1、文献综述研究方向：化工过程气体泄漏监测学 号： Z14040376 学科专业： 安全工程 年 级： 研 14 级 姓 名： 张荷 指导教师： 赵东风 报告时间： 2015 年 9 月 4 日 中 国 石 油 大 学（华东）1.研究背景及意义石化行业关系国计民生，是国民经济的支柱产业。从 20 世纪 70 年代开始，石化行业迅速发展。然而，随着现代化工业生产发展的越来越迅速，安全问题也日益凸显。在生产过程中时有泄漏，潜在危险性大，尤其是易燃易爆、有毒有害气体的泄漏，进一步增大了其危险性。这些危险的泄漏气体将会在气体本身的扩散性、外部风力以及内部浓度梯度的共同作用下，扩散到泄漏点的周围，在泄漏点周
2、围形成危害地带，如遇明火或其他能引起燃烧和爆炸的因素，就会在危害地带形成燃烧或爆炸，从而影响人们的生命和财产安全。这些已都普遍的为人们所深刻的认识到，而这个深刻的认识是以许多泄漏事故引起的爆炸和燃烧所造成的悲惨代价换来的。比如，建峰化肥厂氨气提纯塔是斯那姆氨气提尿素工艺的核心设备，2000 年 4 月 19 日该设备上管箱衬里发生泄漏事故，随即装置全线停车进行查漏，造成很大经济损失；石家庄化纤厂曾经发生过烟酸储罐泄漏的事件，不但造成生产设备停产，造成了重大经济损失，而且，所泄漏出的二氧化硫和三氧化硫等气体对周围环境造成了极大的损坏；就在 2004 年，也连续发生多起化工泄漏事件，4 月 16
3、日凌晨，重庆天原化工总厂发生氯气泄漏事故，导致 7 人死亡 15 万居民被疏散。又如重庆开县的 “12. 23”特大井喷事故，该事件死亡 243 人，中毒 2000 多人，数万人流离失所 02。因此，发展新型气体泄露检测技术和仪器，及时有效地检测出气体泄露及其位置，同时将气体传感器安装在合理位置，及时有效的检测有毒有害气体含量，及早诊断泄漏的发生；另一方面，将泄漏诊断与保护系统联系起来构成自反馈，使保护系统在气体到达危险程度之前动作消除潜在危险，来避免重大事故的发生具有重要意义。2.国内外研究现状(1)泄漏检测报警技术人们从上世纪 70 年代起，不断研究和改进泄漏检测技术，该项技术在管道检测中
4、得到广泛使用 3。在研究和改进过程中，人们釆用了多种新方法，从最初仅仅依靠人力，采用顺着分段管线巡视、敲击的原始方法，随着社会的发展和科技的进步，软、硬件系统被开发和广泛应用到生活的各个领域，人们将二者结合起来，形成新的检测方法，丰富了检测手段 4，人们将其运用到泄漏检测中来，该方法有效提高了检测灵敏度，提升了定位准确性，增强了安全系数。1991 年，基于美国机构及高校对于管道漏磁检测技术的研究，神经网络技术成为检测管道泄漏问题的新方法 5。1997 年，国内高校天津大学在研究将模式识别技术应用于检测管道泄漏方面取得成功 6。该技术将泄漏时压力波的特征提取出来，作为甄别的依据，使用分段积分法对
5、负压描述，该技术能自动过滤人为调试对检测结果产生的影响 TraceTek 系统由 Raychem 公司幵发设计，是被用来检测液体泄漏情况的，该系统主要由两部分组成，分别是液体泄漏检测感应线缆以及报警控制器。该系统工作时，当感应线缆与泄漏液体接触产生信号，该信号被传送至报警控制器，报警灯亮并报警。利用系统中的微处理器，操作人员可观察到泄漏发生位置。正常状态下绿灯亮，表示安全；黄灯亮，则提示线缆出故障，应及时维护。当泄漏点故障排除后，线缆恢复正常状态，报警灯灭，报警器继续扫描监视 7。美国 OILTON 公司设计了机载红外线技术。该技术是将航天用精密红外摄像机安装在直升机上，直升机沿管线飞行，将输
