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物质名称

分子式

分子量

爆炸浓度 (V%)

毒性

容许浓度

蒸气比重

下限 LEL

上限 VEL

mg/m3

空气 =1

甲烷

CH4

16.04

5

15

——

 

0.554

乙烷

C2H6

30.07

3

15.5

   

1.04

丙烷

C3H8

44.1

2.1

9.5

   

1.56

丁烷

C4H10

58.12

1.9

8.5

   

2.05

戊烷(液体)

C5H12

72.15

1.4

7.8

 

1000PPM

2.48

己烷(液体)

C6H14

86.17

1.1

7.5

 

500PPM

2.97

庚烷(液体)

CH3(CH2)5CH3

100.2

1.1

6.7

   

3.45

辛烷(液体)

C8H18

114.23

1

6.5

   

3.86

乙烯

C2H4

28.05

2.7

36

   

0.975

丙烯

C3H6

42.08

2

11.1

   

1.46

丁烯

C4H8

56.1

1.6

10

   

1.93

丁二烯

C4H6

54.8

2

12

低毒

100

1.84

乙炔

C3H4

40.07

2.5

100

   

1.38

环丙烷

C3H6

42.08

2.4

10.4

   

1.5

煤油(液体)

C10-C16

 

0.6

5

   

4.5

城市煤气

   

4

     

0.2-0.4

液化石油气

   

1

12

 

1000PPM

0.5-2.0

汽油(液体)

C4-C12

 

1.1

5.9

 

300

3~4

松节油(液体)

C10H16

136.24

0.8

   

300

4.84

苯(液体)

C6H6

78.11

1.3

7.1

中等

40 (皮)

2.8

甲苯

C6H5CH3

92.11

1.2

7.1

低毒

100

3.9

氯乙烷

C2H5CL

64.51

3.8

15.4

中等

1000PPM

2.22

氯乙烯

C2H3CL

62.5

3.6

33

 

30

2.15

氯丙烯

C3H5CL

76.53

2.9

11.2

中等

2

2.64

1.2 二氯乙烷

CLCH2CH2CL

98.96

6.2

16

高毒

15

3.35

四氯化碳

CCL4

153.82

   

轻微麻醉

25 (皮)

 

三氯甲烷

CHCL3

119.38

   

中等

 

4.12

环氧乙烷

C2H4O

44.05

3

100

中等

2

1.52

甲胺

CH3NH2

31.06

4.9

20.1

中等

5

1.07

乙胺

CH3CH2NH2

45.08

3.5

14

中等

10PPM

1.56

苯胺

C6H5NH2

93.13

1.3

11

高毒

5

 

二甲胺

(CH3)2NH

45.08

2.8

14.4

中等

10

1.55

乙二胺

H2NCH2CH2NH2

60.1

   

低毒

4

2.07

甲醇(液体)

CH3OH

32.04

6.7

36

 

50

1.11

乙醇(液体)

C2H5OH

46.07

3.3

19

 

1000PPM

1.59

正丁醇(液体)

C4H9OH

74.12

1.4

11.2

   

2.55

甲醛

HCHO

30.03

7

73

 

3

1.067

乙醛

C2H4O

44.05

4

60

 

100PPM

1.52

丙醛(液体)

C2H5CHO

58.08

2.9

17

   

2

乙酸甲酯

CH3COOCH3

74.08

3.1

16

 

100

2.8

乙酸

CH3COOH

60.05

5.4

16

低毒

 

2.07

乙酸乙酯

CH3COOC2H5

88.1

2.2

11

 

300

3

丙酮

C3H6O

58.08

2.6

12.8

 

500PPM

2.48

丁酮

C4H8O

 

1.8

10

 

200

2.48

氰化氢 ( 氢氰酸 )

HCN

27.03

5.6

40

剧毒

0.3

0.938

丙烯氰

C3H3N

53.06

2.8

28

高毒

2

1.83

氯气

CL2

70.91

   

刺激

1

2.4

氯化氢

HCL

36.46

     

15

1.268

氨气

NH3

17.03

16

25

低毒

30

0.76

硫化氢

H2S

34.08

4.3

45.5

神经

10

1.189

二氧化硫

SO2

64.06

   

中等

15

2.927

二硫化碳

CS2

76.14

1.3

50

 

10

2.64

臭氧

O3

48

   

刺激

0.3

1.66

一氧化碳

CO

28.01

12.5

74.2

剧毒

30

0.91

H2

2

4

75

   

0.07

  本表数值来源基本上以《 SH3063-1999 石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警器设计规范》为主,并与《常用化学危险品安全手册》进行了对照,补充。

 

 

