隨著工業(yè)化的發(fā)展，有毒有害氣體已經(jīng)成為我們在生產(chǎn)和生活中不得面對的危險來源。包括石化企業(yè)、化工行業(yè)、環(huán)保應(yīng)急事故、恐怖襲擊、危險品儲運、垃圾填埋乃至城市污水處理、各類地下管線等等各個方面，我們可能在不知不覺中就會受到危險氣體的威脅。
以人為本的觀念需要我們隨時隨地關(guān)心我們的健康和安全，各類泄漏爆炸又不斷造成社會危機和公共財產(chǎn)的破壞。然而，各類氣體的檢測永遠(yuǎn)是一項復(fù)雜的工作，選擇一個合適的氣體監(jiān)測儀就更加困難。根據(jù)ISC(Industrial Scientific)公司在世界各地(包括中國)幾十年氣體檢測的經(jīng)驗經(jīng)驗，我們匯編了這個選擇指南，使讀者對用于氣體監(jiān)測的各種傳感技術(shù)有所了解。而對不同的儀器類型的介紹將有助于用戶選擇一個最適合的氣體監(jiān)測器。
目前，較為常見的用于現(xiàn)場檢測氣體傳感器類型包括：電化學(xué)傳感器、紅外傳感器、催化燃燒傳感器、光離子化檢測器、固態(tài)傳感器，半導(dǎo)體傳感器等。
所有的氣體傳感器技術(shù)都是借助于氣體本身的物理或者化學(xué)性質(zhì)，通過光電技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為可被電子線路處理、放大、傳輸?shù)碾娦盘?。因此，作為相對檢測技術(shù)，所有的氣體監(jiān)測儀器都必須經(jīng)常用標(biāo)準(zhǔn)濃度的氣體進行標(biāo)定。同時，盡管這些傳感器的制造越來越精致，但它們還會由于本身原理的局限而無法達到分析儀器的性能指標(biāo)，還難以作為氣體定量分析儀使用，它們的氣體濃度讀數(shù)最好的應(yīng)用是用做指出所在場所安全與否。但無論如何，這類傳感器所提供的相關(guān)的氣體濃度還是會在安全、環(huán)保以及公共衛(wèi)生方面起著重要的作用。作為現(xiàn)場安全儀器，這類氣體監(jiān)測儀會在有害氣體存在時實時檢測出濃度值，并在其超過一定限度時，立即發(fā)出警報指導(dǎo)人們行動。為了適應(yīng)不同用途，這類儀器一般采取便攜式或固定式的方式，具有操作簡單、維護方便、價格合理等特點。
迄今為止，還沒有對某種氣體特效的氣體傳感器。如果需要更高的選擇性則還是使用分析儀器?，F(xiàn)在用于氣體監(jiān)測的分析儀器很多，比如：付立葉變換紅外、氣相色譜和質(zhì)譜等等。這些儀器可以提供最為準(zhǔn)確的和高選擇性的氣體濃度數(shù)據(jù)。但是它們一般都比較昂貴，并且由于維護費用較高、響應(yīng)時間較長、體積較大、操作繁瑣、不能即時反映現(xiàn)場濃度等等而不太適合于現(xiàn)場氣體監(jiān)測。而作為試驗室氣體監(jiān)測儀器，它們往往充當(dāng)最后的評判。
危險氣體的檢測是一個系統(tǒng)的管理工程，我們需要在認(rèn)識各類有害氣體的發(fā)生、發(fā)展、存在的基礎(chǔ)上確定需要檢測的氣體，選擇合適的檢測器以保障各類人員及工礦企業(yè)的安全。
密閉空間(包括反應(yīng)罐、油罐、缺乏良好通風(fēng)的車間、地下管道、地下排水溝、地下儲藏罐、船艙等等)是需要進行有害氣體檢測的重要場所。任何即將進入和已經(jīng)進入密閉空間進行工作的人員都必須時時刻刻地監(jiān)測工作場所內(nèi)部的有毒有害氣體的濃度，而這些危險組份既可能在工人進入密閉空間之前就已產(chǎn)生存在，或者由于他們在其間的活動形成。絕大多數(shù)的事故發(fā)生都在于缺乏工人進入密閉空間之前和在其中工作過程中對于危險氣體的檢測。
