試析可燃?xì)怏w測定儀的檢定

文/劉志遠(yuǎn) 安乙丁

可燃?xì)怏w爆炸場所，是油庫（加油站）安全管理中的薄弱環(huán)節(jié)，在這一場所的監(jiān)控中，可燃?xì)怏w測定儀是必不可少的測量安全手段，也是油庫（加油站）重要的安全測量儀表，它的正確合理使用，對(duì)油庫（加油站）安全監(jiān)測和延長儀器的使用壽命，具有重要的意義。

1．油庫（加油站）所使用可燃?xì)怏w測定儀的種類

儀器從使用形態(tài)來分，分為網(wǎng)絡(luò)探頭式和手持移動(dòng)式兩大類，網(wǎng)絡(luò)探頭式是由測量主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和探頭組成。安裝在各危險(xiǎn)爆炸場所，對(duì)作業(yè)環(huán)境中的可燃?xì)怏w進(jìn)行有效監(jiān)控和報(bào)警，確保人員安全，設(shè)備良好運(yùn)行。手持移動(dòng)式是由作業(yè)人員佩帶，出入于危險(xiǎn)爆炸場所，對(duì)作業(yè)環(huán)境中的可燃?xì)怏w進(jìn)行有效監(jiān)控和報(bào)警。這類測定儀以隔爆型為主，檢測數(shù)據(jù)以爆炸下限的百分比（LEL%）來顯示，個(gè)別進(jìn)口儀器可同時(shí)顯示可燃?xì)怏w實(shí)際濃度百分比和爆炸下限百分比（LEL%）。

從使用的測量原理分為，1.催化燃燒熱式，利用可燃?xì)怏w在催化元件上的低溫氧化燃燒，引起電信號(hào)變化來測定可燃?xì)怏w濃度。2.熱導(dǎo)式，這種儀器多用于煤碳礦山，主要原理是利用烴類氣體（可燃?xì)怏w）與空氣的傳導(dǎo)之差來測定可燃?xì)怏w的濃度。3.光干涉式，主要原理是利用可燃?xì)怏w與空氣對(duì)光在氣室中的光程差的變化來測定可燃?xì)怏w的濃度。4.混合型，使用上述幾種原理組合在一種測量儀器中。催化燃燒式在測量可燃?xì)怏w濃度較低時(shí)反應(yīng)快，響應(yīng)時(shí)間短，熱導(dǎo)式在測量可燃?xì)怏w濃度較高時(shí)測量準(zhǔn)確，可以準(zhǔn)確反應(yīng)實(shí)際濃度，所以將這兩種測量原理混合在一臺(tái)測量儀中。

在油庫（加油站）目前使用最多、實(shí)用效果比較好的是催化燃燒熱式可燃?xì)怏w測量儀。

2.可燃?xì)怏w測量儀所利用的測量原理及優(yōu)缺點(diǎn)

2.1.1 催化燃燒式氣體測量儀

目前的催化燃燒熱式都是把燃燒熱量轉(zhuǎn)變成電阻來測量的。它應(yīng)用了鉑絲線圈上加氧化鋁催化劑制成的載體催化元件作為燃燒熱量的傳感元件，這種元件對(duì)烴類可燃?xì)怏w具有催化燃燒作用。鉑絲線圈通過電流加熱使元件表面達(dá)到一定的工作溫度。當(dāng)它接觸可燃?xì)怏w時(shí)，便發(fā)生無焰燃燒的熱效應(yīng)，致使鉑絲電阻值因溫度升高而增大，鉑絲電阻的變化與可燃?xì)怏w濃度成正比，如下式：

K——元件特征系數(shù)

R——催化元件在工作溫度下電阻值

a——鉑絲電阻溫度系數(shù)

α——催化元件熱量轉(zhuǎn)換系數(shù)

Q——可燃?xì)怏w1m ol分子燃燒熱

C——催化元件熱容量

ΔR——電阻變化量

X——待測可燃?xì)怏w濃度。

當(dāng)元件的材料、形狀和結(jié)構(gòu)一定，K是常數(shù)時(shí)，催化元件的電阻變化量ΔR與可燃?xì)怏w濃度X成正比。

2.1.2 元件的輸出特性

元件與不同濃度的可燃?xì)怏w（CH4）輸出特性見圖1，在0～5%（甲烷氣體最小爆炸下為5%）。電橋輸出信號(hào)是與甲烷濃度呈線性關(guān)系，當(dāng)甲烷濃度在9.5%處時(shí)，曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，以后隨著甲烷濃度的增大，曲線不斷下降，這是由于高濃度甲烷氣樣中缺氧，燃燒不完全造成的。

