氢气报警器安装高度不规范埋下了安全隐患
2022 年 4 月 23 日 23 时 0 分， 胜利炼油厂 140万 t/a 加氢裂化装置外操人员到新氢压缩机 K401/C处巡检，未发现明显异常。23时59分15秒，该压缩机一级气缸出现间断性异响，随后，振动值快速上升，机身振动高报警。23时59分55秒，一级缸头水套盖脱落，小股气流从缸头盖处喷出，24s 后，大量氢气从一级气缸喷出，随即着火。24日0时20分，切除氢气流程后火势变小，1时18分，明火被扑灭。事故造成两台压缩机过火，厂房局部坍塌和装置非计划停工。事后调查显示，压缩机附近安装的国内某厂家生产的三台氢气报警器安装在压缩机平台上，未按标准安装在压缩机上方，氢气泄漏后，三台表检测始终为0，均未报警。不排除该压缩机在设备管理和工艺管理上可能存在缺陷，但是三台氢气报警器的不合规安装却为此事故的发生早早地埋下了安全隐患，造成该公司不可估量的经济损失。此事故引起胜利炼油厂高度重视，进一步引发了胜利炼油厂对生产装置所在的氢气报警器是否符合设计规范及时进行了排查，对发现不合规的氢气报警器提出了整改方案。
石油化工行业生产过程中不可避免地产生大量易燃和有毒气体，这些有毒气体一旦发生泄漏，就可能引发火灾、中毒甚至爆炸事故，给企业造成巨大的经济损失，危害工作人员的身体健康，对社会也产生恶劣影响。气体检测报警器作为长期连续检测环境空气中某种气体浓度的计量仪器，确保其安装符合设计规范是有效预防气体泄漏引发事故的必要条件。针对案例对氢气的气体特性进行简单的介绍。
1.1 氢气的理化性质
在标准状态下，氢气为无色、无臭可燃气体，比空气轻，且不溶于水。
1.2 氢气的危害
氢气可通过吸入、食入或经皮肤吸收等途径侵入人的身体，吸入氢气后，人会出现烧灼感、咳嗽、喘息、气短、头痛、恶心和呕吐等症状。氢气的最大危害在于与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热或明火即会发生爆炸。
2 氢气报警器的工作原理
氢气属于可燃气的范畴，与空气的混合气体在一定温度下发生燃烧反应，产生一定的产物和一定的热量。根据传感器检测原理的不同，氢气报警器可以分为催化燃烧式、红外式、半导体式等类型。由于胜利炼油厂的氢气报警器大部分采用催化燃烧式的报警器，因此本节着重介绍催化燃烧式报警器的工作原理。
催化燃烧式气体传感器主要由检测元件、补偿元件和两个固定电阻构成惠斯通桥路。其中，补偿元件是对外界温度或湿度变化起补偿作用。如图1所示。
当空气中无可燃性气体时，气路输出 U 等于零，则此桥路处于平衡状态，满足 R1×R2=R3×R4。当空气中含有可燃性气体的混合气体扩散到检测元件时，迅速进行无焰燃烧，并产生反应热，使 R3增大，电桥输出一个变化的电压信号 U，这个电压信号的大小与可燃气体的浓度成正比。信号经放大送至模数转换器，然后送至微处理器运算后通过显示屏显示可燃气体的浓度，最后经过数模转换器实时输出4~20 mA 的模拟信号到工控室，如下图2所示。
3 气体检测报警器的安装
气体检测报警器的安装应尽量避免冲击、振动、强电磁干扰等因素的影响，并且其安装位置要便于更换和后期维护。按照 GB/T 50493—2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》的要求，通过检测泄漏气体的分子量与环境空气分子量的比值大小，可以判别泄漏气体相对于环境空气的轻重，
3.1 泄漏气体分子量与环境空气分子量的比值关系如下[3-4]。
（1）比值≥1.2，说明泄漏气体比空气重 ；
（2）1.0≤比值≤1.2，说明泄漏气体比空气略重；
（3）比值≤0.8，说明泄漏气体比空气轻 ；
（4）0.8≤比值≤1.0，说明泄漏气体比空气略轻。
3.2 不同比重气体检测报警器对应的安装高度不同
（1）检测比重重于空气的可燃气体或有毒气体的气体检测报警器，其应安放在距地面（或楼层地面）0.3~0.6 m 高度并靠近释放源 ；
（2）检测比重略重于空气的可燃气体或有毒气体的气体检测报警器，其安装高度应高出释放源0.5~1.0 m ；
（3）检测比重轻于空气的可燃气体或有毒气体的气体检测报警器，其安装高度应在释放源2 m 内 ；
（4）检测比重略轻于空气的可燃气体或有毒气体的气体检测报警器，其安装高度应高出释放源0.5~1.0 m。
3.3 确定气体检测报警器的安装高度后，还需要确
定其水平位置
（1）当生产装置的释放源处于露天或敞开式厂房布置的设备区域内时，可燃气体检测报警器与释放源的水平距离不宜大于10 m，有毒气体检测报警器与释放源的水平距离不宜大于10 m ；
（2）当生产装置的释放源处于封闭或局部通风不良的半敞开厂房内，可燃气体检测报警器距其所覆盖
范围内的任一释放源不宜大于5 m，有毒气体检测报警器距其所覆盖范围内的任一释放源不宜大于2 m ；
（3）比空气轻的可燃气体或有毒气体释放源处于封闭或局部通风不良的半敞开厂房内，除应在释放源
上方设置气体检测报警器外，还应在厂房内最高点气体易于积聚处设置可燃或有毒气体检测报警器。
4 问题的提出
环境空气主要由氮气和氧气组成，它们的体积比约为4 ：1，因此可以计算环境空气的相对分子量 ：环境空气的相对分子量 =28×4/5+32×1/5≈29氢气的分子量为2，所以可以计算氢气与环境空气的比值 ：比值 =2/29≈0.07<0.8
因此，氢气比空气轻。按照国家的安装标准，只需要把氢气报警器安装在高于释放源2 m范围内即可。对全厂98台氢气报警器进行了检查，发现有37台氢气报警器的安装完全不符合国家标准，问题主要集中表现在部分压缩机、容器等处的氢气报警器的水平位置安装合理，但是其垂直安装高度却按照可燃报警器的标准安装，尤其是压缩机处的氢气报警器，其安装高度远低于最容易泄漏氢气所在的气缸处，一旦发生泄漏，该报警器将起不了任何报警作用，会给生产装置的运行带来严重的安全隐患。
