气体泄漏检测技术在化工安全生产的应用

摘要：随着化工行业逐步向园区化方向发展，化工企业展现出明显的规模化与集中化特点。在园区中，众多企业汇集，规模宏大，员工数量众多，由此产生的挥发性有害气体种类繁多且复杂。这些气体不仅给化工企业带来了火灾、爆炸、中毒等安全隐患，威胁着员工的生命安全与健康，而且也对周边环境造成了污染，限制了化工产业的可持续发展。为此，可燃气体及有毒气体检测报警系统（简称GDS）应运而生，该系统利用专门的气体检测设备对潜在的泄漏点进行监控，一旦检测到泄漏事件或有毒气体积聚，系统便会向现场人员发出警报。在此基础上，操作人员需要依照既定的操作流程或应急响应措施采取行动，以降低或消除安全隐患，确保生产的顺利进行。

关键词：气体泄漏检测技术；化工；安全生产；应用

1化工厂有毒气体泄漏的危害

化学工厂面临的重大安全挑战之一是毒气泄漏，此类事件对自然环境和人体健康均可构成严重威胁。各类有毒气体如氯、氨、硫化氢及苯等，在较低浓度下便可触发急性或慢性的中毒反应，极端情况下能致命。吸入氯气可刺激呼吸系统，引发咳嗽和呼吸障碍，乃至肺部水肿；苯作为公认的致癌物，长期接触可能诱发白血病。硫化氢对神经系统有害，高浓度暴露可迅速导致呼吸衰竭。此外，毒气的泄露还会污染环境，对大气、水体和土壤造成持久伤害，进而破坏周边生态系统的平衡，减少生物多样性，影响植物与动物的生存环境。

2气体泄漏探测技术的研究进展

2.1有线监测系统

常规的气体检测手段通常涉及将搜集到的气体密度信息，通过有线方式传送至监控中心；本研究利用金属氧化物传感器，开发了一款能够侦测甲苯、甲醛等有害气体的室内空气品质检测装置；借助TALAS激光侦测及波长调控技术，实现了对多种气体成分检测精度的显著提升。

2.2无线气体监测

常规气体探测设备在检测功能上较为局限，它们难以适应混合气体检测或是智能化气体管理在特定场合的应用要求。无线传感网络技术的引入，显著克服了这些局限性，其低成本、安装便捷和实时数据监测的特性使其在环境监测、构筑物健康诊断及气体泄露警报等领域得到了广泛部署。利用Zigbee技术，开发了一套适用于开放区域的气体泄漏监测方案；同时，基于LoRa技术构建了一种物联网系统，用于同时检测一氧化碳、氮氧化物和氧气，该系统在长距离数据传输中展现出较强的抗干扰能力。进一步地，借助云计算等手段，将无线传感器收集的数据远程传输至云端服务器，进而实现了对工业现场有毒有害气体的远程监控。

在挑选各式传感器的过程中，需针对应用场合进行弹性化的选取。例如，超声波气体泄露检测器在户外对微量泄露的侦测效能并不理想，而对于较大规模泄露的侦测则表现出较高的效率，并且其对风速的干扰较为不敏感。在涉及易燃易爆区域的气体泄露检测器的选择与安装工作上，必须平衡成本与安全等多方面的因素。

3GDS系统在化工企业的应用

3.1可燃有毒气体泄漏监测系统

在化工生产领域，有毒及易燃气体泄漏问题构成了严重的安全隐患，故而必须在潜在泄漏区域或是气体可能积聚的地点安装气体泄漏监测警报系统。企业应当自主设计并部署针对有毒有害气体及易燃气体的泄漏监测防护系统（GDS）。GDS系统一般构建于开放式的系统架构之上，采取模块化设计理念，这样不仅确保了与各品牌传感器的良好兼容性，还利用MODEBUS、TCP/IP等通用通讯协议，实现了与各类系统间的互联互通。GDS系统主要由以下模块组成：数据采集模块、信号传输模块、数据处理与控制模块、以及显示与操作模块。

在检测到生产区域内的有毒或易燃气体浓度超出安全标准，达到威胁级别时，气体检测系统（GDS）会迅速激活，自动发出警报。该预警机制融合了化工生产各个环节的关键指标及潜在风险警示，构建了对整个生产流程的全方位监控预警体系。工作人员可通过GDS配备的工业控制计算机和显示屏，迅速掌握工厂各监测点的实时状态及过往记录，一旦警报拉响，便能够迅速作出反应，有效处理安全隐患。系统展现了高度的综合性、实时更新性，智能自动化水平，以及高度的灵活性和扩展能力。