可燃气体检测仪研制:气体传感器的选型及介绍

可燃性气体传感器属于气敏传感器,是气-电变换器,它将可燃性气体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号,通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机,进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。传感器作为可燃性气体检测报警器的信号采集部分,是仪表的核心组成部分之一。由此可见,传感器的选型是非常重要的。 来源:东海仪表网

(1) 气体传感器的分类

气体传感器种类繁多,从检测原理上可以分为三大类:

(a)利用物理化学性质的气体传感器:如半导体气体传感器、接触燃烧气体传感器等。

(b)利用物理性质的气体传感器:如热导气体传感器、光干涉气体传感器、红外传感器等。

(c)利用电化学性质的气体传感器:如电流型气体传感器、电势型气体传感器等。

(2) 气体传感器应满足的基本条件

一个气体传感器可以是单功能的,也可以是多功能的; 可以是单一的实体,也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是,任何一个完整的气体传感器都必须具备以下条件:

(a)能选择性地检测某种单一气体,而对共存的其它气体不响应或低响应;

(b)对被测气体具有较高的灵敏度,能有效地检测允许范围内的气体浓度;

(c)对检测信号响应速度快,重复性好;

  (d)长期工作稳定性好;

  (e)使用寿命长;

  ①制造成本低,使用与维护方便。

(3) 常见气体传感器简介

  下面对工业上常用的几种气体传感器作简单介绍。

(a)    半导体气体传感器  

半导体气体传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作匡气体传感器,以及用单晶半导体器件制作的气体传感器。自1962年半导体金属氧化物气体传感器问世以来,由十具有灵敏度高、响应快、输庄信号强、耐久性强、结构简单、价格便宜等诸多优点,得到了广泛的应几。该传感器己成为世界上产量最大、使用最广的气体传感器之一。按贬敏感机理分类,可分为电阻型和非电阻型。

  (b) 固体电解质气体传感器

  固体电解质气体传感器使用固体电解质气敏材料作为气敏兀件,其厚理是利用气敏材料在通过气体时产生离子,测量其形成电动势从而测量气体浓度。由十这种传感器电导率高,灵敏度和选择性好,因而得到了广泛的应用,几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域,其产量仅次于半导体气体传感器的一类传感器。但这种传感器制造成本高,检测气体范围有限,在检测环境污染领域中有优势。

  (c) 接触燃烧式传感器

  当易燃气体接触这种被催化物覆盖的传感器表面时会发生氧化反应而燃烧,故得名接触燃烧式传感器。接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属扮(也可表面涂铂、把等稀有金属催化层),使用时将铂扮通电,保持的高温,此时若与可燃性气体接触,可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧,因此铂扮的温度会上升,铂扮的电阻值也上升; 通过测量铂扮的电阻值变化的大小,就知道可燃性气体的浓度。

  (d) 高分子气体传感器

  利用高分子气敏材料制作的气体传感器近年来得到很大的发展。高分子气敏材料在遇到特定气体时,其电阻、介电常数、材料表面声波传播进度和频率、材料重量等物理性能发生变化。高分子气敏材料由十具有易拣作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表雨波器件相结合,在毒性气体和食品鲜度等方面的检测中具有重要作用。高分子气体传感器具有对特定气体分子灵敏度高,选择性好,且结构简单,能在常温下使用,可以弥补其它气体传感器的不足。

  (e) 电化学传感器

  电化学传感器由膜电极和电解液封装而成。气体浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子,通过电极将信号传出。它的优点是: 反映速度快、准确、稳定性好、能够定量检测,但寿命较短(大约两年)。它主要适用十毒性气体检测。目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。

  (f) 热传导传感器

  热传导传感器与接触燃烧式传感器具有类似的结构形式,但是测量原理不同。它的测量原理是:将加热后的铂电阻线圈置十目标气体中,由于向目标气体传送热量造成温度降低,引起电阻值变化,传感器即测量电阻值的变化情况。温度的变化情况是目标气体热传导率的函数,而对十一种给定的气体或汽化物,热传导率是它固有的物理特性。

  (g) 红外传感器

  红外传感器通常用两束红外光进行气体测量,主光束通过测量兀件内的目标气体,参考光束通过比较兀件内的参考气体。在测量和比较兀件中,红外射线被气体有选择地吸收了。未吸收的红外光由光电探测器测量,产生一个正比十目标气体浓度的差分信号。非扩散式红外探测器NDIR(non-dispersive IR)是其中的一种,所有的未吸收光全部以最小的扩散和损耗被记录下来。

