光離子化檢測器在油氣儲運泄漏檢測中的預警作用分析

              ——光離子化檢測技術的應用

    本文主要和大家探討油氣儲運中的監(jiān)測技術，在下文中我們會有兩個應用案例和大家一起分享。一個是在成品油倉儲現場的應用，另一個是在重油管道運輸環(huán)節(jié)的泄漏監(jiān)測。

關鍵字：大分子烴類、光離子化、中毒、罐區(qū)

傳統的檢測手法-催化燃燒檢測器

    一個惠司通電橋LEL傳感器就是一個由兩個燃燒元件的簡單的小電爐，其中一個元件上涂覆有催化劑（如鉑），但不幸的是，惠司通電橋也可能因為“燃燒"過度而損壞失效，從而無法得到正確的安全提示，而這種失效只能用標準氣體才能測試出來。大家都知道油氣成分主要是大分子的烴類、而且混合組分中含有各種S、Cl、Pb等元素.

這種方法用在油氣儲運是否合適呢？

“較重的"碳氫化合物很難擴散進LEL傳感器，從而降低輸出

有些“較重的"（低蒸汽壓/高沸點）的碳氫化合物蒸汽很難通過LEL傳感器的燒結金屬隔火柵，而這種隔火柵使每個LEL傳感器都具有了防止傳感器本身引起待測易燃易爆氣體燃燒和爆炸的可能，但不會阻隔像甲烷、乙烷、丙烷等進入傳感中的惠司通電橋。然而，低蒸汽壓的碳氫化合物，比如汽油、煤油、松節(jié)油、溶劑等很難通過隔火柵，這樣到達惠司通電橋的蒸汽量就很少，傳感器的反應也就比較差。

常見化合物會使LEL傳感器中毒

既使在的情形下，惠司通電橋型的LEL傳感器也很難測量更多的碳氫化合物。同時，常見的工業(yè)化學品也可能降低甚至損壞LEL檢測器的性能。有的影響非常迅速（急性中毒），有些又可能相當緩慢（慢性中毒）。就同人中毒一樣，傳感器的中毒也同“毒劑"的劑量有關。

LEL傳感器的急性中毒:

2     含硅化合物

2     含鉛化合物

2     含硫化合物

2     含磷化合物

2     六甲基二硅氮烷(HMDS)

這些化合物僅要幾個ppm的量就可能降低惠司通電橋傳感器的性能。硅化合物是這些物質中zui為常見的，它存在于各類材料之中，比如潤滑油、粘合劑、硅橡膠（包括填漏劑和密封劑等），石蠟和打磨劑、滅火劑和滅火泡沫等等。

LEL傳感器的慢性中毒

2     硫化氫

2     鹵代物（氟里昂、三氯乙烯、甲基氯）

2     苯乙烯

這些物質是LEL傳感器的“抑制劑"，它們會使惠司通電橋的反應變遲鈍。通常情況下，在空氣中放置一段時間后，清潔空氣會使這些物質在電橋上“燃燒"*，但當將傳感器在含有這些物質的環(huán)境中工作時，惠司通電橋的輸出會明顯降低，甚至到零。

光離子化檢測器（PID）是什么樣的檢測器

PID使用了一個紫外燈（UV）光源將有機物打成可被檢測器檢測到的正負離子（離子化）。檢測器測量離子化了的氣體的電荷并將其轉化為電流信號，電流被放大并顯示出“PPM"濃度值。在被檢測后，離子重新復合成為原來的氣體和蒸汽。PID是一種非破壞性檢測器，它不會“燃燒"或*性改變待測氣體，這樣一來，經過PID檢測的氣體仍可被收集作進一步的測定。PID不依賴于氧氣的存在進行檢測，所以它更適用于檢測各種情況下碳氫化合物的濃度。

PID檢測器，對芳香族碳氫化合物、鹵族有機化合物的檢測靈敏度遠遠超過 FID ，線性范圍滿足定量檢測的技術要求。 現在，光離子化技術已被美國國家環(huán)保局 (EPA)、國土安全部（DHS）、美國職業(yè)安全與健康局 (NOSHA)和美國職業(yè)安全與健康研究所 (N IOSHA)定為具有法律仲裁效力的環(huán)境中有毒物質的分析檢測方法。在中國，PID技術在環(huán)境保護和職業(yè)健康領域得到廣泛應用，因其高靈敏度的檢測技術必將在工業(yè)安全領域得到更好的應用。