6、送油料管道与周边土壤的细微温差成像对比，判读是否存在油料泄漏。例如美国一家公司，用装配红外摄像装置的直升机，以每小时 160 公里的速度沿管道飞行，输油管道周围一些不规则的地热辐射被摄像装置记录下来，利用光谱分析定位较小的泄漏位置。前苏联曾在飞行速度快的直升机上装载远距离激光分析仪，用摄像机记录了天然气管道沿线，大小仅为几米的气体云，而这些气体云的乙焼体积分数仅仅为1%。该技术适用于检测长管道微小泄漏 8。（2）气体泄漏检测报警系统气体泄漏报警装置起源于矿井探测，最早的代表是 Davy 灯，该种可燃气体指示器的发明，有效保障了矿工们的安全。1927 年，奥利弗约翰逊年提出一种机理，该机理称利用
7、可燃性气体，能在一根销丝上催化燃烧，约翰逊利用该机理发明了便携式可燃气体检测器，并且直至今日该机理仍被应用在大部分密闭空间检测过程中。I960 年，出现了第一代电化学式氧气传感器 9，使得便携式仪器可以实时检测氧气。随着科技的发展，危害性气体检测技术从单一应用，向网络化、集成化发展，在很多方面获得了突破，发展为多领域、多学科交叉的一种检测技术。合肥工业大学李励涛，余晓芬等，设计了基于家用环境内有毒气体监测网络，釆用传感器釆集信号及网络进行数据收发和处理，检测环境中的气体浓度 10。气体检测按照其检测的原理可分为，一般可燃气体检测有催化燃烧型、半导体型、热导型和红外线吸收型等，有毒气体检测有电化
8、学型、半导体型等，氧气检测有电化学型等。根据其使用方式的不同，气体检测仪表一般分为携带式和固定式两种类型 11。其中，固定式装置多用于连续监测报警，携带式多用于携带检查泄漏和事故预测。根据工业生产环境，尤其是对于石油化工场所防爆安全的要求，气体测量仪表有常规型和防爆型之分。其中，防爆型多制成固定式，用在危险场所进行连续安全监测。目前，全球有上百家企业从事气体报警仪的设计与幵发工作，幵发了成百上千种规格的产品，比较著名的外国企业由德国德尔格、日本新宇宙，日本理研、法国奥德姆、英国 DETTROICS、美国 GASTENT、瑞士 S+M 传感器和检测技术设备等公司 12，但这些产品的检测对象，以可
9、燃性气体、危害性气体和氧气这三类为主，从检测原理上分为半导体式 13、催化燃烧式 14、热导式 15、光谱吸收 16、PIDS (光离子化）等。从产品结构和检测方法上分为三类：袖珍式、便携式和固定式。固定式监测仪，用于实时在线监测，安装与可能产生的危险事故现场，实现实时监测报警，其检测方法以扩散法为主。随着气体检测研究的深入，人们对于气味的检测越来越受到人们的关注与重视，从而提出了新的研究分支。对于气味的检测仅仅采用单一的传感器是远远不够的，这需要用多个传感器进行信息融合进行判断。对这方面的研究可以称之为电子鼻技术 15。电子鼻将仿生学、传感技术、信号处理、模式识别和计算机科学等多种学科交融于
10、一身，模仿生物感官一鼻子的功能，能鉴别和判断带有气味的各种样品，包括气体、液体和固体的物质。与其他常规仪器分析方法如气相色谱相比，样品无须前处理，因此基本上不用任何有机溶剂，被认为是一种新颖的“绿色”仿生检测技术 15。人类对化学传感器的探索最早可追溯到 19 世纪末 16。在 20 世纪中叶，人们将重点放在该类传感器的基本理论方面和实际应用研究上，经过多年研宄，1967 年，日本 Figaro 公司率先将金属氧化物半导体（Sn02)气体传感器商品化。而认识到单个传感器的作用十分有限，从而开展电子鼻研究则是近十几年的事。1982 年，英国学者 Persuad 不日 Dodd用 3 个商品化的