  不同的气体吸收不同波长的IR,所以传感器根据目标气体而调整,典型应用包括测量COCO2、冷冻剂气体和一些易燃气。由十非碳氢化合物易燃气体(如氢)不吸收电磁谱中IR部分的能量,所以这种传感器可以精确地测量碳氢化合物,并具有最小的交叉灵敏度,而且不受其它气体的腐蚀以及高浓度目标气体的影响。

(4) 常见气体传感器可检测气体种类

  由十气体的种类繁多,一种类型的气体传感器不可能检测所有的气体,通常只能检测某一种或两种特定性质的气体。例如氧化物半导体气体传感器主要检测各种还原性气体,如CO、H2、 C2H5OH、CH3OH等。固体电解质气体传感器主要用十检测无机气体,如O2、CO2、H2、C12、SO2等。

  表2.1简要列举出已经研究、开发的各类气体传感器及其可检测的气体种类。

 

 

气体检测仪选型指南

有害气体检测报警仪的用途

有害气体检测报警仪是专用的安全卫生检测仪,用来检测化学品作业场所或设备内部空气中的可燃或有毒气体和蒸气含量并超限报警。另外,空气欠氧检测仪也属于这类仪器。

危险化学品场所有害气体检测,主要有以下几种情况:

泄漏检测
设备管道有害气体或液体(蒸气)现场所泄漏检测报警,设备管道运行检漏。
检修检测
设备检修置换后检测残留有害气体或液体(蒸气),特别是动火前检测更为重要。
应急检测
生产现场出现异常情况或者处理事故时,为了安全和卫生要对有害气体或液体(蒸气)进行检测。
进入检测
工作人员进入有害物质隔离操作间,进入危险场所的下水沟、电缆沟或设备内操作时,要检测有害气体或液体蒸气。
巡回检测
安全卫生检查时,要检测有害气体或液体蒸气。

危险化学品要加强安全管理,完善安全措施、控制事故隐患。但是,不可能达到绝对安全,仍然会出现万有一失的情况。因此,事故隐患的检测报警,在危险化学品场所有害气体或液体(蒸气)检测报警,是非常必要的。对避免和控制事故具有重要意义。

有害气体检测报警仪的分类

按使用方法分类

  1. 便携式有害气体检测报警仪   

    仪器将传感器、测量电路、显示器、报警器、充电电池、抽气泵等组装在一个壳体内,成为一体式仪器,小巧轻便,便于携带,泵吸式采样,可随时随地进行检测。

    袖珍式仪器是便携式仪器的一种,一般无抽气泵扩散式采样,干电池供电,体积极小。

  2. 固定式有害气体检测报警仪

    这类仪器固定在现场,连续自动检测相应有害气体(蒸气),有害气体超限自动报警,有的还可自动控制排风机等。固定式仪器分为一体式和分体式两种。

    • 一体式固定有害气体检测报警仪

      与便携式仪器一样,不同的是安装在现场,220V交流供电,连续自动检测报警,多为扩散式采样

    • 分体式固定有害气体检测报警仪

      传感器和信号变送电路组装在一个防爆壳体内,俗称探头,安装在现场(危险场所);第二部分包括数据处理、二次显示、报警控制和电源,组装成控制器,俗称二次仪表,安装在控制室(安全场所)。探头扩散式采样检测,二次仪表显示报警。

按被测对象及传感器原理分类

  1. 可燃气体检测报警仪(简称测爆仪,一种仪器检测多种可燃气体)

    催化燃烧式可燃气体检测报警仪,检测各种可燃气体或蒸气。

    红外式可燃气体检测报警仪,检测各种可燃气体(根据滤光技术而定)。

    半导体式可燃气体检测报警仪,检测多种可燃气体。

    热导式可燃气体检测报警仪,检测其热导与空气差别较大的氢气等。

  2. 有毒气体检测报警仪(简称测毒仪,一种仪器检测一种有毒气体)

    电化学式有毒气体检测报警仪,检测CO、H2S、NO、NO2、CL2、HCN、NH3、PH3及多种有毒有机化合物。

    光电离式有毒气体检测报警仪,检测离子化电位小于11.7eV的有机和无机化合物。

    红外式有毒气体检测报警仪,检测CO、CO2等。

    半导体式有毒气体检测报警仪,检测CO等。

有害气体检测报警仪选用原则

  1. 明确检测目的,选择仪器类别

    简而言之,有害气体的检测有两个目的,第一是测爆,第二是测毒。所谓测爆是检测危险场所可燃气含量,超标报警,以避免爆炸事故的发生;测毒是检测危险场 所有毒气体含量,超标报警,以避免工作人员中毒。测爆的范围是0~100%LEL,测毒的范围是0~几十(或几百)ppm,两者相差很大。

