孔令江

(中國石油化工股份有限公司天津分公司 烯烴部，天津 300270)

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環(huán)氧乙烷氣體探測器的升級改造

孔令江

(中國石油化工股份有限公司天津分公司 烯烴部，天津 300270)

環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置具有易燃、易爆、腐蝕等潛在風(fēng)險(xiǎn)，為及時檢測生產(chǎn)環(huán)境中可能存在的環(huán)氧乙烷等可燃?xì)怏w，現(xiàn)場安裝了可燃?xì)怏w檢測器。簡述了檢測器的結(jié)構(gòu)及工作原理，為便于現(xiàn)場操作人員及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施，用帶有聲光報(bào)警的新型設(shè)施對原有的檢測器進(jìn)行升級改造。應(yīng)用結(jié)果表明：在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)泄漏，比在控制室內(nèi)發(fā)現(xiàn)后人員再趕至現(xiàn)場處置，時間可縮短至少3min。

環(huán)氧乙烷 傳感器 聲光報(bào)警 探測器

環(huán)氧乙烷(EO)又稱氧化乙烯，也稱惡烷，是乙烯工業(yè)衍生物中僅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有機(jī)化工產(chǎn)品。

環(huán)氧乙烷具有極高的危險(xiǎn)性，閃點(diǎn)為-57℃、爆炸體積分?jǐn)?shù)為3.0%～100%，在空氣中的起爆溫度為428℃，極易與許多化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。環(huán)氧乙烷蒸氣密度大于空氣，能沿地面擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，引起遠(yuǎn)距離著火。

石油化工生產(chǎn)裝置所使用的原料、輔料及產(chǎn)品絕大多數(shù)都具有易燃燒、爆炸、腐蝕等特性，這些物料一般采用管道進(jìn)行輸送。一旦途徑的設(shè)備、管道、閥門等發(fā)生泄漏，可燃?xì)怏w積累到一定濃度，就會有燃燒、爆炸的危險(xiǎn)，因而國家對該類企業(yè)的防火、防爆、防中毒有著嚴(yán)格的要求，從設(shè)計(jì)、安裝、使用等各個環(huán)節(jié)都有著嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)。按照GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第5.1.3條規(guī)定：“在可燃?xì)怏w泄漏并能導(dǎo)致燃燒爆炸可能的場所要設(shè)置可燃?xì)怏w探測器。當(dāng)可燃?xì)鉂舛冗_(dá)到危險(xiǎn)值，就會發(fā)出報(bào)警”。因此，在環(huán)氧乙烷生產(chǎn)裝置的特定部位須安裝環(huán)氧乙烷氣體探測器。

1 探測器結(jié)構(gòu)及工作原理

目前大多數(shù)的環(huán)氧乙烷氣體探測器，多采用國產(chǎn)智能變送器配進(jìn)口電化學(xué)傳感器的組合方式，這樣既保證了產(chǎn)品質(zhì)量及檢測精度，又能降低采購成本。

1.1 探測器結(jié)構(gòu)和工作原理

氣體探測器由傳感器、液晶顯示模塊、主電路板及外殼組成。

傳感器輸出的微小變化的電流信號，經(jīng)過變送器的放大電路、調(diào)整電路，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號變換為數(shù)字信號，送入單片機(jī)內(nèi)，再通過軟件程序處理，對信號進(jìn)行補(bǔ)償和量程轉(zhuǎn)換，使液晶屏顯示的數(shù)值表示為空氣中的環(huán)氧乙烷氣體體積分?jǐn)?shù)值。與此同時，再將顯示數(shù)值送入D/A轉(zhuǎn)換電路，使經(jīng)過處理的傳感器信號最終以4～20mA電流方式輸出。

1.2 探測器特點(diǎn)

探測器采用進(jìn)口電化學(xué)方式傳感器，結(jié)合開發(fā)具有零點(diǎn)漂移補(bǔ)償、程序控制信號輸出、磁棒調(diào)校等功能的智能電路，具有技術(shù)領(lǐng)先、檢測數(shù)值準(zhǔn)確可靠、日常標(biāo)校維護(hù)簡便易行等特點(diǎn)。吸收了國外同類先進(jìn)探測器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之優(yōu)點(diǎn)，采用了獨(dú)特的隔爆結(jié)構(gòu)，殼體材質(zhì)堅(jiān)實(shí)，更加安全可靠。

2 三端電化學(xué)式環(huán)氧乙烷氣體傳感器工作原理

經(jīng)過多年的不斷研發(fā)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場應(yīng)用，英國CT公司生產(chǎn)的三端電化學(xué)式環(huán)氧乙烷氣體傳感器，以工作穩(wěn)定、反應(yīng)迅速、檢測精度高、壽命長等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。