圖1 載體催化元件的輸出特性曲線

2.2 熱導(dǎo)式可燃?xì)怏w測定儀

它是利用熱傳導(dǎo)的原理?？扇?xì)怏w濃度的變化對(duì)應(yīng)著一定的熱導(dǎo)率。測量這個(gè)熱導(dǎo)率的變化量，就可以測知可燃?xì)怏w的含量。一般原理是通過熱元件起傳感作用，將混合氣體中可燃成份含量的變化所引起總熱導(dǎo)率的變化量轉(zhuǎn)換成電阻的變化量，使電橋橋路失衡產(chǎn)生信號(hào)輸出。信號(hào)大小與可燃?xì)怏w濃度有關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)檢測與報(bào)警。

3.油庫在實(shí)際使用過程中存在的問題

3.1 未按檢定周期進(jìn)行檢定

JJG693—2004《可燃?xì)怏w檢測報(bào)警器》中要求進(jìn)行三次控制。首次檢定、后續(xù)檢定和使用中的檢驗(yàn)，儀器的檢定周期一般不超過1年，儀器出現(xiàn)非正常振動(dòng)，或者作業(yè)人員對(duì)顯示值有懷疑，以及更換主要元件后，應(yīng)隨時(shí)送檢。在調(diào)查10個(gè)油庫、25臺(tái)不同型號(hào)的可燃?xì)怏w測定儀時(shí)，發(fā)現(xiàn)均沒有按周期進(jìn)行檢定。甚至個(gè)別測量儀未進(jìn)行過任何形式的檢定，就投入了實(shí)際使用。

3.2 使用年限過長

目前在油庫（加油站）使用可燃?xì)怏w測定儀，基本是以催化燃燒式測量為主。它所使用的原件由鉑絲、三氧化二鋁載體，鉑鈀釷催化劑組成，這種元件的活性使用有一定的“壽命”，一般使用4至6年，活性失效后，應(yīng)更換這種測量元件。在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，所使用的可燃?xì)怏w測量儀，有15年前購置的如今還在使用，較新的也達(dá)10年之久，從未更換過催化燃燒的活性元件。

3.3 測量儀表讀數(shù)混亂

可燃?xì)怏w分子測量，目前所使用的有自主吸入分子式和分子擴(kuò)散式。儀表顯示氣體分子濃度的方式有：最低爆炸濃度百分比（LEL%）和實(shí)際百分比濃度。它的不足是容易造成作業(yè)人員對(duì)儀表顯示的讀數(shù)理解方面的困難，當(dāng)爆炸危險(xiǎn)氣體濃度已經(jīng)超標(biāo)時(shí)，還不能夠引起警覺，起不到安全報(bào)警的作用。使用時(shí)沒有校準(zhǔn)調(diào)零和定期送檢標(biāo)定，缺乏科學(xué)操作常識(shí)，損傷儀器，縮短壽命。

3.4 測量儀表沒有使用校準(zhǔn)系數(shù)

油庫所使用的可燃?xì)怏w測定儀，因生產(chǎn)廠家不同，所以生產(chǎn)工藝也不同。不同廠家采用不同的標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行標(biāo)定、校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)氣體不同，最低爆炸氣體濃度也就不同，因廠家所提供的最低爆炸氣體濃度百分比（%LEL）不同，表盤所顯示的測量數(shù)據(jù)就不同。在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，不同廠家生產(chǎn)的可燃?xì)怏w測定儀，在相同的被測環(huán)境中得出了不同的結(jié)果，結(jié)論相差較大，這就需要使用校準(zhǔn)系數(shù)進(jìn)行修正。沒有校準(zhǔn)系數(shù)，會(huì)造成“有警不報(bào)、無警亂報(bào)”的現(xiàn)象，產(chǎn)生不安全隱患。

4.可燃?xì)怏w測定儀的檢定

4.1 氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的選擇

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可以通過以下手段得到。1.化學(xué)反應(yīng)法：如CO，是由甲酸滴入濃硫酸中，加熱，通過氫氧化鈉溶液水洗，得到CO，控制甲酸反應(yīng)量，即可以得到所需要的標(biāo)準(zhǔn)CO濃度。此種方法多用于有毒氣體。2.靜態(tài)配氣法：有大瓶子配氣法、注射器配氣法、塑料袋配氣法等。3.動(dòng)態(tài)配氣法。即連續(xù)不斷的配制和供給一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體。有鋼瓶氣動(dòng)態(tài)配氣法，直接購買國家計(jì)量行政部門批準(zhǔn)的不確定度小于或等于2%（k=3）的有證氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，由壓縮空氣或高純氮?dú)猓ú贿m合于催化燃燒熱式測定儀）作為稀釋氣體進(jìn)行稀釋，得到所需濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體（10－8～10－2），所配制的標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度，可用改變稀釋氣體及標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度比進(jìn)行調(diào)節(jié)，可按下式計(jì)算：