石油化工和其他化工企業(yè)是有毒有害氣體存在較為普遍的場所，從原材料、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品儲運等各個方面都會發(fā)生易燃易爆氣體、有毒有害氣體的發(fā)生和泄漏。
隨著工業(yè)品的廣泛應(yīng)用，環(huán)境應(yīng)急事故的處理也越來越多地擺在各級政府、事故處理隊伍的面前。如何在事故發(fā)生之前對有毒有害氣體進行監(jiān)控、在事故發(fā)生過程中對有毒有害氣體進行跟蹤，在事故發(fā)生后對環(huán)境和人員殘留進行檢測，這也是氣體監(jiān)測儀器在環(huán)境應(yīng)急事故中的最基本的應(yīng)用。
美國911恐怖襲擊以后，人們對于恐怖分子的作案手段變得草木皆兵，生化威脅也在全球造成了極大的恐慌。日本地鐵沙林毒氣就是這種威脅的一個實際例子，當(dāng)時由于缺乏必要的氣體監(jiān)測設(shè)備，人員恐慌造成的死亡人數(shù)大大高于由于氣體毒害在造成的死亡人數(shù)。因此，必要的合適的氣體檢測技術(shù)已經(jīng)深入到我們生活的方方面面。
有毒有害氣體的檢測原理與分類
對于各類不同的生產(chǎn)場合和檢測要求,選擇合適的氣體檢測儀是每一個從事安全和衛(wèi)生工作的人員都必須十分注意的。這里我們將就一些具體情況做一介紹,供大家參考。
確認(rèn)所要檢測氣體種類和濃度范圍:
每一個生產(chǎn)部門所遇到的氣體種類都是不同的。在選擇氣體檢測儀時就要考慮到所有可能發(fā)生的情況。如果甲烷和其它毒性較小的烷烴類居多,選擇LEL檢測儀無疑是最為合適的。這不僅是因為LEL檢測儀原理簡單,應(yīng)用較廣,同時它還具有維修、校準(zhǔn)方便的特點。如果存在一氧化碳、硫化氫等有毒氣體,就要優(yōu)先選擇一個特定氣體檢測儀才能保證工人的安全。如果更多的是有機有毒有害氣體,考慮到其可能引起人員中毒的濃度較低,比如芳香烴、鹵代烴、氨(胺)、醚、醇、脂等等,就應(yīng)當(dāng)選擇前章介紹的光離子化檢測儀,而絕對不要使用LEL檢測器應(yīng)付,因為這可能會導(dǎo)致人員傷亡。
確定使用場合:
工業(yè)環(huán)境的不同,選擇氣體檢測儀種類也不同。
A) 固定式氣體檢測議:
這是在工業(yè)裝置上和生產(chǎn)過程中使用較多的檢測儀。它可以安裝在特定的檢測點上對特定的氣體泄漏進行檢測。固定式檢測器一般為兩體式,有傳感器和變送組成的檢測頭為一體安裝在檢測現(xiàn)場,有電路、電源和顯示報警裝置組成的二次儀表為一體安裝在安全場所,便于監(jiān)視。它的檢測原理同前節(jié)所述,只是在工藝和技術(shù)上更適合于固定檢測所要求的連續(xù)、長時間穩(wěn)定等特點。它們同樣要根據(jù)現(xiàn)場氣體的種類和濃度加以選擇,同時還要注意將它們安裝在特定氣體最可能泄漏的部位,比如要根據(jù)氣體的比重選擇傳感器安裝的最有效的高度等等。
B) 便攜式氣體檢測儀：
由于便攜式儀器操作方便,體積小巧,可以攜帶至不同的生產(chǎn)部位,電化學(xué)檢測儀采用堿性電池供電,可連續(xù)使用1000小時;新型LEL檢測儀、PID和復(fù)合式儀器采用可充電池(有些已采用無記憶的鐮氫或鯉離子電池),使得它們一般可以連續(xù)工作近12小時,所以,作為這類儀器在各類工廠和衛(wèi)生部門的應(yīng)用越來越廣。
