目前我們對於有毒有害氣體的認識還更多地集中於可燃氣體、可以引起(qǐ)急性中毒的氣體(硫(liú)化氫、氰氫酸等)、以及某些常見的有(yǒu)毒氣體(一氧化碳)、氧氣等檢測儀上,因此,本文將首先著重介紹這類(lèi)檢測(cè)儀,並綜合目前的情況對各類有毒有(yǒu)害(無機(jī)/有(yǒu)機)氣體檢測儀(yí)的應用提出建議。 有毒有害(hài)氣體檢測儀的分類(lèi)和(hé)原理:
氣體檢測儀的關鍵部(bù)件是氣體傳感器。氣體傳感器從原理上可以分為(wéi)三大(dà)類:
A) 利用物理化學性質的氣體傳感器:如半(bàn)導體式(表麵控製型、體積(jī)控製型、表麵電位型)、催化燃(rán)燒式、固體熱導式等。
B) 利用(yòng)物理(lǐ)性質的氣(qì)體(tǐ)傳感器(qì):如熱傳(chuán)導式、光幹涉式、紅外吸收式等。
C) 利用電(diàn)化學性質的氣體傳(chuán)感器:如定電(diàn)位電(diàn)解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質式等(děng)。
根據危害,我們(men)將有毒有害氣體分為可燃氣體和有毒(dú)氣體兩大類。由於它們性質和危害不同,其檢(jiǎn)測手(shǒu)段也有所不同。可燃氣體是石油化(huà)工等工(gōng)業場合遇到最多的危險氣(qì)體,它主要是烷烴等有機氣體和某些無機氣體:如一氧化碳(tàn)等。
可燃氣體發生爆炸必須具備一定的條件(jiàn),那就(jiù)是:一定濃度(dù)的可燃氣體,一定量(liàng)的氧氣以及足夠熱量點燃它們的(de)火源,這就是爆炸三要(yào)素(如上左圖所示(shì)的爆炸三角形),缺一不可,也(yě)就是(shì)說,缺少其中任何一個條件都不會(huì)引起火災和爆炸(zhà)。
當可燃氣體(蒸汽、粉塵)和氧氣混合並達到一(yī)定(dìng)濃度時,遇具有一定溫度的火源(yuán)就會發生爆炸。我們把可燃氣(qì)體遇火源發生爆炸的(de)濃度(dù)稱為爆炸濃度極限,簡稱爆炸極限,一般用%表示。實際上(shàng),這種混合物也不是在任何(hé)混合比例上都會發生爆炸而要有一(yī)個(gè)濃(nóng)度範圍。如上右圖所(suǒ)示的陰影部(bù)分。當可燃氣體濃(nóng)度低於LEL(最低爆炸限度)時(可燃氣體濃度不足)和其濃度高於UEL(最高爆炸限度(dù))時(氧氣不足)都不會發生爆炸。不同的可燃氣體的LEL和UEL都各不相同(tóng)(參(cān)見第八期的介紹),這一(yī)點在標定儀器時要十分注意。為(wéi)安全(quán)起見,一般我們應當在可燃氣體濃度在LEL的10%和20%時發出警報,這裏(lǐ),10%LEL稱。作警告警報,而20%LEL稱作危險(xiǎn)警報。這也就是(shì)我們將可燃氣體檢測儀又稱作LEL檢測儀的原因。需(xū)要說(shuō)明的是,LEL檢測儀上顯示的100%不是可燃氣體的濃度達到(dào)氣體體積的100%,而(ér)是達到了LEL的100%,即相當(dāng)於可燃氣體的最低爆炸下限,如果是(shì)甲烷(wán),100%LEL=4%體積濃度(VOL).在工(gōng)作中,以LEL方式測量這(zhè)些氣體的檢測儀是我們常見的催化燃燒式(shì)檢測儀。它的原理是一個雙路電橋(一般稱作惠斯通電橋)檢測單元。在這其中的一個鉑金絲電橋(qiáo)上塗有催化燃燒物(wù)質,不論何種易燃氣體,隻要它能(néng)夠被電極引(yǐn)燃(rán),鉑金絲(sī)電橋的電阻就會由於溫度變化發(fā)生改變,這種電阻變化同可燃氣體的濃度成一定比例,通過(guò)儀器的電路係(xì)統和微處理機可(kě)以(yǐ)計算出可燃(rán)氣體的濃度(dù)。
