工業(yè)氣體應(yīng)用中有毒有害氣體的檢測(cè)方法

工業(yè)氣體應(yīng)用廣泛，特別是在電子工業(yè)里，工業(yè)應(yīng)用中有毒有害氣體檢測(cè)目前普遍使用氣體檢測(cè)儀，氣體檢測(cè)儀的應(yīng)用關(guān)鍵部件是氣體傳感器。

 

氣體傳感器從原理上可以分為三大類(lèi)：

 

A） 利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如半導(dǎo)體式（表面控制型、體積控制型、表面電位型）、催化燃燒式、固體熱導(dǎo)式等。

 

B） 利用物理性質(zhì)的氣體傳感器：如熱傳導(dǎo)式、光干涉式、紅外吸收式等。

 

C） 利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質(zhì)式等。

 

根據(jù)危害，我們將有毒有害氣體分為可燃?xì)怏w和有毒氣體兩大類(lèi)。

 

由于它們性質(zhì)和危害不同其檢測(cè)手段也有所不同?？扇?xì)怏w是石油化工等工業(yè)場(chǎng)合遇到最多的危險(xiǎn)氣體，它主要是烷烴等有機(jī)氣體和某些無(wú)機(jī)氣體：如一氧化碳等。可燃?xì)怏w發(fā)生爆炸必須具備一定的條件，那就是：一定濃度的可燃?xì)怏w，一定量的氧氣以及足夠熱量點(diǎn)燃它們的火源，這就是爆炸三要素（如上左圖所示的爆炸三角形），缺一不可，也就是說(shuō)，缺少其中任何一個(gè)條件都不會(huì)引起火災(zāi)和爆炸。當(dāng)可燃?xì)怏w（蒸汽、粉塵）和氧氣混合并達(dá)到一定濃度時(shí)，遇具有一定溫度的火源就會(huì)發(fā)生爆炸。我們把可燃?xì)怏w遇火源發(fā)生爆炸的濃度稱為爆炸濃度極限，簡(jiǎn)稱爆炸極限，一般用%表示。實(shí)際上，這種混合物也不是在任何混合比例上都會(huì)發(fā)生爆炸而要有一個(gè)濃度范圍。

 

當(dāng)可燃?xì)怏w濃度低于LEL（最低爆炸限度）時(shí)（可燃?xì)怏w濃度不足）和其濃度高于UEL（最高爆炸限度）時(shí)（氧氣不足）都不會(huì)發(fā)生爆炸。不同的可燃?xì)怏w的LEL和UEL都各不相同（參見(jiàn)第八期的介紹），這一點(diǎn)在標(biāo)定儀器時(shí)要十分注意。為安全起見(jiàn)，一般我們應(yīng)當(dāng)在可燃?xì)怏w濃度在LEL的10%和20%時(shí)發(fā)出警報(bào)，這里，10%LEL稱。作警告警報(bào)，而20%LEL稱作危險(xiǎn)警報(bào)。這也就是我們將可燃?xì)怏w檢測(cè)儀又稱作LEL檢測(cè)儀的原因。

 

需要說(shuō)明的是，LEL檢測(cè)儀上顯示的100%不是可燃?xì)怏w的濃度達(dá)到氣體體積的100%，而是達(dá)到了LEL的100%，即相當(dāng)于可燃?xì)怏w的最低爆炸下限，如果是甲烷，100%LEL=4%體積濃度（VOL）.在工作中，以LEL方式測(cè)量這些氣體的檢測(cè)儀是我們常見(jiàn)的催化燃燒式檢測(cè)儀。它的原理是一個(gè)雙路電橋（一般稱作惠斯通電橋）檢測(cè)單元。在這其中的一個(gè)鉑金絲電橋上涂有催化燃燒物質(zhì)，不論何種易燃?xì)怏w，只要它能夠被電極引燃，鉑金絲電橋的電阻就會(huì)由于溫度變化發(fā)生改變，這種電阻變化同可燃?xì)怏w的濃度成一定比例，通過(guò)儀器的電路系統(tǒng)和微處理機(jī)可以計(jì)算出可燃?xì)怏w的濃度。直接測(cè)量可燃?xì)怏w的體積濃度的熱導(dǎo)式VOL檢測(cè)器也可以在市場(chǎng)上得到，同時(shí)，也已經(jīng)有了LEL/VOL合二為一的檢測(cè)器。VOL可燃檢測(cè)器特別適合于在缺氧（氧氣不足）的環(huán)境中測(cè)量可燃?xì)怏w的體積（VOL）濃度。

