环氧乙烷气体探测器的升级改造

孔令江

(中国石油化工股份有限公司天津分公司 烯烃部，天津 300270)



环氧乙烷气体探测器的升级改造

孔令江

(中国石油化工股份有限公司天津分公司 烯烃部，天津 300270)

环氧乙烷生产装置具有易燃、易爆、腐蚀等潜在风险，为及时检测生产环境中可能存在的环氧乙烷等可燃气体，现场安装了可燃气体检测器。简述了检测器的结构及工作原理，为便于现场操作人员及时发现问题并采取措施，用带有声光报警的新型设施对原有的检测器进行升级改造。应用结果表明：在现场发现泄漏，比在控制室内发现后人员再赶至现场处置，时间可缩短至少3min。

环氧乙烷 传感器 声光报警 探测器

环氧乙烷(EO)又称氧化乙烯，也称恶烷，是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有机化工产品。

环氧乙烷具有极高的危险性，闪点为-57℃、爆炸体积分数为3.0%～100%，在空气中的起爆温度为428℃，极易与许多化学物质发生反应。环氧乙烷蒸气密度大于空气，能沿地面扩散转移，引起远距离着火。

石油化工生产装置所使用的原料、辅料及产品绝大多数都具有易燃烧、爆炸、腐蚀等特性，这些物料一般采用管道进行输送。一旦途径的设备、管道、阀门等发生泄漏，可燃气体积累到一定浓度，就会有燃烧、爆炸的危险，因而国家对该类企业的防火、防爆、防中毒有着严格的要求，从设计、安装、使用等各个环节都有着严格的控制标准。按照GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》第5.1.3条规定：“在可燃气体泄漏并能导致燃烧爆炸可能的场所要设置可燃气体探测器。当可燃气浓度达到危险值，就会发出报警”。因此，在环氧乙烷生产装置的特定部位须安装环氧乙烷气体探测器。

1 探测器结构及工作原理

目前大多数的环氧乙烷气体探测器，多采用国产智能变送器配进口电化学传感器的组合方式，这样既保证了产品质量及检测精度，又能降低采购成本。

1.1 探测器结构和工作原理

气体探测器由传感器、液晶显示模块、主电路板及外壳组成。

传感器输出的微小变化的电流信号，经过变送器的放大电路、调整电路，再经A/D转换电路将模拟信号变换为数字信号，送入单片机内，再通过软件程序处理，对信号进行补偿和量程转换，使液晶屏显示的数值表示为空气中的环氧乙烷气体体积分数值。与此同时，再将显示数值送入D/A转换电路，使经过处理的传感器信号最终以4～20mA电流方式输出。

1.2 探测器特点

探测器采用进口电化学方式传感器，结合开发具有零点漂移补偿、程序控制信号输出、磁棒调校等功能的智能电路，具有技术领先、检测数值准确可靠、日常标校维护简便易行等特点。吸收了国外同类先进探测器结构设计之优点，采用了独特的隔爆结构，壳体材质坚实，更加安全可靠。

2 三端电化学式环氧乙烷气体传感器工作原理

经过多年的不断研发实验及现场应用，英国CT公司生产的三端电化学式环氧乙烷气体传感器，以工作稳定、反应迅速、检测精度高、寿命长等特点得到广泛应用。

电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，然后经过疏水屏障层，最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应，以形成充分的电信号，同时防止电解质漏出传感器。穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应，传感电极可以采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。通过电极间连接的电阻器，在正极与负极间形成与被测气浓度成正比的电流，测量该电流即可确定气体浓度。由于该过程中会产生电流，电化学传感器又常被称为电流气体传感器或微型燃料电池。

实际应用中，由于电极表面连续发生电化反应，传感电极电势并不能保持恒定，在经过一段较长时间后，它会导致传感器性能退化。为改善传感器性能，人们引入了参考电极。

参考电极安装在电解质中，与传感电极邻近。固定的稳定恒电势作用于传感电极，参考电极可以保持传感电极上的这种固定电压值，参考电极间没有电流流动。气体分子与传感电极发生反应，同时测量反电极，测量结果通常与气体浓度直接相关。施加于传感电极的电压值可以使传感器针对目标气体。

3 常见问题

环氧乙烷传感器被设计为专用传感器，用于检测空气中的环氧乙烷气体，但是仍然会在一定程度上与其他气体产生交叉反应，即传感器检测出来的数据包含一些其他干扰气体的组分，如一氧化碳、乙醇、甲苯、甲基乙基酮和乙二醇等。

环氧乙烷传感器不易长期暴露于高浓度的溶剂蒸气中，否则可能会造成传感器中毒，出现探测器长时间报警，显示数值溢出，不能进行调零操作等问题。

应对上述现象的措施如下：

1) 探测器在安装时应避免安装在容易产生上述干扰气体的位置，或将干扰气体处理掉。

2) 定期检测探测器工作环境是否有高浓度泄漏气体，如果发现应及时处理。

3) 定期进行专人维护，确认传感器工作状态，如反应不够灵敏，出现中毒等情况发生时，应及时更换传感器。

4 常见故障的维修

探测器常见故障、原因及排除方法见表1所列。

表1 常见故障及排除方法

5 日常维护

1) 探测器的日常维护和标校由专人负责，每个季度进行一次零点和增益的标校，以保证检测的准确性。

2) 出现经常性误报警时，观察探测器周围是否有干扰源，如蒸气、干扰气体等，采取更换安装位置、方向等措施。

3) 不要经常开关气体探测器，频繁断电对固定式探测器的损耗最多，尤其对传感器的寿命有较大影响。

6 结束语

2012年8月装置检修期间7套新型环氧乙烷探测器投入使用，均安装在高浓度环氧乙烷输送和存储的位置，一旦发生泄漏要第一时间检测到。

该系统顺利实现了灵敏检测、实时更新数据、现场和控制室双报警的功能。同时操作人员能在控制室内观测到每个监测点的检测值和所属状态，实现重启、复位、试验、消音等操作。

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孔令江(1969—)，男，现就职于中国石油化工股份有限公司天津分公司烯烃部，主要从事化工石油生产装置电气、仪表设施的现场研究工作，任电气、仪表主任工程师，高级工程师。

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1007-7324(2016)05-0071-02

稿件收到日期：2016-06-11，修改稿收到日期：2016-08-26。