隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，易燃、易爆、有毒氣體的種類和應(yīng)用范圍都得到了增加。這些氣體在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用 過(guò)程中一旦發(fā)生泄漏，將會(huì)引發(fā)中毒、火災(zāi)甚至爆炸事故，嚴(yán)重危害人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。由于氣體本身存在的 擴(kuò)散性，發(fā)生泄漏之后，在外部風(fēng)力和內(nèi)部濃度梯度的作用下，氣體會(huì)沿地表面擴(kuò)散，在事故現(xiàn)場(chǎng)形成燃燒爆炸或 毒害危險(xiǎn)區(qū)，擴(kuò)大危害區(qū)域。例如，1995年7月，四川省成都市化工總廠液氯車間發(fā)生氯氣泄漏，當(dāng)場(chǎng)造成3人死 亡，6人受傷，僅約一小時(shí)左右，市區(qū)范圍數(shù)十平方公里范圍內(nèi)都能聞到刺激性的氯氣味。因此，這類事故具有突 發(fā)性強(qiáng)、擴(kuò)散迅速、救援難度大、危害范圍廣等特點(diǎn)。一旦發(fā)生氣體泄漏事故，必須盡快采取相應(yīng)措施進(jìn)行處置， 才能將事故損失降低到最低水平。及時(shí)可靠地探測(cè)空氣中某些氣體的含量，及時(shí)采取有效措施進(jìn)行補(bǔ)救，采取正確的處置方法，減少泄漏引發(fā)的事故，是避免造成重大財(cái)產(chǎn)和人員傷亡的必要條件。這就對(duì)氣體的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)設(shè)備提出了較高的要求。作為一種重要的氣體探測(cè)器，氣體傳感器近年來(lái)得到了很大的發(fā)展。氣體傳感器的發(fā)展使得其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文介紹了氣體傳感器的發(fā)展情況及在氣體泄漏事故處置中的應(yīng)用前景。
一、氣體傳感器?國(guó)外從30年代開始研究開發(fā)氣體傳感器。過(guò)去氣體傳感器主要用于煤氣、液化石油氣、天然氣及礦井中的瓦斯氣體的檢測(cè)與報(bào)警，目前需要檢測(cè)的氣體種類繁多。按所用氣敏材料及氣敏特性不同，可分為半導(dǎo)體式、固體電解質(zhì)式、電化學(xué)式、接觸燃燒式、高分子式等。
二、氣體傳感器的發(fā)展方向目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)新的氣敏材料和氣體傳感器的研究非?；钴S，其主要研究和發(fā)展方向主要集中在以下幾點(diǎn)：首先，開發(fā)新的氣敏材料。目前有很多這方面的研究報(bào)道；其次是研制和開發(fā)復(fù)合型和混合型半導(dǎo)體氣敏材料和高分子氣敏材料，使這些材料對(duì)不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性。另外，開發(fā)新的氣體傳感器，應(yīng)用新材料、新工藝和新技術(shù)，對(duì)氣體傳感器的機(jī)理做進(jìn)一步研究，使傳感器更加微型化和多功能化，并具有性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。同時(shí)，進(jìn)一步采用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)氣體傳感器的智能化。氣體傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了智能氣體傳感器——電子鼻。國(guó)內(nèi)外已成功開發(fā)了鑒別和檢測(cè)食品、香料等的電子鼻。研制開發(fā)新型仿生氣體傳感器-仿生電子鼻是未來(lái)氣體傳感器發(fā)展的主要方向。
三、氣體傳感器在氣體泄漏事故處置中的應(yīng)用
3.1在氣體檢測(cè)及事故處置中的應(yīng)用
3.1.1檢測(cè)氣體種類及特性在氣體泄漏事故發(fā)生后，事故處置將圍繞采樣檢測(cè)、確定警戒區(qū)域、組織危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)群眾撤離、搶救中毒人員、堵漏、洗消等方面展開。進(jìn)行處置的第一個(gè)方面應(yīng)該是盡量減少泄漏對(duì)人員的傷害，這就要求了解泄漏氣體的毒性。氣體的毒性指泄漏使物質(zhì)能夠擾亂人們機(jī)體的正常反應(yīng)，因而降低人在事故中制訂對(duì)策和減輕傷害的能力。美國(guó)消防協(xié)會(huì)將物質(zhì)的毒性分為以下幾類：