    危险场所有害气体有三种情况,第一、无毒(或低毒)可燃,第二、不燃有毒,第三、可燃有毒。前两种情况容易确定,第一测爆,第二测毒,第三种情况如果有人员暴露测毒,如无人员暴露可测爆。

    测爆选择可燃气体检测报警仪,测毒选择有毒气体检测报警仪。

  2. 明确检测用途选择仪器种类(便携式或固定式)

    生产或贮存岗位长期运行的泄漏检测选用固定式检测报警仪;其他象检修检测、应急检测、进入检测和巡回检测等选用便携式(或袖珍式)仪器。

  3. 明确检测对象,择优选择仪器型号

    仪器型号包含了生产厂家、功能指标和检测原理三项主要内容,选择仪器型号时要考虑以下几点原则:

    • 生产厂家讲诚信、信誉好、生产的质量有保证,通过了ISO9002质量体系认证,具有技术监督部门颁发的CMC生产许可证,具有消防、防爆合格证。
    • 选择的型号产品功能指标要符合国标GB12358-90,GB15322-94,GB16808-1997等标准的要求。
    • 仪器的检测原理要适应检测对象和检测环境的要求。

传感器选型指导

    下面的每种传感器-电化学型、催化型、固态型、红外线和光电离探测器的应用都必须满足区域内空气的质量和安全所要求的标准。一些基本的要求如下:
1 传感器将被设计成为小型、外表粗糟的小盒子。传感器必须适用于危险地点和苛刻的环境,同时它必须是防爆的。传感器必须是合算的,是为在工业生产区域内使用而设计的,安置的费用也是合理的。
2 对于便携式仪器,仪器具有合理的能源消耗,仪器所选的电源为市场容易得到的电池。仪器体积小、方便,容易携带。在工业环境中使用非常安全。由于使用在危险区域,仪器必须具有安全合格证。
3 仪器的操作和维护将是很容易完成,只要工厂内的职工经过简单的专业培训即可。
4 安装固定传感器时,在某一周期内,传感器的功能将会达到连续可靠,该周期长达30天。传感器在工业环境下至少工作二年或更长,在合理的费用基础之上进行更新和替换。传感器可安装在由控制器或计算机控制的集散系统管理的多点系统中。
5 仪器的费用是合理的。为了有效的保护某一区域,可安装多个传感器。
   
本手册讨论了五种传感器中的四种,均满足以上的标准。只有光电离探测器除外。光电离探测器是一种好的探测器,但是受到光的限制,因为它有相对短的寿命和频繁的维护要求,不适合固定点应用。然而,只要用户考虑了限制的条件,固定的光电离探测器还是可用的。
其他类型的传感器虽然满足以上的标准,但也有一些限制。例如,热传导传感器大部分应用于高浓度,而不常用于气体监视。
   
选择传感器所考虑的因素
就传感器而言,经常问的问题之一是:什么传感器最好?。当然,这个问题不能一两句就说清楚。每个传感器有自己的性能和限制,因此一个给定传感器的适应性很大程度取决于使用过程中的应用。因此为了选择一个正确的传感器,首先必须确定应用的要求。102页总图显示了各种应用的要求和检测的技术。制造厂商提供传感器的粗略的标定。

在给定的应用范围确定传感器应遵循和考虑下列因素:
A 为了完成实际的目标,仪器的特性应满足最小的一切要求。特性包括气体的种类和传感器的量程。被测气体的量程和密度将是实际监视密度的35倍。使用万用表,将其量程选择大于实际的测量量程。例如,选择50V的量程去测量12V的电池。
B 检测要监视区域的背景气体。有些情况背景气体不能被检测到,应分析有代表性的采样气体。传感器失效的主要原因是采样气体的存在。这一点制造厂商无法给出建议。传感器的选择或性能必须满足应用的条件。
C 被安装的传感器温度范围应在传感器的性能之内,同时,应适合气体的监测。例如,喷气发动机燃料蒸汽压力很低,如果飞机库内的温度从未超过100°F,安装传感器测量可燃范围是无用的,因为蒸汽密度不能达到可燃级别。
应考虑白天和夜晚,冬天和夏天的温差。大的温度变化可能引起湿度的浓缩。在一个限制的区域这一点很重要,如靠近容器的地方空气流通是很贫乏的。
D 一种典型的要求为湿度在95%的非浓缩气。浓缩的发生是温度变化的原因,如早晨中窗户和汽车挡风玻璃上的水珠。通常,在正常的工业环境下是没有问题的,甚至像墨西哥湾,只要空气的流通是正常的,在这海岸线最炎热夏天的几个月中都是没有问题的。缺乏空气流通的区域常常会引起气体的浓缩。
固态型和催化型传感器有加热的自然环境。另外,设计的变送器操作电压为14-24VDC,它可产生热。因此,为了尽可能的减少浓缩,总是使传感变送器的热度跟环境温度接近。通常电化学型传感器要求相对低电压,因此,变送器的温度与环境温度基本相同。在这种情况下,容易产生浓缩现象。
E 在应用中要求传感器总是暴露与气体中,对于特殊要求和特殊性能的传感器以及传感器的供应,需进一步的商量。设计最合适的采样系统是很困难的,另外,这样的系统也是不可应用的
要方方面面都考虑和注意到是非常困难的,但从节省时间和费用方面,应仔细考虑应用的价值和对象。
   
