有毒有害氣體檢測(cè)儀在工業(yè)中的應(yīng)用

在本章中我們將著重討論其它無(wú)機(jī)有毒有害氣體檢測(cè)儀的原理和應(yīng)用，但實(shí)際上，我們很難將有毒有害氣體簡(jiǎn)單地分為有機(jī)、無(wú)機(jī)兩大類(lèi)。 
    因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)情況中，安全和衛(wèi)生方面的遇到的氣體很多都是有機(jī)無(wú)機(jī)氣體的混合物。只是由于各種原因，目前我們對(duì)于有毒有害氣體的認(rèn)識(shí)還更多地集中于可燃?xì)怏w、可以引起急性中毒的氣體（硫化氫、氰氫酸等）、以及某些常見(jiàn)的有毒氣體（一氧化碳）、氧氣等檢測(cè)儀上，因此，本文將首先著重介紹這類(lèi)檢測(cè)儀，并綜合目前的情況對(duì)各類(lèi)有毒有害（無(wú)機(jī)/有機(jī)）氣體檢測(cè)儀的應(yīng)用提出建議。 
    有毒有害氣體檢測(cè)儀的分類(lèi)和原理： 氣體檢測(cè)儀的關(guān)鍵部件是氣體傳感器。 
氣體傳感器從原理上可以分為三大類(lèi)： 
A） 利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如半導(dǎo)體式（表面控制型、體積控制型、表面電位型）、催化燃燒式、固體熱導(dǎo)式等。 
B） 利用物理性質(zhì)的氣體傳感器：如熱傳導(dǎo)式、光干涉式、紅外吸收式等。 
C） 利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質(zhì)式等。 
根據(jù)危害，我們將有毒有害氣體分為可燃?xì)怏w和有毒氣體兩大類(lèi)。 
由于它們性質(zhì)和危害不同，其檢測(cè)手段也有所不同。 
    可燃?xì)怏w是石油化工等工業(yè)場(chǎng)合遇到最多的危險(xiǎn)氣體，它主要是烷烴等有機(jī)氣體和某些無(wú)機(jī)氣體：如一氧化碳等。 可燃?xì)怏w發(fā)生爆炸必須具備一定的條件，那就是：一定濃度的可燃?xì)怏w，一定量的氧氣以及足夠熱量點(diǎn)燃它們的火源，這就是爆炸三要素（如上左圖所示的爆炸三角形），缺一不可，也就是說(shuō)，缺少其中任何一個(gè)條件都不會(huì)引起火災(zāi)和爆炸。 當(dāng)可燃?xì)怏w（蒸汽、粉塵）和氧氣混合并達(dá)到一定濃度時(shí)，遇具有一定溫度的火源就會(huì)發(fā)生爆炸。   

我們把可燃?xì)怏w遇火源發(fā)生爆炸的濃度稱(chēng)為爆炸濃度極限，簡(jiǎn)稱(chēng)爆炸極限，一般用%表示。實(shí)際上，這種混合物也不是在任何混合比例上都會(huì)發(fā)生爆炸而要有一個(gè)濃度范圍。 
     當(dāng)可燃?xì)怏w濃度低于LEL（低爆炸限度）時(shí)（可燃?xì)怏w濃度不足）和其濃度高于UEL（高爆炸限度）時(shí)（氧氣不足）都不會(huì)發(fā)生爆炸。不同的可燃?xì)怏w的LEL和UEL都各不相同，這一點(diǎn)在標(biāo)定儀器時(shí)要十分注意。為安全起見(jiàn)，一般我們應(yīng)當(dāng)在可燃?xì)怏w濃度在LEL的10%和20%時(shí)發(fā)出警報(bào)，這里，10%LEL稱(chēng)作警告警報(bào)，而20%LEL稱(chēng)作危險(xiǎn)警報(bào)。
    需要說(shuō)明的是，LEL檢測(cè)儀上顯示的100%不是可燃?xì)怏w的濃度達(dá)到氣體體積的100%，而是達(dá)到了LEL的100%，即相當(dāng)于可燃?xì)怏w的低爆炸下限，如果是甲烷，100%LEL=4%體積濃度（VOL）.在工作中，以LEL方式測(cè)量這些氣體的檢測(cè)儀是我們常見(jiàn)的催化燃燒式檢測(cè)儀。它的原理是一個(gè)雙路電橋（一般稱(chēng)作惠斯通電橋）檢測(cè)單元。在這其中的一個(gè)鉑金絲電橋上涂有催化燃燒物質(zhì)，不論何種易燃?xì)怏w，只要它能夠被電極引燃，鉑金絲電橋的電阻就會(huì)由于溫度變化發(fā)生改變，這種電阻變化同可燃?xì)怏w的濃度成一定比例，通過(guò)儀器的電路系統(tǒng)和微處理機(jī)可以計(jì)算出可燃?xì)怏w的濃度。 直接測(cè)量可燃?xì)怏w的體積濃度的熱導(dǎo)式VOL檢測(cè)器也可以在市場(chǎng)上得到，同時(shí)，也已經(jīng)有了LEL/VOL合二為一的檢測(cè)器。VOL可燃檢測(cè)器特別適合于在缺氧（氧氣不足）的環(huán)境中測(cè)量可燃?xì)怏w的體積（VOL）濃度。 
    有毒氣體既可以存在于生產(chǎn)原料中，如大多數(shù)的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)（VOC），也可能存在于生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)的副產(chǎn)品中，如氨、一氧化碳、硫化氫等等。它們是對(duì)工作人員造成危害最大的危險(xiǎn)因素。這種危害不僅包括立即的傷害，如身體不適、發(fā)病、死亡等等，而且包括對(duì)于人體長(zhǎng)期的危害，如致殘、癌變等等。對(duì)于這些有毒有害氣體的檢測(cè)是我們發(fā)展中國(guó)家應(yīng)當(dāng)開(kāi)始引起充分重視的問(wèn)題。 