 

有毒氣體既可以存在于生產(chǎn)原料中，如大多數(shù)的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)（VOC），也可能存在于生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)的副產(chǎn)品中，如氨、一氧化碳、硫化氫等等。它們是對(duì)工作人員造成危害最大的危險(xiǎn)因素。這種危害不僅包括立即的傷害，如身體不適、發(fā)病、死亡等等，而且包括對(duì)于人體長(zhǎng)期的危害，如致殘、癌變等等。對(duì)于這些有毒有害氣體的檢測(cè)是我們發(fā)展中國(guó)家應(yīng)當(dāng)開(kāi)始引起充分重視的問(wèn)題。

 

表常見(jiàn)有毒有害氣體的TWA（8小時(shí)統(tǒng)計(jì)權(quán)重平均值）、STEL（15分鐘短期暴露水平）、IDLH（立即致死量）（ppm）和MAC（車(chē)間最大允許濃度）mg/m3。

 

有毒氣體 TWA STEL IDLH MAC

 

氨氣 (NH3) 25 35 500 30

 

一氧化碳(CO) 25 — 1500 30

 

氯氣 (Cl2) 0.5 1 30 1

 

氰化氫 (HCN) 10 4.7 50 0.3

 

硫化氫(H2S) 10 15 300 10

 

一氧化氮 (NO) 25 — 100 –

 

二氧化硫(SO2) 2 5 100 15

 

VOC* 50 100 — –

 

隨氣體種類(lèi)不同，其TWA、STEL、IDLH、MAC等值會(huì)有一定的不同 目前，對(duì)于特定的有毒氣體的檢測(cè)，我們使用最多的是專用氣體傳感器。它可以包括上。所列的所有氣體傳感器，也包括前兩章所介紹的光離子化檢測(cè)儀。其中，檢測(cè)無(wú)機(jī)氣體最為普遍、技術(shù)相對(duì)成熟、綜合指標(biāo)最好的方法是定電位電解式方法，也就是我們常說(shuō)的電化學(xué)傳感器。

 

電化學(xué)傳感器的構(gòu)成是：將兩個(gè)反應(yīng)電極–工作電極和對(duì)電極以及一個(gè)參比電極放置在特定電解液中（如上圖如示），然后在反應(yīng)電極之間加上足夠的電壓，使透過(guò)涂有重金屬催化劑薄膜的待測(cè)氣體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，再通過(guò)儀器中的電路系統(tǒng)測(cè)量氣體電解時(shí)產(chǎn)生的電流，然后由其中的微處理器計(jì)算出氣體的濃度。

 

目前，可以檢測(cè)到特定氣體的電化學(xué)傳感器包括：一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣、氯氣、氰氫酸、環(huán)氧乙烷、氯化氫等等。檢測(cè)VOC檢測(cè)器可以使用前章介紹的光離子化檢測(cè)器。氧氣也是在工業(yè)環(huán)境中，尤其是密閉環(huán)境中需要十分注意因素。一般我們將氧氣含量超過(guò)23.5%稱為氧氣過(guò)量(富氧)，此時(shí)很容易發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)；而氧氣含量低于19.5%為氧氣不足（缺氧），此時(shí)很容易發(fā)生工人窒息、昏迷以至死亡的危險(xiǎn)。正常的氧氣含量應(yīng)當(dāng)在20.9%左右。氧氣檢測(cè)儀也是電化學(xué)傳感器的一種。

 