應用場合：石化庫區(qū)，涉及汽油，柴油罐，儀表安裝罐的周圍和管道閥門環(huán)節(jié)。

下面我們來看兩個實際使用案例：

案例1： 國內某成品油倉儲現場應用

標準依據：

1. 國標 50493-2009標準中5.2的5.2.2苯的檢測器的選擇，苯氣體選用半導體或光離子化檢測器。

*，半導體傳感器受濕度和其它氣體的較差干擾非常嚴重，而且涉及到苯系物的毒性比較強，因此需要一款靈敏度很高且性能穩(wěn)定的檢測儀表。光離子化檢測器的靈敏度我們可以這樣打個比方，如果將有毒氣體和蒸汽看成是一條大江的話，即使你游入大江，半導體檢測器可能還沒有反應，而則在你剛剛濕腳的時候就告知你。

1. 《危險化學品罐區(qū)現場安全裝備設置規(guī)范》AQ-3036-2010中7.4.7明確提到了，化合物的電離能小于紫外燈發(fā)射的能量時，優(yōu)先使用PID檢測器。

RAE一直致力于氣體檢測技術的開發(fā)和研究，為體現社會公民的責任，積極投身到各種安全規(guī)范的編制中去，剛才提到的《危險化學品罐區(qū)現場安全裝備設置規(guī)范》就由公司參與起草并修訂的。

倉儲現場使用在線監(jiān)測儀表的應用圖片

案例2：重油管道運輸環(huán)節(jié)的泄漏監(jiān)測

重油中很多VOC 成份確實是易燃物質并且可以被LEL(Lower Explosive Limit) 檢測器或稱易燃易爆氣體檢測器所檢測到。但是，由于LEL 傳感器較低的靈敏度還不足以確認泄漏而無法應用于應急事故之中。也就是說LEL檢測的是空間的爆炸性而非重油泄漏而產生的低濃度VOC氣體。LEL 傳感器測量的是爆炸性而不是泄漏。實際上，重油泄漏后的揮發(fā)氣體即使在其濃度遠遠低于LEL傳感器靈敏度時，泄漏量已經對生產造成危害。

檢測重油對安全生產的必要性

三高(凝點高、含蠟高、膠質高)原油，揮發(fā)性差，原油泄漏時所產生的揮發(fā)性氣體達不到常規(guī)LEL%可燃氣體檢測儀顯示zui低下限值，更談不上報警。國內諸多原油存儲油庫、輸油站場基本都是安裝的傳統的LEL%可燃氣體檢測儀，并不是說LEL%可燃氣體檢測儀不報警就是不準，而是由于其固有的檢測原理，決定了其產品的適用性，例如：

2008年9月13日，某單位一中間輸油站輸泵房驅動端發(fā)生泄漏，甩的滿屋子都是原油，裝于泵房內的兩路可燃氣體報警儀均未報警。

2009年1月8日，某單位輸油站原油外輸泵房內污油罐發(fā)生溢罐，地面流的滿是原油，而裝于泵房內的兩路可燃氣體報警儀均未報警。

重油的揮發(fā)特性

重油是多組分碳氫化合物的混合物，主要成分是長鏈烷基烴、長鏈環(huán)烷基烴、芳基烴，其中大部分揮發(fā)物的電離電位在10.6eV以下，僅少量的甲烷、氫氣、二氧化碳等電離電位高于10.6eV。PID檢測器可以檢測大部分重油揮發(fā)組分，響應組份從C4至C12以上，同時，PID檢測靈敏度范圍覆蓋重油揮發(fā)擴散的整個區(qū)域。

重油揮發(fā)量與環(huán)境因素有關，特別是溫度對揮發(fā)程度的影響很大，正常條件下重油的揮發(fā)量很小，除液面上方50毫米區(qū)域外，其它區(qū)域擴散的分子濃度基本都在ppm或ppb數量級，這就要求檢測儀器的靈敏度在這個范圍。本項目的目的是監(jiān)控泵房輸送設備的運行安全，及時發(fā)現意外泄漏，及時搶修運行中的設備，將設備故障的損失降低到zui小程度。因此，在儀器檢測范圍的選擇上主要考慮安全檢測的需要，選擇1000ppm的檢測量程監(jiān)控泵房間的氣體濃度。

某泵站檢測數據分析

泵房狀態(tài)數據

儀器檢測數據與液面高度對應表：

檢測技術在重油管道泵房的應用

 結束語

PID檢測技術與傳統的催化燃燒、半導體檢測技術相比較,具有以下特點。

1)由于采用的是PID檢測技術,難以揮發(fā)的大分子有機化合物的檢測靈敏度和多組分混合物的廣譜響應很好。

2)采用紫外光學物理檢測技術，對檢測濃度沒有嚴格限制，不會造成過載等因素對傳感器的破壞。

3)光學檢測器無“中毒"現象，適應硫化物、鹵化物、硅化物環(huán)境，傳感器壽命長,具有長期的穩(wěn)定性和精度,日常維護的工作量很小。

4）特別適用于早期的微量泄漏檢測。

5）不依賴于外界環(huán)境，比如催化燃燒傳感器要求O2的含量不小于10%VOl，而PID技術不依賴于氧氣的存在。