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1、有毒有害气体检测安全技术 （一）可燃性气体检测 1、可燃气体的爆炸范围和爆炸极限 可燃性气体在空气中可能会发生燃烧（即在点燃后，火焰会从燃点开始扩散）和爆炸时的周围环境必须符合四个条件，即适量的氧气、适量的可燃性气体、点火源以及足够的分子能量，这样才能维持燃烧的链式反应。如果这四个条件中的任何一个没有或不足，燃烧或爆炸就不可能发生。 我们将空气混合物中可燃性气体可以发生燃烧时的最低体积浓度%VOL称为燃烧下限LFL%。将空气混合物中可燃性气体可能被点燃后发生爆炸时的最低体积浓度%VOL称为爆炸下限LEL%。 从定义上可以看出，燃烧下限LFL%和爆炸下限LEL%两者的含义是不同的。但在实际应用上
2、的方便，可以不加区分，互相替代使用。不同的可燃性气体有不同的LFL / LEL。低于LFL / LEL的可燃性气体或蒸气，由于对氧气的比例太低，不可能发生燃烧或爆炸。 大多数的（不是全部）可燃性气体或蒸气还具有一个高限体积浓度，在此浓度值之上，可燃性气体也不会发生燃烧或爆炸。燃烧上限UFL%是可燃性气体的蒸气和气体在空气中支持燃烧的最大体积浓度。相对应的还有一个爆炸上限UFL%。同样在使用上也不加区分。高于UFL / UEL时，因为可燃性气体的蒸气和气体同氧气的浓度比例太大，或者说由于氧气不足，以至于无法反应而是燃烧扩散，也就不会发生燃烧或爆炸。 2、可燃性气体的定义 在实际工作中，可燃性气体
3、泛指具有燃烧能力的气体。在国际上一般采用列举（特指）和概括两种方式来规定那些气体是可燃性气体（简称可燃气体）。 （1）国际上特指以下32种气体为可燃气体。 序 可燃性气体 爆炸范围，% 序 可燃性气体 爆炸范围，% 1 丙烯腈 37 17 环丙烷 2.410.4 2 丙烯醛 2.831 18 二甲胺 2.814.4 3 乙炔 2.581 19 氢气 475 4 乙醛 4.155 20 三甲胺 211.6 5 氨 1625 21 二硫化碳 1.344 6 一氧化碳 12.574.5 22 丁二烯 211.5 7 乙烷 312.5 23 丁烷 1.98.5 8 乙胺 314 24 丁烯 1.69.
4、3 9 乙苯 16.7 25 丙烷 2.29.5 10 乙烯 3.132 26 丙烯 2.410.3 11 氯乙烷 3.815.4 27 溴甲烷 13.514.5 12 氯乙烯 422 28 苯 1.37.1 13 氯甲烷 10.717.4 29 甲烷 5.314 14 环氧乙烷 3100 30 甲胺 4.920.7 15 环氧丙烷 2.121.5 31 二甲醚 3.427 16 氰化氢 614 32 硫化氢 4.345 备注：爆炸范围是指LEL和UEL的体积浓度。 （2）其他气体符合下列条件之一者，也属于可燃气体范畴。 爆炸下限在10%VOL以下者。 爆炸范围的上限与下限之差在20%VOL以
5、上者。 3、常用的浓度单位工程换算 （1）%LEL与%VOL的换算 当可燃气体达到了爆炸下限LEL以上就有爆炸的危险。为了计算和说明的方便，一般将爆炸下限LEL分成100份，即1LEL = 100%LEL；例如，甲烷单独存在100%LEL = 5.3%VOL，也就是说，一般的报警单位10%LEL = 0.53%VOL；即当环境中甲烷浓度0.53%体积时，就应该意识到危险状况的存在。 （2）%VOL与ppm、ppb的换算 1ppm = 1000ppb =1/1000000VOL或者10-6 100%VOL = 106ppm = 109ppb 以甲烷为例，10%LEL = 0.53%VOL = 5
6、3000ppm 如果是苯，则10%LEL = 0.13%VOL = 13000ppm（注意，苯的立即致死量IDHL是500ppm！） （3）ppm与mg/m3的换算 V（ppm）= W（mg/m3）24.46 / M 式中：V为ppm为单位的体积浓度值。 W为mg/m3为单位的绝对重量的浓度值。 M为待测物质的分子量。 （4）混合可燃气体的爆炸极限的计算 用Vn表示一种可燃气体在混合物中的体积分数，LELn和UELn分别为此种可燃气体的爆炸下限和爆炸上限，则混合气体的爆炸下限为： LEL = 100 /（V1/LEL1 + V2/LEL2 + +Vn/LELn）（%VOL） 同理，混合气体的爆
