管 宇

（中国石化 北京化工研究院，北京 100013）

安全生产是石油化工行业发展的重中之重。石油化工企业普遍依靠可燃及有毒气体报警器来检测作业场所或设备内部空气中的可燃及有毒气体和蒸气含量，并超限报警，以提醒作业人员采取安全措施，并驱动排风、喷淋等阻断系统，从而防止发生爆炸、火灾和中毒事故，保障安全生产［1］。目前，可燃及有毒气体报警器在生产中的使用越来越广泛，种类也越来越多。基于风险管控发展的要求，我国已出台相关规章制度，明确规定了可燃及有毒气体警报器的设计、安装、检定计量等规范［2-3］。

作为具有石油化工生产试验装置的科研单位，在科研生产中同样也存在着可燃及有毒气体泄漏引发安全事故的危险，因此，科研单位均按照装置要求规范设计、安装了可燃及有毒气体报警器。如何在安全质量控制过程中进行可燃及有毒气体报警器的规范化管理，保证其可靠有效运行就成为十分重要的课题［4-8］。

本文通过对中国石化北京化工研究院院本部（以下简称院本部）内设置的可燃及有毒气体报警器的统计，分析了科研一线部门和服务保障部门使用报警器的分布情况，介绍了院本部使用最多的报警器的种类及其核心部件气体传感器的工作原理，总结了可燃及有毒气体报警器的安全管理经验，为提升和优化科研单位的安全生产工作提出意见和建议。

1 可燃及有毒气体报警器种类和工作原理

可燃及有毒气体报警器是一种可以检测可燃及有毒气体浓度值的仪器。作为一种安全预报设施，它适用于监测易燃易爆有毒气体的生产及使用场所，能及时探测发现气体泄漏，预防爆炸或人员中毒发生。

1.1 可燃及有毒气体报警器的种类

按设置场所和用途分类，可燃及有毒气体报警器可分为便携式和固定式两种；按被测对象分类，可分为可燃气体报警器和有毒气体报警器两类。

1.2 固定式可燃及有毒气体报警器的工作原理

在固定式可燃及有毒气体报警器中，气体传感器是核心部件，其可靠性和稳定性直接影响被测气体报警参数的正确性，是安全报警监控系统能够有效运行的技术关键［9-10］。可燃及有毒气体报警器中使用的气体传感器根据不同的检测原理分为催化燃烧式、电化学式、半导体式、热传导式和红外吸收式等。在实际工作中，院本部使用的主要是催化燃烧式和电化学式气体传感器。

1.2.1 催化燃烧式气体传感器的工作原理

催化燃烧式气体传感器的工作原理见图1。

图1 催化燃烧式气体传感器的工作原理

利用催化燃烧的热效应，由检测元件和补偿元件配对构成测量电桥。在一定的温度条件下，检测元件载体表面的可燃气体，在催化剂的作用下发生无焰燃烧，载体温度升高导致其内部铂丝的电阻也相应升高，平衡电桥失去平衡会输出一个与可燃气体浓度成正比的电信号。通过精确测量元件的阻值变化，就可以计算出样品气体的浓度。催化燃烧式气体传感器应用广泛，成本相对较低，可广谱探测，输出信号线性好，指数可靠，使用寿命约为2 a，主要用于可燃性气体的检测，但不适合检测“较重的”或长链烷烃特别是高闪点的气体。

1.2.2 电化学式气体传感器的工作原理

电化学式气体传感器的工作原理见图2。被检测的环境气体通过传感器下端的薄膜扩散到传感器的电解液中，电解液中有一个测量电极、一个反电极和一个参考电极。被检测的气体在测量电极上会发生化学反应并产生微电流，此电流与被测气体的浓度呈一定的函数关系，将这个电流信号经过放大、温度补偿和参数修正就能得到气体的浓度。电化学式气体传感器体积小，耗电量低，重量轻且具有极高的灵敏度，在低浓度下线性度较好，表现出极佳的线性和重复性。但其只适合在有氧环境下使用，不适用于高温、低温及低湿度环境。电化学式气体传感器可测量一氧化碳、氯化氢、砷化氢、氯气、氟化氮、磷化氢和二氧化硫等气体，使用寿命为1～3 a。