   常見(jiàn)有毒有害氣體的TWA（8小時(shí)統(tǒng)計(jì)權(quán)重平均值）、STEL（15分鐘短期暴露水平）、IDLH（立即致死量）（ppm）和MAC（車(chē)間最大允許濃度）mg/m3。 
有毒氣體 TWA STEL IDLH MAC 
氨氣 (NH3) 25 35 500 30 
一氧化碳(CO) 25 -- 1500 30 
氯氣 (Cl2) 0.5 1 30 1 
氰化氫 (HCN) 10 4.7 50 0.3 
硫化氫(H2S) 10 15 300 10 
一氧化氮 (NO) 25 -- 100 -- 
二氧化硫(SO2) 2 5 100 15 
VOC* 50 100 -- -- 
    隨氣體種類(lèi)不同，其TWA、STEL、IDLH、MAC等值會(huì)有一定的不同 目前，對(duì)于特定的有毒氣體的檢測(cè)，我們使用最多的是氣體傳感器。它可以包括上面。所列的所有氣體傳感器，也包括前兩章所介紹的光離子化檢測(cè)儀。其中，檢測(cè)無(wú)機(jī)氣體普遍、技術(shù)相對(duì)成熟、綜合指標(biāo)好的方法是定電位電解式方法，也就是我們常說(shuō)的電化學(xué)傳感器。 
    電化學(xué)傳感器的構(gòu)成是：將兩個(gè)反應(yīng)電極--工作電極和對(duì)電極以及一個(gè)參比電極放置在特定電解液中（如上圖如示），然后在反應(yīng)電極之間加上足夠的電壓，使透過(guò)涂有重金屬催化劑薄膜的待測(cè)氣體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，再通過(guò)儀器中的電路系統(tǒng)測(cè)量氣體電解時(shí)產(chǎn)生的電流，然后由其中的微處理器計(jì)算出氣體的濃度。 
    目前，可以檢測(cè)到特定氣體的電化學(xué)傳感器包括：一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣、氯氣、氰氫酸、環(huán)氧乙烷、氯化氫等等。 檢測(cè)VOC檢測(cè) 器可以使用前章介紹的光離子化檢測(cè)器。氧氣也是在工業(yè)環(huán)境中，尤其是密閉環(huán)境中需要十分注意因素。一般我們將氧氣含量超過(guò)23.5%稱(chēng)為氧氣過(guò)量(富氧)，此時(shí)很容易發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)；而氧氣含量低于19.5%為氧氣不足（缺氧），此時(shí)很容易發(fā)生工人窒息、昏迷以至死亡的危險(xiǎn)。正常的氧氣含量應(yīng)當(dāng)在20.9%左右。氧氣檢測(cè)儀也是電化學(xué)傳感器的一種。 
    目前在選擇有毒有害氣體檢測(cè)儀時(shí)的問(wèn)題： 在我國(guó)，由于歷史和認(rèn)識(shí)上的原因，我們?cè)谶x用各類(lèi)檢測(cè)儀時(shí)存在的問(wèn)題還比較多，具體體現(xiàn)在： 
1） 對(duì)可燃?xì)怏w的檢測(cè)重于對(duì)有毒氣體的檢測(cè)。 
2） 對(duì)可能引起急性中毒氣體的檢測(cè)重于對(duì)可能引起慢性中毒的氣體的檢測(cè)。 
    由于眾多可燃?xì)怏w泄漏所引起的爆炸事故的血的教訓(xùn)，使人們對(duì)于可燃?xì)怏w檢測(cè)十分重視，可以講，任何一個(gè)石化、化工廠(chǎng)，絕大多數(shù)的危險(xiǎn)氣體檢測(cè)儀都是LEL檢測(cè)儀。但僅配備檢測(cè)儀對(duì)于真正保護(hù)工人的安全和健康還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。 不可否認(rèn)的是，大多數(shù)的揮發(fā)性危險(xiǎn)氣體都是可燃?xì)怏w，但是，催化燃燒式的可燃?xì)怏w檢測(cè)儀并不是對(duì)所有的可燃?xì)怏w檢測(cè)都是很好的選擇。它是專(zhuān)門(mén)為檢測(cè)甲烷設(shè)計(jì)的，而對(duì)其它物質(zhì)的檢測(cè)性能比較差。所以，它們可以檢測(cè)出的除甲烷以外的可燃?xì)怏w的下限濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于它們的允許濃度。 
    比如：對(duì)于苯、氨氣等危險(xiǎn)有毒氣體，單純使用可燃?xì)怏w檢測(cè)儀就是一個(gè)十分危險(xiǎn)的做法。比如，苯的爆炸下限是1.2%，它在檢測(cè)儀上的校正系數(shù)是2.51，也就是說(shuō)，苯在一個(gè)用甲烷標(biāo)定的檢測(cè)儀上的顯示的濃度只是其實(shí)際濃度的40%！！這樣，用LEL可以檢測(cè)到的苯的低警報(bào)濃度是10%LEL=10%*1.2%*2.51=3.0*10-3，這個(gè)濃度同苯的允許濃度5*10-6相比要高近600倍!!。同樣，氨在LEL檢測(cè)儀上得到的警報(bào)濃度1.5*10-2也要比其允許濃度2.5*10-5高大約600倍。因此根據(jù)所檢測(cè)氣體的不同，選擇特定有毒氣體檢測(cè)儀要比單純選擇LEL檢測(cè)儀更加安全可靠得多。