11、SnO2:气体传感器（TGS813，812，711)模拟哺乳动物嗅觉系统中的多个喚感受器细胞对戊基酷酸酷、乙醇、乙醚、戊酸、梓檬油、异茉莉酮等有机挥发气进行了类别分析 17”，为电子鼻研究幵创了先河。从那时起，人们不断探索用电子鼻测定简苹成分有机和无机气体的类别和浓度；确定酒、卷烟、咖啡的类别和产地 18-21;监测环境空气质量诊断疾病 22等等。“电子鼻”这个技术术语直到 80年代初期才在某些科技文献中出现，当时并没有明确统一的定义。1989 年在北大西洋公约组织（North Atlantic Treaty Organization,简称 NATO)的一次关于化学传感器信息处理会议上对电子鼻
12、做了如下定义：“电子鼻是由多个性能彼此重叠的气体传感器和适当的模式分类方法组成的具有识别单一和复杂气味能力的仪器” 23。目前，电子鼻技术己在医学、食品工业、环境保护、军事上获得了广泛的应用 23。综上分析，我们可以得知：气体检测技术已经比较成熟，国外与国内相比，对于气体检测技术的研究起步早且研究深入 24，但即使是成熟产品都存在一定缺陷：如价格偏高、体积大不易装卸、功耗高、组网不灵活、无法实时通讯、检测灵敏度偏低、操作难度高等缺点。3.常用气体检测技术气体检测，可以分成主动检测和被动检测。主动检测的方法，是将要进行检测的气体吸入某个密闭空间，通过一些物理、化学方法对气体的内部成份进行分析、检
13、测。主动检测有光谱分析法、气相检测法等检测方法。被动检测的方法，是一种检测元件被动的与气体进行接触，并产生将因此而产生的物理、化学反应变成电信号，多用于环境的监测或报警信号的产生。实际上，在工业环境中，最常见的检测方法还是利用气体传感器进行气体泄漏的检测与报警。下面介绍几种主动式气体检测方法 25。（1）红外光谱吸收法：各种气体分子都存在自身特有的特征吸收频带，因而在相应的特征频率红外光谱上，红外光被气体分子吸收 26,27。用滤波器可使探测器调谐到指定的气体，如 CO2或者 CO 的特征吸收频带上，通过检测气体红外吸收光谱信号，通过一定算法的分析处理，来检测得到气体浓度。（2）电化学电池：利
14、用气体分子在输入电极被电离，产生的离子电流正比于气体浓度原理，来检测目标气体浓度，这种方法被称为电化学电池气体检测技术。这种类型的电化学电池已经被广泛地应用于探测各种危险气体领域。不过，通常电化学电池的寿命都比较短，一般只有 1-3 年，并且容易因环境或短时间内高浓度目标气体，引起电化学电池中毒而失去对危险气体响应能力。另外，电化学电池式气体探测技术的一个非常大的缺点是电极上积累的灰尘将使探测器的响应速度变慢。(3)金属氧化物：通常情况下，金属氧化物 SnO2、Fe 2O3以及 WO3等在高温(150-500)环境下，遇到还原性气体时，其阻值会明显下降，利用该原理来进行目标气体探测的方法就叫做
15、金属氧化物法。这种探测器目前已经成功地用于燃烧过程中产生的 CO 气体浓度监测。（4）光声光谱法：中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室的苏国锋26、陈涛28、蒋亚龙29博士系统的研究了光声光谱方法在火灾探测领域的应用，分别提出了基于气体滤波带有吸收路径的光声火灾探测器、气体和烟雾颗粒的光声复合探测、谐振式光声光散射复合探测技术 30。目前，光声光谱法在火灾气体探测领域的应用研究还需要继续深入发展，以实验光声光谱火灾气体探测技术工程化、实用化。（5）二极管激光吸收光谱技术：作为气体光学传感器的基本原理就是将调制的二极管激光光源在气体分子的特征吸收谱线处进行一定调制 31，经过调制的二极管激光光