如果是在開放的場合,比如敞開的工作車間使用這類儀器作為安全報警,可以使用隨身佩戴的擴散式氣體檢測儀,因為它可以連續(xù)、實時、準(zhǔn)確地顯示現(xiàn)場的有毒有害氣體的濃度。這類的新型儀器有的還配有振動警報附件以避免在嘈雜環(huán)境中聽不到聲音報警,并安裝計算機芯片來記錄峰值、STEL(15分鐘短期暴露水平)和TWA(8小時統(tǒng)計權(quán)重平均值)為工人健康和安全提供具體的指導(dǎo)。
如果是進入密閉空間,比如反應(yīng)罐、儲料罐或容器、下水道或其它地下管道、地下設(shè)施、農(nóng)業(yè)密閉糧倉、鐵路罐車、船運貨艙、隧道等工作場合,在人員進入之前,就必須進行檢測,而且要在密閉空間外進行檢測。此時,就必須選擇帶有內(nèi)置采樣泵的多氣體檢測儀。因為密閉空間中不同部位(上、中、下)的氣體分布和氣體種類有很大的不同。比如:一般意義上的可燃?xì)怏w的比重較輕,它們大部分分布于密閉空間的上訊一氧化碳和空氣的比重差不多,一般分布于密閉空間的中慨而象硫化氫等較重氣體則存在于密閉空間的下部(如圖所示)。同時,氧氣濃度也是必須要檢測的種類之一。另外,如果考慮到罐內(nèi)可能的有機物質(zhì)的揮發(fā)和泄漏,一個可以檢測有機氣體的檢測儀也是需要的。因此一個完整的密閉空間氣體檢測儀應(yīng)當(dāng)是一個具有內(nèi)置泵吸功能以便可以非接觸、分部位檢測具有多氣體檢測功能以檢測不同空間分布的危險氣體,包括無機氣體和有機氣儂具有氧檢測功能防止缺氧或富輒體積小巧,不影響工人工作的便攜式儀器。只有這樣才能保證進入密閉空間的工作人員的絕對安全。
另外,進入密閉空間后,還要對其中的氣體成分進行連續(xù)不斷的檢測,以避免由于人員進入、突發(fā)泄漏、溫度等變化引起揮發(fā)性有機物或其它有毒有害氣體的濃度變化。
如果用于應(yīng)急事故、檢漏和巡視，應(yīng)當(dāng)使用泵吸式、響應(yīng)時間短、靈敏度和分辨率較高的儀器，這樣可以很容易判斷泄漏點的方位。在進行工業(yè)衛(wèi)生檢測和健康調(diào)查的情況時，具有數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計計算以及可以聯(lián)接計算機等功能的儀器應(yīng)用起來就非常方便。
目前，隨著制造技術(shù)的發(fā)展，便攜式多氣體(復(fù)合式)檢測儀也是我們的一個新的選擇。由于這種檢測儀可以在一臺主機上配備所需的多個氣體(無機/有機)檢測傳感器，所以它具有體積小、重量輕、相應(yīng)快、同時多氣體濃度顯示的特點。更重要的是，泵吸式復(fù)合式氣體檢測儀的價格要比多個單一擴散式氣體檢測儀便宜一些，使用起來也更加方便。需要注意的是在選 擇這類檢測儀時，最好選擇具有單獨開關(guān)各個傳感器功能的儀器，以防止由于一個傳感器損害影響其它傳感器使用。同時，為了避免由于進水等堵塞吸氣泵情況發(fā)生，選擇具有停泵警報的智能泵設(shè)計的儀器也要安全一些。
一、生產(chǎn)過程中常見的有毒、有害氣體介紹
在生產(chǎn)過程中對財產(chǎn)與人的健康、生命造成危害的因素大體上可以分為物理、化學(xué)與生物三方面。其中化學(xué)因素的影響危害性最大。而有毒有害氣體又是化學(xué)因素中最普遍、最常見的部分。所以本部分重點介紹有毒有害的氣體知識。
根據(jù)危害我們將有毒有害氣體分為可燃?xì)怏w與有毒氣體兩大類。有毒氣體又根據(jù)他們對人體不同的作用機理分為刺激性氣體、窒息性氣體和急性中毒的有機氣體三大類。