直接測量可燃氣體的體積(jī)濃度的熱(rè)導式VOL檢測器也可以在市場上得到,同時,也已(yǐ)經有了LEL/VOL合二為一的檢測器。VOL可燃(rán)檢測(cè)器特別適(shì)合於在缺氧(氧氣不足)的環境中測量可燃氣體的體積(VOL)濃度。
有(yǒu)毒氣體既可以存在(zài)於生產原料中,如大多數的有機化學物質(VOC),也可(kě)能存在於生產過程的各個(gè)環節的副產品中,如氨、一氧(yǎng)化碳、硫化氫等等。它們是對工作人員造成危害最大的危險因素。這種危害不僅包括立即的(de)傷害,如身體不適、發病(bìng)、死亡等等,而且包括對於人體長期的(de)危害,如致殘、癌變等等。對於這些有毒有害氣體的檢測是我們發展中國家應當開始引起充分重視的問題。
表
常見有毒有(yǒu)害氣體(tǐ)的TWA(8小(xiǎo)時統計權重平均值)、STEL(15分鍾短期暴露水平)、IDLH(立即致死量)(ppm)和MAC(車間最(zuì)大允許濃度)mg/m3。
有毒氣體 TWA STEL IDLH MAC
氨氣 (NH3) 25 35 500 30
一氧(yǎng)化碳(CO) 25 -- 1500 30
氯氣 (Cl2) 0.5 1 30 1
氰化(huà)氫 (HCN) 10 4.7 50 0.3
硫(liú)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(suí)氣體種類(lèi)不同,其TWA、STEL、IDLH、MAC等值會(huì)有一定的不同 目前,對於特定的有(yǒu)毒氣體(tǐ)的檢(jiǎn)測,我們使用最多(duō)的是專用氣體傳感器。它可以包(bāo)括上麵。所列的所有氣體傳感器,也包(bāo)括前兩章(zhāng)所介紹的光離子化檢測儀。其中,檢測無機氣體最為普遍、技術相對成熟、綜合指標最好的方法是定電位電解式方法,也就是(shì)我們常說(shuō)的(de)電化學傳感器。電化學傳感器的構成(chéng)是:將兩個反應電極--工作電極和對(duì)電極以及一個參比電極放置在(zài)特定電解液(yè)中(zhōng)(如上圖如示),然後在反應電(diàn)極之(zhī)間加(jiā)上足夠的電壓(yā),使透過塗有重(chóng)金屬催化(huà)劑薄膜的待測氣體進行氧化還(hái)原反應,再通過儀器中的電路係統(tǒng)測量氣體電解時產生的電流,然後由其中的微(wēi)處理器計算出氣體的濃度。
目前(qián),可以檢測到特定氣體的電化學(xué)傳感(gǎn)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(qíng)氫酸、環氧乙(yǐ)烷、氯化氫等等。 檢測VOC檢(jiǎn)測 器可以使用前章介紹的光離子化檢測器。氧氣也是在工業環境中,尤其是密(mì)閉環境中需要十分(fèn)注意(yì)因素。一般我們(men)將氧氣含量超過23.5%稱為氧氣過量(富氧(yǎng)),此時(shí)很容易發生爆(bào)炸的危險;而氧氣含量(liàng)低於19.5%為氧氣(qì)不足(缺氧),此時很容易發生(shēng)工人窒息、昏迷以至死(sǐ)亡的危險。正常的氧(yǎng)氣含量(liàng)應當在20.9%左右。氧氣檢測儀也是電化(huà)學傳感器的(de)一種。 目前在選擇有毒有害氣體檢測儀時的問題:
在(zài)我國,由於曆史(shǐ)和認識上的原因,我們在選用各類檢測儀時存在的問題還比較多,具體(tǐ)體現在: 1) 對可燃氣體的檢測(cè)重於對有毒氣體的檢測。 2) 對可能引起急性(xìng)中毒氣體的檢測重於對可能引起慢性中毒的氣體(tǐ)的檢測。
由於(yú)眾多可燃氣體泄漏所引起的爆炸事故的血的教訓,使(shǐ)人們對於可燃氣體檢測十分(fèn)重視,可以講,任何一個石化、化工(gōng)廠(chǎng),絕大多數的危險氣體檢測儀都是LEL檢測儀。但僅配(pèi)備LEL檢測儀對於真正保護工人的安全和健康還(hái)是(shì)遠遠(yuǎn)不夠的。
不可否認的是,大多數(shù)的揮發性危險(xiǎn)氣體都是可(kě)燃氣體,但(dàn)是,催化燃燒式的可燃氣體檢測儀(LEL)並(bìng)不是對所有(yǒu)的可燃氣體檢測都是最佳(jiā)選擇。它是專門為檢測甲(jiǎ)烷設計的,而對其它物質的檢測性能比較差。所以(yǐ),它們可以檢測出的除甲烷以(yǐ)外的可燃氣體的下限濃度要遠遠高於(yú)它們的允許濃度。比如:對於苯、氨氣等危(wēi)險有毒氣體,單純使用可燃氣體檢測儀就是一個十分危險(xiǎn)的做法。比如,苯的爆炸下限(xiàn)是1.2%,它在LEL檢測儀上的校(xiào)正係數是(shì)2.51,也就是說,苯在一個用甲烷標定的LEL檢測儀上的顯示的濃度隻是其實(shí)際濃度的40%!!這樣(yàng),用LEL可以檢(jiǎn)測(cè)到的苯的最低警報濃度是10%LEL=10%*1.2%*2.51=3.0*10-3,這個濃度同苯的允許濃度5*10-6相比要(yào)高近600倍!!。同樣,氨在LEL檢(jiǎn)測儀上得到的警報濃度1.5*10-2也要比(bǐ)其允許濃度(dù)2.5*10-5高大約600倍。因此(cǐ)根據所檢測氣體的不同,選擇特定有毒氣體檢測儀要比單純選擇LEL檢測儀更加安(ān)全可靠得多。
另外,目前我們對於可以引起(qǐ)急性中毒的氣體,比如(rú)硫化氫、氰氫酸等的檢測較為重視,但對(duì)於可以引起慢性中毒(dú)的氣體,比如芳(fāng)香烴、醇類等(děng)的檢測(cè)重視不夠,其(qí)實後者對於工人健康和安全的危害絲毫不遜於可以引起急性中(zhōng)毒的氣體!它們可能引起癌(ái)變和其它的隱形病症,影響工(gōng)人的壽命和健康(kāng)。這種現象的出現,除了認識上的原因以外,以前市場上缺(quē)乏合適的、可以檢測較低濃度的(de)有機氣(qì)體檢測儀也是一個重要的原因(yīn)。
隨(suí)著科(kē)學技術水平(píng)的發展和人們健康認識的(de)提高,人們已經不滿足於僅僅"高高興興上班來,平平安安回(huí)家去",而是追求著更高的生活質(zhì)量(liàng)和生活條件。人們不僅關心著今日的工作,更關心著明天----退休以後的(de)生活。因此在工(gōng)業衛生和工業(yè)安全工作中(zhōng)要不斷地引入新觀念(niàn)、新思路才能不僅要避(bì)免眼前(qián)的危(wēi)險發生,而更要注意避免日後(hòu)悲劇的發生,所有這些,都需要通過法規製定和人們素質的提高得(dé)到不斷地(dì)改(gǎi)善(shàn)和提(tí)高。我(wǒ)們將在下節內容中探(tàn)討如何選擇和維護(hù)各類有毒有害氣體傳感(gǎn)器。


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