16、束在经过目标气体分子时，被气体分子部分吸收，形成气体分子红外吸收光谱，出射光被光电传感器接收后，将光强信号转换为电信号，得到包含气体红外吸收信息的电信号，对该信号进行解调制，按照一定的数据处理算法就可得到光学吸收路径上的气体浓度，这项技术称之为可调谐二极管激光吸收光谱技术 32-35。其主要优点有：首先，气体分子检测灵敏度高。其次，由于目标气体分子红外吸收光谱谱线具有唯一性。第三，响应时间快，非常适合于大范围环境实时监测。最后，属于非直接接触气体式测量方法 36-38，不会对待测混合气体浓度产生影响。（6）气体泄漏红外成像：红外成像仪依其光源可分主动式及被动式两大类 37 。所谓主动式是指由红
17、外成像仪本身发出照向被检测设备的某波段不可见的红外光，当红外光若遇到易挥发性气体烟柱( Plume) ，会被吸收一部分，而未遇到易挥发性气体烟柱的红外光则强度不变，可利用光强度差产生肉眼可见的泄漏气体影像 38; 所谓被动式则是指红外成像仪接收被检测物体自身发出的红外波形成红外图像，当泄漏气体与设备表面温度不同时( 理论上相差 0.5以上即可) ，则在图像上会显示出不同颜色或灰度值，以此来分辨设备表面是否有泄漏气体，而且可精确地看到泄漏位置 39。该技术以其高效率、远距离、大范围、动态直观等显著优势成为技术发展的重要方向并日趋扩大其占据的气体检测市场。随着成像监控技术的发展，采用视频监控报警实
18、现对泄漏气体的检测已成为可能 40-45。随着成像监控技术的发展，采用视频监控报警实现对泄漏气体的检测已成为可能。4.可燃性气体和有毒气体的监测标准为了保护环境，保障人的身体健康，保证安全生产和预防火灾爆炸事故发生，必须首先确知生产和生活环境中可燃性气体的爆炸下限和有毒气体的最高允许浓度的阈限值，以及氧气的最低浓度阈限值 46，以便通过应用各种类型的测量仪器、仪表对这些气体进行检测。通过检测可了解生产环境的火灾危险程度和有毒气体的恶劣程度，以便采取措施或通过自动监测系统实现对生产生活环境的监控。（1）可燃气体：指甲类气体或甲、乙 A 类可燃液体气化后形成的可燃气体。（2）有毒气体：指劳动者在职
19、业活动过程中，通过肢体接触可引起急性或慢性健康的气体。本规范中有毒气体的范围是高毒物品目录（卫法监发2003142 号）中所列的有毒蒸汽或有毒气体 47。常见的有：二氧化氮、硫化氢、苯、氰化氢、氨、氯气、一氧化碳、丙烯腈、氯乙烯、光气（碳酰氯）等。（3）可燃性气体的检测标准可燃性气体的检测标准取决于可燃物质的危险特性，且主要是由可燃性气体的爆炸下限决定的 47。从监测和控制两方面的要求来看，监测要首先做到可燃性气体与空气混合物中可燃性气体的浓度达到阈限值时，给出报警或预警指示，以便采取相应的措施，而其中规定的浓度阈值和可燃性气体与空气混合物的爆炸下限直接相关。一般取爆炸下限的 20%25%时
20、48，监控功能中的联动控制装置将产生动作，以免形成火灾及爆炸事故。必须说明，当环境可能存在多种可燃性气体时，他们与空气混合时的下限和上限均可按照下式计算：nLECLEC210混该算式引入算数平均的概念，它的物理意义是：各种可燃气体同时着火，达到爆炸下限所需的最低发热量由各组分可燃气体同时提供。（4）有害气体的监测标准有害气体即有毒气体，其检测标准由多种气体的环境卫生标准来确定。这里的多种气体是指氧气及各种有害气体 49。我国制定的大气环境质量标准（GB3095-82）中规定了空气污染物三级标准浓度限值。工业企业设计卫生标准中列出了居住区大气有害气体的最高允许浓度值。此外，我国对煤矿井下环境也做
