索富通谈制造企业可燃气体和有毒气体检测器设置

制造企业在生产过程中涉及机加工、钣金、焊接、热处理、表面处理、理化测试、装配试验等生产工艺，在生产过程中不可避免地使用或产生各种可燃气体和有毒气体，这些气体一旦泄漏并积聚在周围环境中，就有发生火灾、爆炸或人员急性中毒的可能。目前，人们对于可燃气体的检测报警十分重视，但是对能够引起急性中毒，或是对可燃有毒气体的检测仅考虑测爆而不是测毒，这样就不能真正保护工人的安全和健康。以制造业中常见的几种可燃和有毒气体为例，通过计算来探讨工作场所可燃气体和有毒检测器的选用原则。

1  一般选用原则

    根据气体的可燃性和毒性，工作场所中有害气体分为三类，即无毒（或低毒）可燃气体，如氢气、甲烷；不燃有毒气体，如：氟化氢、氯气；可燃有毒气体，如：氨气、苯、硫化氢等。

    参照设计规范的要求，在使用可燃气体的工作场所，当可燃气体有泄漏达到25%爆炸下限的可能时，应设置可燃气体检测器。根据设计规范的规定，可能释放高毒、剧毒气体的工作场所，或可能大量释放其他有毒气体的工作场所，应设立有毒气体检测报警点。

2  单一组分气体检测

   对于无毒（或低毒）可燃气体，需测爆，此时选择可燃气体检测器；对于不燃有毒气体，需测毒，此时选择有毒气体检测器。而对于可燃有毒气体，则需测毒，选择有毒气体检测器，这是因为其毒性报警值远低于其爆炸报警值。以硫化氢为例，硫化氢既属于可燃气体也属于有毒气体，其最高容许浓度（MAC）为10mg/m3,摩尔质量为34.08g/mol，为将硫化氢的MAC值与其爆炸下限进行直接对比，需将硫化氢的MAC值换算成体积分数。质量浓度换算为体积分数的关系式为：

      C’=Vm × C/M × 10-6        （1）

式中：C’----气体的体积分数；

      Vm -----在20℃/101.3kPa时气体的摩尔体积，为24.0L/mol;

C----气体的质量浓度，mg/m3;

M---气体的摩尔质量，g/mol。

根据公式（1）计算，硫化氢达到MAC值时的体积分数为7.04 × 10-6，即0.000704%，而其爆炸下限为4.0%，其爆炸下限远远高于人员中毒的体积分数。由此可知，若工作场所硫化氢泄漏，硫化氢气体达到爆炸下限之前，若有人员存在，人员可能已经中毒身亡。对于可燃有毒气体，通常只需要在车间内设置有毒气体检测器进行测毒即可。制造企业几类典型可燃有毒气体达到MAC值或短时间接触容许浓度（PC-STEL）时的体积分数与其爆炸下限见表1。

表1 可燃有毒气体MAC或PC-STEL值与其爆炸下限

3  混合气体的检测

在生产过程中企业经常会使用混合组分的物料，理论上就需要考虑两种或两种以上可燃气体或有毒气体的检测报警，而实际设计工作中，并不是混合气体中含有可燃气体或有毒气体，便需针对每一种气体设置可燃气体或有毒气体检测器。以下针对不同情况进行分析。

3.1混合气体为可燃气体理论上，当可燃气体体积分数能够达到爆炸下限的25％时，均应设置可燃气体检测器，但由于混合气体在泄漏过程中组分不会改変，故可根据公式(2)先计算出混合气体中每一种可燃气体分别达到其爆炸下限的25％时混合气体的体积，然后判断得出先到达爆炸下限的气体，只设置一种可燃气体检测器来进行检测报警。

V’＝V × 爆炸下限x25％/ϕ    （2）

式中：V’---混合气体体积,m3；

D- --房间体积，m3；

ϕ ---混合气体中某种气体的体积分数；

应用举例:假设密闭空间为100m，有泄漏源向其内部泄漏组分固定的混合气体。混合气体中含有氢气和甲烷两种可燃气体，体积分数分别为20和30％，其爆炸下限分别为4％和5％。该如何设置气体检测和器?

