試析可燃氣體測定儀的檢定

文/劉志遠 安乙丁

可燃氣體爆炸場所，是油庫（加油站）安全管理中的薄弱環節，在這一場所的監控中，可燃氣體測定儀是必不可少的測量安全手段，也是油庫（加油站）重要的安全測量儀表，它的正確合理使用，對油庫（加油站）安全監測和延長儀器的使用壽命，具有重要的意義。

1．油庫（加油站）所使用可燃氣體測定儀的種類

儀器從使用形態來分，分為網絡探頭式和手持移動式兩大類，網絡探頭式是由測量主機、網絡和探頭組成。安裝在各危險爆炸場所，對作業環境中的可燃氣體進行有效監控和報警，確保人員安全，設備良好運行。手持移動式是由作業人員佩帶，出入于危險爆炸場所，對作業環境中的可燃氣體進行有效監控和報警。這類測定儀以隔爆型為主，檢測數據以爆炸下限的百分比（LEL%）來顯示，個別進口儀器可同時顯示可燃氣體實際濃度百分比和爆炸下限百分比（LEL%）。

從使用的測量原理分為，1.催化燃燒熱式，利用可燃氣體在催化元件上的低溫氧化燃燒，引起電信號變化來測定可燃氣體濃度。2.熱導式，這種儀器多用于煤碳礦山，主要原理是利用烴類氣體（可燃氣體）與空氣的傳導之差來測定可燃氣體的濃度。3.光干涉式，主要原理是利用可燃氣體與空氣對光在氣室中的光程差的變化來測定可燃氣體的濃度。4.混合型，使用上述幾種原理組合在一種測量儀器中。催化燃燒式在測量可燃氣體濃度較低時反應快，響應時間短，熱導式在測量可燃氣體濃度較高時測量準確，可以準確反應實際濃度，所以將這兩種測量原理混合在一臺測量儀中。

在油庫（加油站）目前使用最多、實用效果比較好的是催化燃燒熱式可燃氣體測量儀。

2.可燃氣體測量儀所利用的測量原理及優缺點

2.1.1 催化燃燒式氣體測量儀

目前的催化燃燒熱式都是把燃燒熱量轉變成電阻來測量的。它應用了鉑絲線圈上加氧化鋁催化劑制成的載體催化元件作為燃燒熱量的傳感元件，這種元件對烴類可燃氣體具有催化燃燒作用。鉑絲線圈通過電流加熱使元件表面達到一定的工作溫度。當它接觸可燃氣體時，便發生無焰燃燒的熱效應，致使鉑絲電阻值因溫度升高而增大，鉑絲電阻的變化與可燃氣體濃度成正比，如下式：

K——元件特征系數

R——催化元件在工作溫度下電阻值

a——鉑絲電阻溫度系數

α——催化元件熱量轉換系數

Q——可燃氣體1m ol分子燃燒熱

C——催化元件熱容量

ΔR——電阻變化量

X——待測可燃氣體濃度。

當元件的材料、形狀和結構一定，K是常數時，催化元件的電阻變化量ΔR與可燃氣體濃度X成正比。

2.1.2 元件的輸出特性

元件與不同濃度的可燃氣體（CH4）輸出特性見圖1，在0～5%（甲烷氣體最小爆炸下為5%）。電橋輸出信號是與甲烷濃度呈線性關系，當甲烷濃度在9.5%處時，曲線出現拐點，以后隨著甲烷濃度的增大，曲線不斷下降，這是由于高濃度甲烷氣樣中缺氧，燃燒不完全造成的。

圖1 載體催化元件的輸出特性曲線

2.2 熱導式可燃氣體測定儀

它是利用熱傳導的原理。可燃氣體濃度的變化對應著一定的熱導率。測量這個熱導率的變化量，就可以測知可燃氣體的含量。一般原理是通過熱元件起傳感作用，將混合氣體中可燃成份含量的變化所引起總熱導率的變化量轉換成電阻的變化量，使電橋橋路失衡產生信號輸出。信號大小與可燃氣體濃度有關，從而實現檢測與報警。

3.油庫在實際使用過程中存在的問題

3.1 未按檢定周期進行檢定

JJG693—2004《可燃氣體檢測報警器》中要求進行三次控制。首次檢定、后續檢定和使用中的檢驗，儀器的檢定周期一般不超過1年，儀器出現非正常振動，或者作業人員對顯示值有懷疑，以及更換主要元件后，應隨時送檢。在調查10個油庫、25臺不同型號的可燃氣體測定儀時，發現均沒有按周期進行檢定。甚至個別測量儀未進行過任何形式的檢定，就投入了實際使用。

3.2 使用年限過長

目前在油庫（加油站）使用可燃氣體測定儀，基本是以催化燃燒式測量為主。它所使用的原件由鉑絲、三氧化二鋁載體，鉑鈀釷催化劑組成，這種元件的活性使用有一定的“壽命”，一般使用4至6年，活性失效后，應更換這種測量元件。在調研中發現，所使用的可燃氣體測量儀，有15年前購置的如今還在使用，較新的也達10年之久，從未更換過催化燃燒的活性元件。