21、了必要的规定 50-53。5.安全检测报警与应急响应中存在的问题固定式气体检测报警器是用来测量空气中的可燃气体和有毒有害气体的含量，当气体超标时能发出超限报警的事故预警装备，一般由现场检测器和指示报警两部分（DCS）组成 54。其在石油石化行业生产装置及储存区广泛使用，它可以早期发现危险化学品发生的轻微泄漏，被称为现场操作人员延伸的“鼻子和眼睛”。同时，它作为检测危险化学品泄漏的最后一道防线，在石油石化企业中有着非常重要的地位。很多石油石化事故案例告诉我们，一旦这些报警器失灵或现场人员对报警置之不理或处置不当，那将会造成不可挽回的损失和代价。但是，目前这些安全检测设备在实际应用中却存在令人担忧
22、的问题。（1）对 DCS 报警不重视石油石化企业的 DCS 主要为生产过程服务，如监控工艺参数等。因工艺上温度、压力等参数发生报警的次数较多，故现场操作人员对 DCS 报警不重视，有的甚至关闭报警蜂鸣器 55。这样造成现场可燃、有毒气体发生泄漏，控制室人员不能及时发现，延误了应急处理的最佳时机，甚至会引发重大火灾或中毒窒息事故。多年来，从国内外发生的事故案例即可发现这些问题。如 1993 年金陵石化公司 56发生的汽油罐爆炸事故，2005 年 BP 石油公司在美国的一家炼油厂发生了过去 20 年间美国作业场所最严重灾难之一的爆炸事故都是如此。（2）应急响应的处置不及时生产装置发生物料泄漏时，因
23、为现有 DCS 报警声音与工艺参数报警一致、DCS 不报警等原因，致使监控人员没有及时发现可燃、有毒气体泄漏，或者发现后也不知是什么地方出现泄漏，不知如何处理，或者采取的应急处置措施不正确、处置速度慢，这些都是实际存在的事故重大隐患57。如 1998 年西安液化气球罐发生的重大火灾爆炸事故（死亡 11 人），就是因为应急处置措施不当和不及时造成的。（3）不重视 DCS 组态因为 DCS 主要为生产过程控制服务，即使将气体检测报警系统与之合并，实际现场从 DCS 上显示出的气体检测报警系统的功能 58也很少。一般的装置最多只设置了报警柱状图和历史曲线 59。而且报警柱状图一般只有仪表人员专用的“
24、位号”表示，这样实际操作人员即使发现了气体超限报警，也不能在第一时间反应过来该“位号”对应的实际泄漏设备的名称。另外，DCS 设置的历史曲线主要是为生产服务的，加上有的 DCS 需要单独安装长趋势包，才能记录较长时间的历史趋势。这样一旦发生事故，从 DCS 上调出历史曲线也很难找到证据。例如 2004 年某公司焦化装置开工大量汽油发生泄漏事件，在调查原因时因气体采样时间间隔设置长、历史曲线没有显示出气体报警器发生过报警 60，最后没有找到证据。（4）仪表维护人员工作量大目前，单位安全管理人员和仪表维修人员，只有通过亲临装置现场和控制室才能了解固定式报警器的在用状况 61。特别是仪表维护人员必须
25、到现场才能判断气体检测报警器的故障情况，这样增加了维护人员的工作量，而且不利于企业的安全、设备管理人员对装置实际发生危险气体泄漏等真实情况的掌握和决策。6.危险气体泄漏监测系统的设计探讨在许多化工、制药等生产或经营企业，存在有毒有害，或易燃易爆的危险气体。在这些场所，危险气体的泄漏是客观存在的潜在安全隐患。因此，有必要在有关装置安装危险气体泄漏检测系统 62。对给定的工艺装置，需要安装的检测器数量和位置决定于许多因素，设计时一般要从以下几个方面进行。6.1 确定需要检测的气体国家和地方有关法规、消防和建筑规范，以及工业安全标准等都对在某些类型的装置和设施安装气体检测器有具体要求 64 。但这些
