旷、风速比较大或温度比较低的场合，由于小范围的油品渗漏所产生的挥发气体，难以达到25%LEL的报警值，建议探测器除了有报警输出外，有模拟量的输出至上位机以达到消除隐患的目的。
　　

参考文献
　　[1] 国家标准GB15322-2003《可燃气体探测器》