電化學(xué)傳感器通過與被測氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號來工作。氣體首先通過微小的毛管型開孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后經(jīng)過疏水屏障層，最終到達(dá)電極表面。采用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，以形成充分的電信號，同時防止電解質(zhì)漏出傳感器。穿過屏障擴(kuò)散的氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，傳感電極可以采用氧化機(jī)理或還原機(jī)理。這些反應(yīng)由針對被測氣體而設(shè)計(jì)的電極材料進(jìn)行催化。通過電極間連接的電阻器，在正極與負(fù)極間形成與被測氣濃度成正比的電流，測量該電流即可確定氣體濃度。由于該過程中會產(chǎn)生電流，電化學(xué)傳感器又常被稱為電流氣體傳感器或微型燃料電池。

實(shí)際應(yīng)用中，由于電極表面連續(xù)發(fā)生電化反應(yīng)，傳感電極電勢并不能保持恒定，在經(jīng)過一段較長時間后，它會導(dǎo)致傳感器性能退化。為改善傳感器性能，人們引入了參考電極。

參考電極安裝在電解質(zhì)中，與傳感電極鄰近。固定的穩(wěn)定恒電勢作用于傳感電極，參考電極可以保持傳感電極上的這種固定電壓值，參考電極間沒有電流流動。氣體分子與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，同時測量反電極，測量結(jié)果通常與氣體濃度直接相關(guān)。施加于傳感電極的電壓值可以使傳感器針對目標(biāo)氣體。

3 常見問題

環(huán)氧乙烷傳感器被設(shè)計(jì)為專用傳感器，用于檢測空氣中的環(huán)氧乙烷氣體，但是仍然會在一定程度上與其他氣體產(chǎn)生交叉反應(yīng)，即傳感器檢測出來的數(shù)據(jù)包含一些其他干擾氣體的組分，如一氧化碳、乙醇、甲苯、甲基乙基酮和乙二醇等。

環(huán)氧乙烷傳感器不易長期暴露于高濃度的溶劑蒸氣中，否則可能會造成傳感器中毒，出現(xiàn)探測器長時間報(bào)警，顯示數(shù)值溢出，不能進(jìn)行調(diào)零操作等問題。

應(yīng)對上述現(xiàn)象的措施如下：

1) 探測器在安裝時應(yīng)避免安裝在容易產(chǎn)生上述干擾氣體的位置，或?qū)⒏蓴_氣體處理掉。

2) 定期檢測探測器工作環(huán)境是否有高濃度泄漏氣體，如果發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時處理。

3) 定期進(jìn)行專人維護(hù)，確認(rèn)傳感器工作狀態(tài)，如反應(yīng)不夠靈敏，出現(xiàn)中毒等情況發(fā)生時，應(yīng)及時更換傳感器。

4 常見故障的維修

探測器常見故障、原因及排除方法見表1所列。

表1 常見故障及排除方法

5 日常維護(hù)

1) 探測器的日常維護(hù)和標(biāo)校由專人負(fù)責(zé)，每個季度進(jìn)行一次零點(diǎn)和增益的標(biāo)校，以保證檢測的準(zhǔn)確性。

2) 出現(xiàn)經(jīng)常性誤報(bào)警時，觀察探測器周圍是否有干擾源，如蒸氣、干擾氣體等，采取更換安裝位置、方向等措施。

3) 不要經(jīng)常開關(guān)氣體探測器，頻繁斷電對固定式探測器的損耗最多，尤其對傳感器的壽命有較大影響。

6 結(jié)束語

2012年8月裝置檢修期間7套新型環(huán)氧乙烷探測器投入使用，均安裝在高濃度環(huán)氧乙烷輸送和存儲的位置，一旦發(fā)生泄漏要第一時間檢測到。

該系統(tǒng)順利實(shí)現(xiàn)了靈敏檢測、實(shí)時更新數(shù)據(jù)、現(xiàn)場和控制室雙報(bào)警的功能。同時操作人員能在控制室內(nèi)觀測到每個監(jiān)測點(diǎn)的檢測值和所屬狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)重啟、復(fù)位、試驗(yàn)、消音等操作。

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孔令江(1969—)，男，現(xiàn)就職于中國石油化工股份有限公司天津分公司烯烴部，主要從事化工石油生產(chǎn)裝置電氣、儀表設(shè)施的現(xiàn)場研究工作，任電氣、儀表主任工程師，高級工程師。

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1007-7324(2016)05-0071-02

稿件收到日期：2016-06-11，修改稿收到日期：2016-08-26。