26、法规和规范仅覆盖一少部分应检测气体，大多数情况还必须使用其他指标来确定哪些气体和设备的哪些部位需要监测 65。其中需考虑的最重要因素是气体的实际危害，即毒性或爆炸性危险。对有毒气体，应当以0（半 数 致 死 浓 度）、（短期暴露浓度限值）、最高容许浓度，以及（立即危害生命健康浓度）为基础进行危险性评价，气态物质的生理性警示性质（如嗅觉阈值）也应考虑 66。特别是允许暴露浓度限值低于其嗅觉阈值的物质（如砷化氢）危险性更大，因为人们无法在其泄露达到危害浓度之前感知其存在。注意，无论暴露限值还是警示浓度都只是实验测定的平均值 67，对不同人群会有差异，因此基于这些数据设计检测系统时，必须留出较大裕量
27、。易燃或可燃气体的主要危害是其泄漏或逸出所导致的爆炸危险，气体的闪点或爆炸下限越低，越应对其进行检测。对闪点低于室温的易燃可燃物质，都应安装泄漏检测装置，因为其泄漏后能立刻气化，并可与空气形成爆炸性混合物。注意有些可燃气体同时也是有毒气体，其允许暴露浓度低于爆炸下限 68，例如甲醇的短期暴露浓度限值约为，远低于其（即）的爆炸下限。在有人员出现的可能泄漏区域 69，一般应把它们主要作为毒害性物质，而不是爆炸性物质进行评价。在有些情形，对不燃性或无毒气体（如氮气）甚至也要进行检测 70，特别是当这些气体有可能泄漏进入封闭性区域时，因为这类泄漏能增加缺氧危险 71，可造成现场人员窒息。6.2 识别潜
28、在危险点潜在危险点可分为两大类：（1）泄漏点，就是危险气体能泄漏出的位置。（2）受体点，即危险气体能对人员、财产或设备造成威胁的位置。尽管大多数装置具有众多泄漏点和受体点，但这两大类危险点并不总是处于同一场所。例如，潜在泄漏点可能位于临近的工厂。对泄漏点的识别，需查阅所有危险区域分类图、工艺安全管理和风险管理平面图等资料 72。利用这些资料，设计者应仔细评价工厂的气体存放和贮存区，以及气体分配、加工、通风和废气处理系统。对通过汽车、火车槽罐或钢瓶等承运的气体和高蒸气压液体的所有运输路线也应包括在评价范围内。一般来说，气体检测器的安装位置应靠近潜在泄漏点 73。常见泄漏点有泵和压缩机密封和法兰、
29、膨胀节、垫片、压缩固件、焊接不良点、装卸区、液体和气体存放区、取样点、径流区（如污水井、含油废水处理区）、管路分配岐管（如阀门岐管箱）等。在对人员造成损害或伤害可能性大的位置，即使附近无具体泄漏点，也应进行检测。这些位置包括气体可能蓄积的区域 74（如地下电缆室），以及任何贮存、处理、运输或加工高毒或高度易燃可燃气体的区域。受体点的识别应当从审阅装置布局图或平面布置图开始，对人员流动或定期聚集可能性大的区域（包括疏散和出口路线）要加以注意。用于检测受体点的气体检测器应安装在泄漏点和受体点之间。常见受体点包括分析仪器遮护亭 75、有工作人员的设施、开关装置保护箱、内燃机遮护亭、封闭空间、附近社区
30、和设施等。6.3 建立设计目标工艺装置的潜在危险点识别之后，下一步必须确定检测系统应当具有怎样的响应程度。通常，气体检测系统的启动响应按严重程度分如下等级：（）告知或通知；（）启动排风控制；（）工艺停车；（）疏散和紧急响应。检测器安装数量一般根据响应等级确定，而响应等级决定于潜在泄漏的危险性，以及人所能够达到或想要达到的干预程度 76。对有毒气体，短期暴露浓度限值、最高容许浓度等毒性指标是决定气体泄漏危险性的关键因素 77。然而，还要考虑其他物质以及任何可能的副反应产物的存在。例如，在足够湿度下，三氟化硼水合生成氟化氢，后者危害性比前者稍小。而在有些情况，副反应产物反而比泄漏气体毒性更高。在安