其中刺激性氣體包括氯氣、光氣、雙光氣、二氧化硫、氮氧化物、甲醛、氨氣、臭氧等氣體。刺激性氣體對機體作用的特點是對皮膚、黏膜有強烈的刺激作用，其中一些同時具有強烈的腐蝕作用。刺激性氣體對機體的損傷程度與其在水中的溶解度與作用部位有關(guān)。一般來說，水溶性大的化學(xué)物，如氯氣、氨氣、二氧化硫等對眼和上呼吸道迅速產(chǎn)生刺激作用，很快出現(xiàn)眼和上呼吸道的刺激癥狀;水溶性較小的化學(xué)物，如光氣、二氧化氮等，對下呼吸道及肺泡的作用較明顯。刺激性氣體造成的病變的嚴(yán)重程度除化學(xué)物本身的性質(zhì)外，最重要的是與接觸化學(xué)物的濃度和時間密切相關(guān)。短期接觸高濃度刺激性氣體，可引起嚴(yán)重急性中毒，而長期接觸低濃度則可造成慢性損傷。急性刺激性氣體中毒通常先出現(xiàn)眼及上呼吸道刺激癥狀，如眼結(jié)膜充血、流淚、流涕、咽干、咳嗽、胸悶等癥狀，隨后這些癥狀可減輕或消失，經(jīng)過幾小時至3天不等的潛伏期后癥狀突然重現(xiàn)，很快加重，嚴(yán)重者可發(fā)生化學(xué)性支氣管肺炎、肺水腫，表現(xiàn)為劇烈咳嗽、咯白色或粉紅色泡沫痰、呼吸困難、發(fā)紺等，可因肺水腫或并發(fā)急性呼吸窘迫癥等導(dǎo)致殘廢。
窒息性氣體包括一氧化碳、硫化氫、氰氫酸、二氧化碳等氣體。這些化合物進入機體后導(dǎo)致的組織細(xì)胞缺氧各不相同。一氧化碳進入體內(nèi)后主要與紅細(xì)胞的血紅蛋白結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，以致使紅細(xì)胞失去攜氧能力，從而組織細(xì)胞得不到足夠的氧氣。氰化氫進入機體后，氰離子直接作用于細(xì)胞色素氧化酶，使其失去傳遞電子能力，結(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞不能攝取和利用氧，引起細(xì)胞內(nèi)窒息。甲烷本身對機體無明顯的毒害，其造成的組織細(xì)胞缺氧，實際是由于吸入氣中氧濃度降低所致的缺氧性窒息。硫化氫進入機體后的作用是多方面的。硫化氫與氧化型細(xì)胞色素氧化酶中的三價鐵結(jié)合，抑制細(xì)胞呼吸酶的活性，導(dǎo)致組織細(xì)胞缺氧硫化氫可與谷胱甘肽的巰基結(jié)合，使谷胱甘肽失活，加重了組織細(xì)胞的缺氧另外，高濃度硫化氫通過對嗅神經(jīng)、呼吸道黏膜神經(jīng)及頸動脈竇和主動脈體的化學(xué)感受器的強烈刺激，導(dǎo)致呼吸麻痹，甚至猝死。
急性中毒的有機溶劑有正己烷、二氯甲烷等。上述有機揮發(fā)性化合物同以上無機有毒氣體一樣，也會對人體的呼吸系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)造成危害，有的致癌，比如苯。由于有機化合物大多為可燃的物質(zhì)，所以對于有機化合物的檢測以前大多檢測他的爆炸性，但有機化合物的最低爆炸極限遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的MAC(空間最大允許濃度)的值。也就是說，對有機化合物的毒性進行檢測是必要的，也是必須的。
可燃性氣體的危害主要是氣體燃燒引起爆炸，從而對財產(chǎn)與人的生命造成危害。但可燃?xì)怏w發(fā)生爆炸必須具備一定的條件。一定量的可燃?xì)怏w、足夠的氧氣與點燃的火源。以上三個條件缺一不可。通常將可燃?xì)怏w發(fā)生爆炸的氣體濃度稱為最低爆炸極限，一般用LEL表示。不同的可燃?xì)怏w具有不同的LEL。所以對于可燃?xì)怏w的檢測一般檢測它的LEL。