目前在選擇有毒有害氣體檢測(cè)儀時(shí)的問(wèn)題：在我國(guó)，由于歷史和認(rèn)識(shí)上的原因，我們?cè)谶x用各類(lèi)檢測(cè)儀時(shí)存在的問(wèn)題還比較多，具體體現(xiàn)在：

 

1） 對(duì)可燃?xì)怏w的檢測(cè)重于對(duì)有毒氣體的檢測(cè)。

 

2） 對(duì)可能引起急性中毒氣體的檢測(cè)重于對(duì)可能引起慢性中毒的氣體的檢測(cè)。

 

由于眾多可燃?xì)怏w泄漏所引起的爆炸事故的血的教訓(xùn)，使人們對(duì)于可燃?xì)怏w檢測(cè)十分重視，可以講，任何一個(gè)石化、化工廠，絕大多數(shù)的危險(xiǎn)氣體檢測(cè)儀都是LEL檢測(cè)儀。但僅配備LEL檢測(cè)儀對(duì)于真正保護(hù)工人的安全和健康還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。 不可否認(rèn)的是，大多數(shù)的揮發(fā)性危險(xiǎn)氣體都是可燃?xì)怏w，但是，催化燃燒式的可燃?xì)怏w檢測(cè)儀（LEL）并不是對(duì)所有的可燃?xì)怏w檢測(cè)都是最佳選擇。它是專門(mén)為檢測(cè)甲烷設(shè)計(jì)的，而對(duì)其它物質(zhì)的檢測(cè)性能比較差。所以，它們可以檢測(cè)出的除甲烷以外的可燃?xì)怏w的下限濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于它們的允許濃度。

 

比如：對(duì)于苯、氨氣等危險(xiǎn)有毒氣體，單純使用可燃?xì)怏w檢測(cè)儀就是一個(gè)十分危險(xiǎn)的做法。比如，苯的爆炸下限是1.2%，它在LEL檢測(cè)儀上的校正系數(shù)是2.51，也就是說(shuō)，苯在一個(gè)用甲烷標(biāo)定的LEL檢測(cè)儀上的顯示的濃度只是其實(shí)際濃度的40%?。∵@樣，用LEL可以檢測(cè)到的苯的最低警報(bào)濃度是10%LEL=10%*1.2%*2.51=3.0*10-3，這個(gè)濃度同苯的允許濃度5*10-6相比要高近600倍!!。同樣，氨在LEL檢測(cè)儀上得到的警報(bào)濃度1.5*10-2也要比其允許濃度2.5*10-5高大約600倍。因此根據(jù)所檢測(cè)氣體的不同，選擇特定有毒氣體檢測(cè)儀要比單純選擇LEL檢測(cè)儀更加安全可靠得多。

 

另外，目前我們對(duì)于可以引起急性中毒的氣體，比如硫化氫、氰氫酸等的檢測(cè)較為重視，但對(duì)于可以引起慢性中毒的氣體，比如芳香烴、醇類(lèi)等的檢測(cè)重視不夠，其實(shí)后者對(duì)于工人健康和安全的危害絲毫不遜于可以引起急性中毒的氣體！它們可能引起癌變和其它的隱形病癥，影響工人的壽命和健康。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了認(rèn)識(shí)上的原因以外，以前市場(chǎng)上缺乏合適的、可以檢測(cè)較低濃度的有機(jī)氣體檢測(cè)儀也是一個(gè)重要的原因。隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展和人們健康認(rèn)識(shí)的提高，人們已經(jīng)不滿足于僅僅”高高興興上班來(lái)，平平安安回家去”，而是追求著更高的生活質(zhì)量和生活條件。人們不僅關(guān)心著今日的工作，更關(guān)心著明天—-退休以后的生活。

 

因此在工業(yè)衛(wèi)生和工業(yè)安全工作中要不斷地引入新觀念、新思路才能不僅要避免眼前的危險(xiǎn)發(fā)生，而更要注意避免日后悲劇的發(fā)生，所有這些，都需要通過(guò)法規(guī)制定和人們素質(zhì)的提高得到不斷地改善和提高。