31、装有贵重设备或装置的场所 78，还应考虑泄漏气体的化学性质。高度反应性气体（如氟和氟化氢）不但能造成人身伤害，还会造成财产的严重损失，因为它们能迅速与其接触的任何表面发生反应。一般要使这些气体的检测点尽可能靠近泄漏点。有时对要检测的某些气体的特性不理解或了解甚少（例如在半导体工业常常有新的工艺气体出现，则设计时应尽可能保守一些。易燃可燃气体泄漏危害一般来自其引起的火灾或爆炸，而不是泄漏本身。泄漏气体的浓度达到，并且有点火源存在，就可能引起着火或爆炸。即时点火一般能引起着火，而延迟点火由于能使燃料空气混合气团生成，往往能引起所谓的蒸气云爆炸。由于蒸气云爆炸比着火造成的破坏范围更广，因此爆炸的潜在
32、损失就是衡量易燃可燃气体泄漏危险性的一个重要指标。以下四个因素决定蒸气云爆炸的潜在破坏性：（）封闭程度。一般来说，在封闭区的爆炸比非封闭区的爆炸产生更高的过压，因此破坏性更大。（）加速距离。火焰前沿加速距离或面积越大，引起的破坏性越大。实验证明，要达到破坏性速度，火焰前沿需要的加速距离约为。这也为在危险区域安装检测器的间距和位置提供了额外参考依据。（）拥挤程度或障碍物数量。小的障碍物如管子、钢件、结构钢、工艺设备等能促进燃烧蒸气云内的湍流，从而使爆炸引起的过压增加，也因之使破坏力增加。注意，爆炸还能将这样的障碍物转变为类似于榴霰弹片和飞弹的抛射体，进一步对人员和设备造成威胁。（）燃料数量和混合
33、程度。燃料越多、与空气混合的越好，火焰前沿造成的破坏力越大。设计时应考虑报警系统响应不及时的可能后果、误报警成本，以及有无操作人员监视仪表。在快速响应很关键但误报警成本高的场合，许多采用在“圈定区域”安装多个监测器的布局，并预先设定一组监测器必须全部响应；或者采用“表决”布局，其中一组监测器中的三分之二必须有响应。在人为干预不能企及的远距离装置中，常通过安装多重监测器来获得充分冗余。6.确定气体监测器的安装位置和数目上述几个步骤为如何大体确定监测器的安装数量和位置提供了方向，再通过对被监测物质物理特性的评价就可对初步设计加以细化。蒸气密度是确定气体传感器安装位置的关键指标 80。比空气重的气体
34、，包括高蒸气压液体的蒸气，趋于下沉并沿地面流动，并常在坑和沟槽这样的低洼处聚集而不易扩散。所以与轻于空气的气体相比，应将更多的感应器安装在非封闭区域来检测这些物质。用于检测比空气重的气体的感应器，应安装在近地面位置，一般在地面以上0.0.7，或安装在气体可能聚集的低洼处。相反，用于比空气轻的气体的感应器通常应安装在危险点上方。在封闭装置中，一般将用于低密度气体的感应器安在顶部或天花板上。对和空气同密度的气体，通常将感应器安装在处于或接近于人呼吸的高度。当检测缺氧情况时，应考虑能对空气产生置换的气体的密度。例如，在氦气钢瓶贮藏室，安装在接近天花板位置的氧感应器会首先检测到泄漏的发生（氦气上升把天
35、花板附近的氧气“挤出”）当评价蒸气密度时，不应忽略泄漏温度。液化的比空气轻的气体，如液化天然气，在刚刚溅出时的表现通常类似于比空气重的气体，但很快随着蒸气的被稀释和温度的升高而开始上升。与此类似，有些被加热了的比空气重的气体，如硫化氢，刚泄漏时将上升，但当冷却下来密度变得比空气大时就开始下沉。通风和空气流的存在也会影响检测器的安装位置，对密度和空气类似的气体尤其如此。例如，如果在厂房内有强的空气流，那么对比空气轻的气体的检测，将感应器放在排气管出口位置比放在天花板位置更好。贮存和泄漏方式也会影响按蒸气密度确定的检测器布局 81。液化气体和高蒸气压液体一般以溢出或喷泻的方式泄漏，随后开始蒸发。蒸