NH=0火災(zāi)時(shí)除一般可燃物危險(xiǎn)外，短期接觸沒(méi)有其它危險(xiǎn)的物質(zhì)。
NH=1短期接觸可引起刺激，致人輕微傷害的物質(zhì)。
NH=2高濃度或短期接觸可致人暫時(shí)失去能力或殘留傷害。
NH=3短期接觸可致人嚴(yán)重的暫時(shí)或殘留傷害。
NH=4短暫接觸也能致人死亡或嚴(yán)重傷害。
3.1.2尋找泄漏點(diǎn)當(dāng)泄漏事故發(fā)生后，迅速尋找泄漏點(diǎn)，采取適當(dāng)?shù)亩侣┐胧┦欠乐故鹿蔬M(jìn)一步擴(kuò)大的必要條件。在有些情況下，由于管線較長(zhǎng)、容器較多、泄漏點(diǎn)較隱蔽等原因，特別是泄漏較輕時(shí)，泄漏點(diǎn)的尋找比較困難。由于氣體的擴(kuò)散性，氣體從容器或管線中泄漏出以后，在外部風(fēng)力和內(nèi)部濃度梯度的作用下，開始向四周擴(kuò)散，即離泄漏點(diǎn)越近，氣體的濃度越高。根據(jù)這一特點(diǎn)，使用智能氣體傳感器可解決這一問(wèn)題。與檢測(cè)氣體種類的智能傳感系統(tǒng)不同的是，這種系統(tǒng)的氣敏陣列選用若干敏感性部分重疊的氣敏元件組成，使傳感系統(tǒng)對(duì)某一種氣體的敏感性增強(qiáng)，利用計(jì)算機(jī)處理氣敏元件的信號(hào)變化，可以很快檢測(cè)出氣體的濃度變化，然后根據(jù)氣體濃度變化找到泄漏點(diǎn)。目前，氣敏元件集成化使傳感器系統(tǒng)的微型化成為可能。因此，可以開發(fā)小型易于攜帶的智能傳感器系統(tǒng)。將這一系統(tǒng)和合適的圖像識(shí)別技術(shù)相結(jié)合，利用遙控技術(shù)可以使它自動(dòng)進(jìn)入隱蔽空間、有毒有害等人員不宜進(jìn)入的地點(diǎn)工作，查找泄漏點(diǎn)的位置。
四、氣體傳感器在石油煉制工業(yè)中的應(yīng)用
石油煉制工業(yè)對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的意義，無(wú)論是工業(yè)、農(nóng)業(yè)還是交通運(yùn)輸和國(guó)防建設(shè)都離不開石油制品。石油經(jīng)過(guò)提煉和加工不僅可以得到各類能源燃料，而且其副產(chǎn)品還能夠用作重要的化工原料。
催化裂化是石油煉制過(guò)程中的重要一步。在冶煉廠中用于進(jìn)行催化裂化的反應(yīng)塔通常都很高大，而位于塔內(nèi)的催化劑又需每隔一段時(shí)間清理出來(lái)，以便添加新的催化原料。因此，該工作常常由人工完成。但即便是舊的催化劑移除后，塔內(nèi)仍然會(huì)產(chǎn)生硫化氫和一氧化碳等易燃和危險(xiǎn)性的氣體，所以必須使用氣體傳感器進(jìn)行測(cè)量。
在裂化塔內(nèi)采用氮?dú)?/span>“凈化”后，理論上來(lái)說(shuō)里面暫時(shí)是不含氧氣的，但并不能就此保證萬(wàn)無(wú)一失。為了保證氮?dú)獾募儍舳龋仨毨醚鯕鈧鞲衅鲗?duì)其中氧濃度含量加以監(jiān)測(cè)和報(bào)警。一般氧濃度報(bào)警范圍設(shè)定在2%到4%之間。
作為氧氣和毒氣電化學(xué)傳感器的先驅(qū)之一，城市技術(shù)的氣體傳感器在傳統(tǒng)兩電極電化學(xué)氣體傳感器的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加參考電極和輔助電極使得傳感器內(nèi)部電極數(shù)達(dá)到了三到四個(gè)。參考電極的加入提高了氣體傳感器測(cè)量的穩(wěn)定性，同時(shí)針對(duì)溫度變化的影響，輔助電極的加入能夠有效進(jìn)行補(bǔ)償，大大提高了電化學(xué)氣體傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確性。此外，對(duì)于測(cè)量環(huán)境存在干擾氣體情況，城市技術(shù)部分型號(hào)傳感器加裝過(guò)濾裝置，以便排干擾氣體對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
五、結(jié)束語(yǔ)開發(fā)新的氣體傳感器，特別是開發(fā)和完善智能氣體傳感系統(tǒng)，使之可以在氣體泄漏事故中起到報(bào)警、檢測(cè)、識(shí)別、智能決策等方面的作用。大大提高氣體泄漏事故處置的工作效率和安全性，對(duì)于控制事故損失具有重要的作用?，F(xiàn)在，氣體傳感器的研究和開發(fā)非?；钴S，新的氣敏材料不斷出現(xiàn)，氣體傳感器的智能化也得到了一定發(fā)展。
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