根据公式(2)计算得出，氢气达到其25％爆炸下限时，混合气体体积是5.0m3;甲烷达到其爆炸下限的25％时，混合气体体积是4.2m2。当混合气体发生泄漏，甲烷会先到达其爆炸下限的25％，因此针对这种混合气体只需设置甲烷的可燃气体检测器即可。

3.2混合气体为有毒气体

理论上，当工作场所空气中有毒气体浓度能够达到其毒性报警值时，均应设置有毒气体检测器，但由于混合气体在泄漏过程中组分不会改变，故可根据公式先计算出混合气体中每一种有毒气体分别达到各自毒性报警值时混合气体的体积V’，然后判断得到先达到毒性报警值的气体，只设置一种有毒气体检测器来进行检测报警。

V’=V× C’/ϕ      （3）

式中：V’--混合气体的体积，m3；

      V --房间体积，m3;

C’--气体达到其毒性报警值时的体积分数；

ϕ --混合气体中某种气体的体积分数。

应用举例:假设密闭空间为100m3，有泄漏源向其内部泄漏组分固定的混合气体。混合气体中含有一氧化碳和硫化氢两种毒性气体，其体积分数分别为10.0％和0.3％。该如何设置气体检测器?

已知一氧化碳在其PC-STEL值时的体积分数为25.70×10-6，硫化氢在其MAC值时的体积分数为7.04× 106。根据公式(3)计算得出，工作场所空气中一氧化碳达到PC-STEL值时，混合气体体积为0.026m3，硫化氢达到MAC值时，混合气体体积为0.234m3。若混合气体发生泄漏，一氧化碳会先达到其PC-STEL值，因此针对这种混合气体只需设置一氧化碳有毒气体检测器即可。

3.3混合气体为可燃气体和有毒气体

当混合气体中既含有可燃气体又含有有毒气体时，若可燃气体浓度可能达到25％爆炸下限，但有毒气体浓度没有达到毒性报警值，应设置可燃气体检测器，检测器选择方法见3.1节;若有毒气体浓度可能达到毒性报警值，但可燃气体浓度没有达到25％爆炸下限，应设置有毒气体检测器，检測器选择方法见3.2节;若可燃气体浓度可能达到25％爆炸下限，有毒气体浓度也可能达到毒性报警值时，应分别设置可燃气体和有毒气体检测器。以上讨论均是针对固定组分混合气体直接泄漏的情况，若生产过程中各组分在不同步消耗的情况下发生泄漏，则需根据具体情况做进一步分析，考虑对每种可燃气体或有毒气体的检测报警。

4  检测器的安装

   气体检测器的安装位置需根据被测气体的密度来确定。当被测气体比空气重（即按照标准状态下被测气体质量浓度大于0.97kg/m3）时，检测器的安装高度应距地面0.3~0.6m。当被测气体比空气轻（即按照标准状态下被测气体质量浓度小于0.97kg/m3）时，检测器的安装高度应高出释放源0.5~2.0m；此外，还应在车间内最高点气体积聚处设置检测点。当所测气体（如硫化氢、一氧化碳、氰化氢）与空气的摩尔质量接近且极易与空气混合时，检测器应安装在距释放源上下1.0m的范围内。检测器安装场所不应有冲击、振动、强电磁干扰；检测器探头要与周围管线或设备留出0.5m以上的距离。此外，检测器的布置还要结合释放源的特性、生产场地布置、地理条件等因素来综合考虑。

5小结

    为充分保障企业安全生产，预防职业病发生，设计单位和建设单位应充分重视工作场所可燃气体、有毒气体的检测，特别是针对可能产生剧毒、高毒气体的工作场所。