7、炸上限为： UEL = 100 /（V1/UEL1 + V2/UEL2 + +Vn/UELn）（%VOL） 例如，一天然气的组成为甲烷80%VOL（LEL甲烷=5.3），乙烷15%VOL（LEL乙烷=3.0）、丙烷4%VOL（LEL丙烷=2.2）、丁烷1%VOL（LEL丁烷=1.9），则此天然气的爆炸下限为： LEL天然气= 100 /（805.3 + 15/3.0 + 4/2.2 + 1/1.9）= 4.46%VOL 从以上计算可以看出，尽管甲烷占了大多数，但由于乙烷、丙烷和丁烷的存在，使得天然气的爆炸下限相对于甲烷降低了很多。 4、可燃气体爆炸场所的划分 世界各国对危险场所区域划分不同，但
8、大致分为两大派系：中国和大多数欧洲国家采用国际电工委员会（IEC）的划分方法，而以美国和加拿大为主要代表的其他国家采用北美划分方法。 中国标准GB3836.14-2021爆炸性其他环境用电气设备，第14部分：危险场所分类的规定如下： 0区 爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所。 1区 在正常运行时可能出现爆炸性气体环境的场所。 2区 在正常运行时不可能出现爆炸性气体环境，如果出现也是偶尔发生，并且仅是短时间存在的场所。 0区，一般只存在于密闭的容器、储罐等内部气体空间；在实际防爆设计过程中1区也很少涉及；大多数情况属于2区。 美国、加拿大等北美国家危险区域的划分依据NEC（美国国家电气规程
9、）的定义，对爆炸性气体环境划分为1区、2区（没有0区）。 两者之间的对应关系大致如下： 气体IEC 0区、1区NEC 1区 IEC 2区NEC 2区 具体的比较见下表。 爆炸性 物质 区域定义 IEC 标准 NEC 标准 气体 CLASS 在正常情况下，爆炸性气体混合物连续或长时间存在的场所。 0区 Div. 1 在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所。 1区 在正常情况下，爆炸性气体混合物不可能出现，仅仅在不正常情况下偶尔或短时间出现的场所。 2区 Div. 2 可燃性粉尘或纤维 CLASS / 在正常情况下，爆炸性粉尘或可燃性纤维与空气的混合物可能连续出现、短时间频繁地出现或长时间
10、存在的场所。 10区 Div. 1 在正常情况下，爆炸性粉尘或可燃性纤维与空气的混合物不可能出现，仅仅在不正常情况下偶尔或短时间出现的场所。 2区 Div. 2 备注：IEC中的“区”的英文定义为Zone，而在NEC中的“区”的英文定义为Division。 4、本质安全型电气设备的安全特点 （1）本质安全型电气设备防爆特点 本质安全型电气设备又称安全火花型电气设备。它的特点时电气设备在正常状态下和故障状态下，电路、系统产生的火花和达到的温度都不会引燃爆炸性混合物。它的防爆主要有以下措施来实现。 采用新型集成电路元件等组成仪表电路，在较低的工作电压和较小的工作电流下工作。 用安全栅把危险场所和非
11、危险场所的电路分隔开，限制由非危险场所传递到危险场所去的能量。 仪表的连接导线不会形成过大的分布电感和分布电容，以减少电路中的储能。 （2）本质安全型电气设备应用特点 由于本质安全型电气设备的防爆性能不需要采用通风、充气、充油、隔爆等外部措施实现，而是通过其电路设计本身实现，因而是本质安全。这类电气设备可适用于一切危险场所和一切爆炸性气体、蒸气混合物，并可以在通电的情况下进行维修和调整。但是，对于本安型固定式仪表，由于必须使用控制器（或系统）。所以不能单独使用，必须和本安关联设备（安全栅）、外部配线一起组成本安系统，才能发挥防爆功能。 （3）本安型ia和ib两种的区别 ia等级：在正常工作状态下，以及电路中存在一个故障或两个故障时，均不能点燃爆炸性气体混合物。在ia型电路中，工作电流被限制在100mA以下。 ib等级：在正常工作状态下，以及电路中存在一个故障时，不能点燃爆炸性气体混合物。在ib型电路中，工作电流被限制在150mA以下。 从本质安全角度讲，ia型适用于0区和1区，以及工厂；而ib型仅适用于1区和煤矿井下。