根据传感器的特性,一个好的决策是传感器满足应用的要求。
这并不是一般性考虑所给出的传感器应用。所以,下列指导性的信息可以帮助你对传感器作出合适的选择。
   
相对可燃气体的有毒气体的监视
气体监视的应用通常可分为有毒气体的监视和可燃气体的监视。有毒气体的监视通常用于保护人的身体,其监视的范围是气体允许爆炸极限的35倍。对于大多数的气体,量程是在浓度为PPM之中。
   
对于可燃气体的监视,量程是在100%燃点极限之下或量程的一部分如50%LFL。气体的浓度很高通常是百分之几的量程。
换句话说,对于有毒气体,传感器必须在低浓度下能够测量气体;而可燃气体的监视传感器必须测量高浓度的气体。
摘要
   
电化学型传感器。除应用于氧气以外,电化学型传感器的设计都应用于有毒气体的监视。这些传感器仅仅适用与低含量PPM范围。对于便携式的仪器,电化学型传感器有许多优点,它的能源消耗低,对气体的响应快,不受湿度的影响。同时,传感器是周期的暴露在气体中,使传感器的寿命最大化。
   
因此,对于便携式的仪器,电化学型传感器是最好的选择。电化学型传感器的寿命期望值为二年,然而,由于应用不当它的寿命可能更短。传感器更换的费用是很高的,特别是当使用的数目很大时。为了保持仪器的功能每年的费用和劳力都必须考虑。
大约有20%的气体可以通过电化学型传感器来检检测。其余的气体(PPM量程)需使用固态型传感器和光电离探测器。
   
催化型传感器。在方便的可燃气体量程LEL内,催化型传感器的应用通常既好又简单。传感器的使用寿命长因为在便携应用中它的使用是偶尔的。催化型传感器相对来说便宜,但需要确认的是它必须是知名厂家提供的。
   
红外线和固态型传感器。对于可以使催化型传感器中毒,使传感器可用的气体,应在红外线传感器和固态型传感器之间选用。这取决于所检测的气体,红外线传感器具有很好的特性,但检测的气体受到限制。换句话说,固态型传感器在量程为LEL中可检测大多数的化学成分。
在固定式应用中,传感器总是暴露在环境气体当中。对于有毒气体,使用固态型传感器通常是有利的,特别是当传感器的数量很大时。
   
应用中的冲突可能是一个问题。最好研究一下传感器的特性并同供应商商讨。
对于固定式可燃气体的应用,应选择催化型传感器、固态型传感器和红外线传感器,详细的描述分别在第456章。
对于气体的监视没有一个标准的特性。下面的气体监视仪表典型特性一表是依据用户和市场的要求所列的摘要。在这仅作为参考。
气体监视仪表典型特性
远程传感变送器特性
被检测气体: 甲基溴,0-500PPM
传感器: 固态型传感器
温度: -10℃ 45 ℃
湿度: 95%RH 非浓缩
精度: 5%
响应时间: 满刻度的90%时,50
背景条件: 正常的环境条件
保证变送器使用在一级、一区、BCD组的防爆区。变送器的功能调试不需要开盖,并提供户外应用的保护。
电源: 14VDC 24VDC
输出: 4-20MA 线性输出
控制器特性
1
带有微处理器的四通道控制单元
2
每通道有独立的数字显示。有标定功能,三个报警设定和诊断功能
3
三级报警设定点(低、中、高),每个报警带有发光二极管指示。
4
继电器:SPDT接点形式,触点容量为:5AMP220VAC
每个报警级别一个继电器(每通道三个继电器)
选项:每个报警级别有独立的继电器(每通道三个继电器)
每个通道的故障继电器指示传感器的电路故障。
5
每通道有4-20MA模拟输出信号
6
墙装。外壳符号国际电器制造业协会4X标准
7
提供24VDC 500MA给每个传感器,同时,接收4-20MA的变送器的输出信号。

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