3.3 測量儀表讀數混亂

可燃氣體分子測量，目前所使用的有自主吸入分子式和分子擴散式。儀表顯示氣體分子濃度的方式有：最低爆炸濃度百分比（LEL%）和實際百分比濃度。它的不足是容易造成作業人員對儀表顯示的讀數理解方面的困難，當爆炸危險氣體濃度已經超標時，還不能夠引起警覺，起不到安全報警的作用。使用時沒有校準調零和定期送檢標定，缺乏科學操作常識，損傷儀器，縮短壽命。

3.4 測量儀表沒有使用校準系數

油庫所使用的可燃氣體測定儀，因生產廠家不同，所以生產工藝也不同。不同廠家采用不同的標準氣體進行標定、校準。標準氣體不同，最低爆炸氣體濃度也就不同，因廠家所提供的最低爆炸氣體濃度百分比（%LEL）不同，表盤所顯示的測量數據就不同。在實際工作中發現，不同廠家生產的可燃氣體測定儀，在相同的被測環境中得出了不同的結果，結論相差較大，這就需要使用校準系數進行修正。沒有校準系數，會造成“有警不報、無警亂報”的現象，產生不安全隱患。

4.可燃氣體測定儀的檢定

4.1 氣體標準物質的選擇

標準物質可以通過以下手段得到。1.化學反應法：如CO，是由甲酸滴入濃硫酸中，加熱，通過氫氧化鈉溶液水洗，得到CO，控制甲酸反應量，即可以得到所需要的標準CO濃度。此種方法多用于有毒氣體。2.靜態配氣法：有大瓶子配氣法、注射器配氣法、塑料袋配氣法等。3.動態配氣法。即連續不斷的配制和供給一定濃度的標準氣體。有鋼瓶氣動態配氣法，直接購買國家計量行政部門批準的不確定度小于或等于2%（k=3）的有證氣體標準物質，由壓縮空氣或高純氮氣（不適合于催化燃燒熱式測定儀）作為稀釋氣體進行稀釋，得到所需濃度標準氣體（10－8～10－2），所配制的標準氣體濃度，可用改變稀釋氣體及標準氣體濃度比進行調節，可按下式計算：

式中：Z——所配標準氣體的濃度（ppm）

μ——鋼瓶標準氣的濃度（ppm）

Qs——鋼瓶標準氣流量（L／m in）

Qa——稀釋氣體的流量(L/m in)

JJG 693－2004中對標準物質的獲取，推薦使用動態配氣法，要求在配氣過程中：流量范圍（10～5000）m l/m in，流量示值誤差在0.5%范圍內。

4.2 可燃氣體測定儀的檢定內容

JJG693－2004中對可燃氣體測定儀要求進行首次檢定，后續檢定，使用中檢驗。檢定的項目有：外觀及通電檢查、絕緣電阻、示值誤差、響應時間、報警誤差、重復性、漂移等七項具體內容，見表1。

表1 可燃氣體測定儀檢定內容

4.2.1 外觀及通電檢查

此項目主要是通過目測及通電手動進行，是否符合出廠說明書（使用手冊）的要求

4.2.2 絕緣電阻測定

此項目是首次使用時，所需要進行的檢定內容。在不通電的情況下，由絕緣電阻測量儀在500V下進行測量。

4.2.3 示值誤差檢定

在示值誤差檢定之前，首先對測定儀表進行校準，即零點校準和示值校準；接通電源讓儀器穩定后用清潔空氣調準儀器零點，然后用濃度約為60%LEL的標準氣體進行示值。再在10%LEL、40%LEL、60%LEL三個點用標準氣體中進行檢點，每點做三次，按下式進行計算，取絕對值最大的為示值誤差

C0——通入儀器的標準值

R——儀器滿量程

注意：由于儀器不是采用統一的標準生產的，儀器的規格、型號、種類各不相同，對儀器的示值誤差進行檢定時，應按照該種型號的儀器使用說明書的要求，在規定的流量下進行檢定，流量須穩定。

4.2.4 重復性檢定

此項目要求儀器在正常的工作狀態下，校準好零點，再用40%LEL的標準氣體，檢定6次，最終采用相對標準偏差為重復性數值。

4.2.5 儀器報警誤差、漂移的檢定

儀器的報警是根據用戶的不同需要而人為設置的，一般以50%LEL為報警值，檢定時在此點通入大于1.1倍報警設定點濃度的標準氣體，以平均相對誤差做為儀器的報警誤差。

儀器的漂移檢定包括零點漂移和量程漂移。

在正常工作條件下，對固定式儀器連續運行6h，每間隔1h記錄儀器的零點值為Zi，通入60%LEL標準氣體，記錄儀器穩定示值Si；對便攜式儀器連續運行1h，與固定式相同，每間隔10m in試驗并記錄讀數一次，零點漂移按下式方法計算：

取絕對值最大的為儀器的零點漂移。

量程漂移按下式方法計算：

取絕對值最大的為儀器的量程漂移。完成對可燃氣體測定儀的檢定工作。

4.2.6 響應時間的檢定

此項目是檢定催化燃燒熱元件的活性，響應時間是儀器示值由零值升至檢定應達到的穩定示值的90%處所需時間。測量3次，取其平均值作為響應時間。測定響應時間時通氣流量要穩定均勻，每次儀器示值必須回零。

在危險爆炸場所使用可燃氣體測定儀，可以有效地監控可燃氣體濃度，減少事故，保護作業人員安全，但也應該充分了解和掌握它的使用規律和特點。