图2 电化学式气体传感器的工作原理

2 院本部设置的可燃及有毒气体报警器统计分析

北京化工研究院在北京一院三地，且在全国下设多个分院，所使用的可燃及有毒气体报警器种类较多。以院本部为例，各部所固定式可燃及有毒气体报警器分布情况见图3。院本部共有153台套各类可燃及有毒气体报警器，其中，催化所占比23%，主要用于新催化剂的开发及催化机理的基础研究装置；乙烯所占比22%，主要用于开发乙烯相关催化工艺和装置；精细所占比20%，主要进行精细化工材料和技术研发装置。统计结果表明，科研一线实验室安装的可燃及有毒气体报警器占院本部总安装量的89%，科保中心等科研保障部门安装的占11%。

图3 院本部各部所固定式可燃及有毒气体报警器分布情况

院本部的可燃及有毒气体报警器多为分体式，即探头扩散式采样、二次仪表显示报警。使用的气体传感器主要是催化燃烧式和电化学式两种。院本部可燃气体报警器监测气体分布情况见图4。统计结果表明，可燃气体报警器共128台套，检测气体共有12种，其中单独监测氢气的报警器69台，天然气15台，丙烯9台，乙烯6台，甲烷5台，丙烷4台，丁烷3台，氧气3台，乙炔1台，正丁烷4台，己烷3台，丁烯1台，异丁烯1台；同时监测氢气和乙炔两种可燃气体的报警器3台，同时监测甲烷和丙烷的1台。

图4 院本部可燃气体报警器监测气体分布情况

院本部有毒气体报警器监测气体分布情况见图5。统计结果表明，有毒气体报警器共25台套，共监测8种有毒气体，其中监测一氧化碳的15台，一氧化氮1台，苯1台，邻二甲苯3台，二氧化硫1台，硫化氢1台，氨气1台，氯化氢2台。

图5 院本部有毒气体报警器监测气体分布情况

3 科研单位可燃及有毒气体报警器的规范化管理

科研单位报警系统的设置与科研前沿方向、市场导向及课题立项紧密相关，检测要求不断更新变化，具有多样性和动态性等特点。要保证科研单位可燃及有毒气体检测报警系统正常有效工作，达到国标要求的指标，起到警示作用，必须对其进行规范化、细致化、动态化、多样化的管理，从设计、选型、安装到验收，从日常使用、检修维护到定期检定、校准，每一步都需要制定详细的规章制度，细化操作，责任到人，做到保障安全，万无一失。

在管理方面，依据中国石化总部制定的《中国石化设备管理办法》中国石化生（2015）583号和《实验室HSSE管理办法》中国石化科（2019）287号以及《中国石化北京化工研究院设备管理办法》北化院条字（2019）37号等文件，由使用部门负责可燃及有毒气体报警器的日常管理并确保安全正常使用，是设备安全使用的第一责任部门。条件装备部负责组织可燃及有毒气体报警系统相关制度的制定，并监督实施；条件装备部牵头有关部门做好可燃及有毒气体报警系统的设计、选型、购置、安装、使用、维护、保养、检验、修理、改造、报废和更新的全寿命周期管理；授权条件装备部负责组织可燃及有毒气体报警系统供应商、承包商、服务商等工商、经营、HSE以及施工资质的审查，检查可燃及有毒气体报警系统HSE职责履行和制度执行情况，督促各使用部门建立健全可燃及有毒气体报警系统档案、检维修记录、设备日常维护检查管理记录，包括可燃及有毒气体警报器的交接、停用、检定与校准、报废、清查，并监督检查执行情况，负责组织可燃及有毒气体报警系统的隐患排查及治理工作，并负责组织可燃及有毒气体报警器的定期外校工作以及涉及的相关质量管理体系的认证并监督检查执行情况、体系内审外审的考核及体系运行日常的检查和更新等。

4 结语及建议

科研单位对可燃及有毒气体报警器的管理要做到以下几点：1）严把设计、采购、安装质量，必须符合《石油化工可燃和有毒气体检测报警设计标准》（GB/T 50493—2019）等相关要求；2）严格保证可燃及有毒气体报警器安装前经过标准计量部门检定，检定合格后方可投入使用；3）加强可燃及有毒气体报警系统的过程管理，责任落实到人，确保科研生产过程中报警器测量值的准确可靠，严格管理规程，建立检定台账，落实每年检定计划，保证计量检定准确，落实计量后的确认；4）加强作业人员安全培训，提高安全意识，建立安全隐患监督机制，防患于未然，做到安全隐患早发现，早处理；5）可燃及有毒气体报警器使用过程中发生故障的情况只是做到了有记录、有修换，但对于造成故障的原因缺乏深入的分析，建议分析原因找到各种影响因素并采取相应措施进行改进以降低事故风险。