3.2GDS系统的报警管理

一般依照气体泄露的危险程度，将GDS警报划分为一级（低风险）和二级（高风险）两个级别：一般将气体泄露的初步预警阶段称作一级警报，此时泄露量尚在可控范围，系统通过激活特定区域的声光警示装置来告知操作人员，以便其及时巡检并采取措施解除警报；至于二级警报，则意味着危害级别加剧，操作人员必须立即采取紧急行动，一旦气体泄露情况恶化至需要联动相关下游警报及安全防护措施，二级警报的触发便作为启动这些联动保护的信号。

与此同时，GDS系统一般与安全仪表系统（简称SIS系统）保持独立运作，两者之间存在显著的差异：在部署SIS系统过程中，必须严格对化工企业的设备及其相关工艺执行全面的风险评估与操作性分析（HAZOP），同时开展相应的LOPA保护层评估以及SIL等级的核算，以确立SIS系统的安全级别；而在LOPA保护层评估过程中，GDS系统通常被视作一个单独的保护层，不履行安全仪表的功能，亦无需关注故障安全等问题，而是着重于系统的整体可靠性和实用性。因此，GDS系统与SIS系统在设计和应用场合上有着明显的区别。另外，在生产线运行中，将GDS系统与SIS系统结合使用的情况并不多见，主要在尾气处理设备中有所应用，比如某些企业在尾气焚烧装置（RTO）的废气管道中安装可燃气体检测探头，确保进入焚烧炉的废气浓度处于安全界限内，一旦某进气管道的浓度超出预定标准，该SIS系统将联动关闭该管道的进气系统，以保障RTO设备的安稳运行。

3.3GDS系统的日常维护

在接收探测器发出的警报之后，必须立即核实警报的可靠性，深入探究警报的触发因素，切不可轻率地关闭警报。在核实警报现场时，必须至少有两人参与，并且必须穿戴适当的个人防护装备。对于警报信息的处理，应采用闭环管理模式，操作者和管理人员需详细记录警报及处理过程，并定期进行深入分析。记录的数据需保证真实、全面、精确，并采取技术和管理手段来根除泄漏源。警报阈值的设定必须依据设计文件，不得擅自更改。若确实需要调整警报阈值，必须遵循变更管理流程，并重新进行检验。当探测器被安装在户外环境中，需对蒸汽、雨水、雪、冰和尘埃等不利因素实施防护措施，确保探测器能够稳定运行。

需定期执行气体泄漏探测装置的常规检修，一般而言，检修频率不应超过每月一次；同时，应对检测装置的控制与警报部件的照明、警报及电路系统进行周期性审查，审查周期不宜超过三个月。当检测装置发生故障时，应指派仪表技术人员进行核实，并在故障期间制定相应的应急措施和安全防护对策。此外，应定期对气体探测与警报器及其系统进行运行中的测试，测试项目和周期如下：a）基准点检验，至少每6个月进行一次，或在常规检查发现基准点异常时；b）读数误差检验，至少每6个月进行一次，或在超量程检测后；c）反应时间检验，至少每6个月进行一次，或在超量程检测后；d）对气体警报系统进行全面功能检验，至少每6个月进行一次。对于正在使用的气体探测警报器，应定期进行校验或校准，最长周期不超过一年，且检定后的设备必须获得检定证明，校准后的设备应对校准结果进行审核，确认合格后才能继续使用。

结论

伴随着工商业对生产安全意识的日益增强以及相关需求的不断上升，气体泄露监测的设备与技术革新方向预计将会在维持预测准确度的前提下，进一步扩大对混合气体浓度预测功能的应用范围。作为危险化学物品企业在安全生产及突发事件应对中的关键防护环节，GDS系统有能力有效防止因气体泄露导致的安全事故，确保企业生产安全及员工生命财产不受威胁，我们必须保证其在化工领域常规作业中，能够发挥其不可或缺的作用。

参考文献

[1]范云.化工事故防范与应急管理[J].安全与环保，2019，（3）：56-60.

[2]杨军.有毒气体泄漏事故后期管理技术研究[J].化学工程，2020，（6）：112-117.