36、发速率与积液的表面积、液体的沸点或蒸气压，以及从地面和环境传递的热量成正比。一般情况下，蒸发速率越慢或蒸气越浓，就越应将感应器安装在靠近液体蓄积位置。同时，蒸发速率增加越快，就越要考虑主导空气或通风气流的影响。加压贮存或运输的气体是以气体（或气液两相）喷射的形式泄漏的。如果泄漏点或方向可以预测，则通常将检测器放置在射流路径上。否则，就应把检测器要么置于危险点周围多个地点，要么置于气体泄漏出来后很可能经过或沉积降的区域（而且还要考虑主导气流或通风气流的影响）。应当注意，比空气轻的气体刚刚泄漏出来常常是下沉的，原因在于喷射气流中有气溶胶存在，而且气体在压力下降时温度也降低。多数喷射出的气体会和周围
37、空气发生相当程度的混合，并在开放空间距泄漏点不远处就能扩散到危险浓度以下。然而，长时间泄漏或在封闭、半封闭区域的泄漏仍会对安全造成严重威胁。尽管室内泄漏常比室外泄漏更危险 82，但其行为却更易预测。研究表明，在无排风房间，气体能很快在泄漏点上方（或下方）达到均匀浓度。对室内泄漏，检测器的安装位置可主要依据蒸气密度和泄漏方式确定。注意，当在天花板附近有温度很高的空气时，就有可能出现一定程度的热分层现象。温暖、低密度的空气可降低气体向顶部的移动速度。考虑机械通风的影响也很重要。在通风速率相当快的地方，例如等级以上的洁净房间，安装在风筒上的传感器常能提供厂房、机房或操作间内空气的最真实状况。有些情况
38、必须将传感器安装在数个通风管中，因为通风系统设计规范要求考虑气体密度，例如在存在轻重气体混合物的地方，要求通风系统必须能将处于高低位置的气体都能捕集到。在通风速率较低的情况，应进行烟雾研究以便明确传感器确实能“看见”气体的泄漏，方法是将一股烟雾或其他易于看见的气体喷出，然后观察其在空气主流中的表现。若通风管相互连接，且潜在泄漏点处于“上游”，或者空气是从外面靠近可能的泄漏点位置抽进来的，则有必要在空气进口管或其附近安装一个传感器。有些情况，如处理高毒气体时，为增加安全保障，还应检测呼吸区（在处于人呼吸高度的位置安装检测器） 83。检测室外泄漏要复杂的多，因为在室外影响气体行为的变量比在室内多得
39、多。有众多扩散模型可帮助设计者预测泄漏气体卷流的大小、形状和浓度。在空气扩散模型中，除包括气体性质和泄漏动力学外，一般还包括表面粗糙度等数据。气体在水面、覆盖面和草地上方的传播速度比在城市、森林和工业联合体内的传播速度要快。气象因素也有影响，因为在风和日丽的下午气体扩散最快，而在天晴风轻的夜晚气体扩散最慢 84。对室外气体传感器的安装，一般应保证在所有正常泄漏情形，总有大于检测极限的泄漏气体经过检测器。检测器的检测极限一般是信噪比的三倍。还应注意，由建筑物、工艺容器、管道阵列等产生的地形特征会显著改变泄漏气体的预测行为，因为大多数扩散模型是假定具有平坦表面。例如，“峡谷”（即两个大构筑物之间的
40、区域）就趋于使气体卷流的浓度增加。相反，泄漏点下游的障碍物则趋向于通过增加湍流使气体卷流被稀释。参考文献：1国家技术监督局.危险货物品名表Z.1990.2张兴磊，花榕，陈双等.低浓度氢气检测方法研究进展J.分析仪器，2009,(5):6-12.3张利军,白连平,王维建.多阀门检测的计算机测控系统设计J.阀门，2003,(1):27-29.4王春明.缸体水路、油路泄漏检测系统研究D.哈尔滨工程大学，2006.5靳世久，王立宁，李健.瞬态负压波模式法识别原油管道泄漏箭楼检测技术J.电子测量与仪器报，1998, 12 (1)： 59646王凯.输油管道泄漏检测技术研究D.西安：西安理工大学,2004
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