式中：Z——所配標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度（ppm）

μ——鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度（ppm）

Qs——鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣流量（L／m in）

Qa——稀釋氣體的流量(L/m in)

JJG 693－2004中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的獲取，推薦使用動(dòng)態(tài)配氣法，要求在配氣過程中：流量范圍（10～5000）m l/m in，流量示值誤差在0.5%范圍內(nèi)。

4.2 可燃?xì)怏w測定儀的檢定內(nèi)容

JJG693－2004中對(duì)可燃?xì)怏w測定儀要求進(jìn)行首次檢定，后續(xù)檢定，使用中檢驗(yàn)。檢定的項(xiàng)目有：外觀及通電檢查、絕緣電阻、示值誤差、響應(yīng)時(shí)間、報(bào)警誤差、重復(fù)性、漂移等七項(xiàng)具體內(nèi)容，見表1。

表1 可燃?xì)怏w測定儀檢定內(nèi)容

4.2.1 外觀及通電檢查

此項(xiàng)目主要是通過目測及通電手動(dòng)進(jìn)行，是否符合出廠說明書（使用手冊）的要求

4.2.2 絕緣電阻測定

此項(xiàng)目是首次使用時(shí)，所需要進(jìn)行的檢定內(nèi)容。在不通電的情況下，由絕緣電阻測量儀在500V下進(jìn)行測量。

4.2.3 示值誤差檢定

在示值誤差檢定之前，首先對(duì)測定儀表進(jìn)行校準(zhǔn)，即零點(diǎn)校準(zhǔn)和示值校準(zhǔn)；接通電源讓儀器穩(wěn)定后用清潔空氣調(diào)準(zhǔn)儀器零點(diǎn)，然后用濃度約為60%LEL的標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行示值。再在10%LEL、40%LEL、60%LEL三個(gè)點(diǎn)用標(biāo)準(zhǔn)氣體中進(jìn)行檢點(diǎn)，每點(diǎn)做三次，按下式進(jìn)行計(jì)算，取絕對(duì)值最大的為示值誤差

C0——通入儀器的標(biāo)準(zhǔn)值

R——儀器滿量程

注意：由于儀器不是采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，儀器的規(guī)格、型號(hào)、種類各不相同，對(duì)儀器的示值誤差進(jìn)行檢定時(shí)，應(yīng)按照該種型號(hào)的儀器使用說明書的要求，在規(guī)定的流量下進(jìn)行檢定，流量須穩(wěn)定。

4.2.4 重復(fù)性檢定

此項(xiàng)目要求儀器在正常的工作狀態(tài)下，校準(zhǔn)好零點(diǎn)，再用40%LEL的標(biāo)準(zhǔn)氣體，檢定6次，最終采用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為重復(fù)性數(shù)值。

4.2.5 儀器報(bào)警誤差、漂移的檢定

儀器的報(bào)警是根據(jù)用戶的不同需要而人為設(shè)置的，一般以50%LEL為報(bào)警值，檢定時(shí)在此點(diǎn)通入大于1.1倍報(bào)警設(shè)定點(diǎn)濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體，以平均相對(duì)誤差做為儀器的報(bào)警誤差。

儀器的漂移檢定包括零點(diǎn)漂移和量程漂移。

在正常工作條件下，對(duì)固定式儀器連續(xù)運(yùn)行6h，每間隔1h記錄儀器的零點(diǎn)值為Zi，通入60%LEL標(biāo)準(zhǔn)氣體，記錄儀器穩(wěn)定示值Si；對(duì)便攜式儀器連續(xù)運(yùn)行1h，與固定式相同，每間隔10m in試驗(yàn)并記錄讀數(shù)一次，零點(diǎn)漂移按下式方法計(jì)算：

取絕對(duì)值最大的為儀器的零點(diǎn)漂移。

量程漂移按下式方法計(jì)算：

取絕對(duì)值最大的為儀器的量程漂移。完成對(duì)可燃?xì)怏w測定儀的檢定工作。

4.2.6 響應(yīng)時(shí)間的檢定

此項(xiàng)目是檢定催化燃燒熱元件的活性，響應(yīng)時(shí)間是儀器示值由零值升至檢定應(yīng)達(dá)到的穩(wěn)定示值的90%處所需時(shí)間。測量3次，取其平均值作為響應(yīng)時(shí)間。測定響應(yīng)時(shí)間時(shí)通氣流量要穩(wěn)定均勻，每次儀器示值必須回零。

在危險(xiǎn)爆炸場所使用可燃?xì)怏w測定儀，可以有效地監(jiān)控可燃?xì)怏w濃度，減少事故，保護(hù)作業(yè)人員安全，但也應(yīng)該充分了解和掌握它的使用規(guī)律和特點(diǎn)。