氫氣報(bào)警器安裝高度不規(guī)范埋下了安全隱患

2022 年 4 月 23 日 23 時(shí) 0 分， 勝利煉油廠 140萬(wàn) t/a 加氫裂化裝置外操人員到新氫壓縮機(jī) K401/C處巡檢，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。23時(shí)59分15秒，該壓縮機(jī)一級(jí)氣缸出現(xiàn)間斷性異響，隨后，振動(dòng)值快速上升，機(jī)身振動(dòng)高報(bào)警。23時(shí)59分55秒，一級(jí)缸頭水套蓋脫落，小股氣流從缸頭蓋處噴出，24s 后，大量氫氣從一級(jí)氣缸噴出，隨即著火。24日0時(shí)20分，切除氫氣流程后火勢(shì)變小，1時(shí)18分，明火被撲滅。事故造成兩臺(tái)壓縮機(jī)過火，廠房局部坍塌和裝置非計(jì)劃停工。事后調(diào)查顯示，壓縮機(jī)附近安裝的國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的三臺(tái)氫氣報(bào)警器安裝在壓縮機(jī)平臺(tái)上，未按標(biāo)準(zhǔn)安裝在壓縮機(jī)上方，氫氣泄漏后，三臺(tái)表檢測(cè)始終為0，均未報(bào)警。不排除該壓縮機(jī)在設(shè)備管理和工藝管理上可能存在缺陷，但是三臺(tái)氫氣報(bào)警器的不合規(guī)安裝卻為此事故的發(fā)生早早地埋下了安全隱患，造成該公司不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。此事故引起勝利煉油廠高度重視，進(jìn)一步引發(fā)了勝利煉油廠對(duì)生產(chǎn)裝置所在的氫氣報(bào)警器是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范及時(shí)進(jìn)行了排查，對(duì)發(fā)現(xiàn)不合規(guī)的氫氣報(bào)警器提出了整改方案。

石油化工行業(yè)生產(chǎn)過程中不可避免地產(chǎn)生大量易燃和有毒氣體，這些有毒氣體一旦發(fā)生泄漏，就可能引發(fā)火災(zāi)、中毒甚至爆炸事故，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，危害工作人員的身體健康，對(duì)社會(huì)也產(chǎn)生惡劣影響。氣體檢測(cè)報(bào)警器作為長(zhǎng)期連續(xù)檢測(cè)環(huán)境空氣中某種氣體濃度的計(jì)量?jī)x器，確保其安裝符合設(shè)計(jì)規(guī)范是有效預(yù)防氣體泄漏引發(fā)事故的必要條件。針對(duì)案例對(duì)氫氣的氣體特性進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

1.1 氫氣的理化性質(zhì)

    在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氫氣為無(wú)色、無(wú)臭可燃?xì)怏w，比空氣輕，且不溶于水。

1.2 氫氣的危害

    氫氣可通過吸入、食入或經(jīng)皮膚吸收等途徑侵入人的身體，吸入氫氣后，人會(huì)出現(xiàn)燒灼感、咳嗽、喘息、氣短、頭痛、惡心和嘔吐等癥狀。氫氣的最大危害在于與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱或明火即會(huì)發(fā)生爆炸。

2 氫氣報(bào)警器的工作原理

    氫氣屬于可燃?xì)獾姆懂?，與空氣的混合氣體在一定溫度下發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生一定的產(chǎn)物和一定的熱量。根據(jù)傳感器檢測(cè)原理的不同，氫氣報(bào)警器可以分為催化燃燒式、紅外式、半導(dǎo)體式等類型。由于勝利煉油廠的氫氣報(bào)警器大部分采用催化燃燒式的報(bào)警器，因此本節(jié)著重介紹催化燃燒式報(bào)警器的工作原理。

催化燃燒式氣體傳感器主要由檢測(cè)元件、補(bǔ)償元件和兩個(gè)固定電阻構(gòu)成惠斯通橋路。其中，補(bǔ)償元件是對(duì)外界溫度或濕度變化起補(bǔ)償作用。如圖1所示。

當(dāng)空氣中無(wú)可燃性氣體時(shí)，氣路輸出 U 等于零，則此橋路處于平衡狀態(tài)，滿足 R1×R2=R3×R4。當(dāng)空氣中含有可燃性氣體的混合氣體擴(kuò)散到檢測(cè)元件時(shí)，迅速進(jìn)行無(wú)焰燃燒，并產(chǎn)生反應(yīng)熱，使 R3增大，電橋輸出一個(gè)變化的電壓信號(hào) U，這個(gè)電壓信號(hào)的大小與可燃?xì)怏w的濃度成正比。信號(hào)經(jīng)放大送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，然后送至微處理器運(yùn)算后通過顯示屏顯示可燃?xì)怏w的濃度，最后經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)輸出4~20 mA 的模擬信號(hào)到工控室，如下圖2所示。

3 氣體檢測(cè)報(bào)警器的安裝

    氣體檢測(cè)報(bào)警器的安裝應(yīng)盡量避免沖擊、振動(dòng)、強(qiáng)電磁干擾等因素的影響，并且其安裝位置要便于更換和后期維護(hù)。按照 GB/T 50493—2019《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，通過檢測(cè)泄漏氣體的分子量與環(huán)境空氣分子量的比值大小，可以判別泄漏氣體相對(duì)于環(huán)境空氣的輕重，

3.1 泄漏氣體分子量與環(huán)境空氣分子量的比值關(guān)系如下[3-4]。

（1）比值≥1.2，說(shuō)明泄漏氣體比空氣重 ；

（2）1.0≤比值≤1.2，說(shuō)明泄漏氣體比空氣略重；

（3）比值≤0.8，說(shuō)明泄漏氣體比空氣輕 ；

（4）0.8≤比值≤1.0，說(shuō)明泄漏氣體比空氣略輕。

3.2 不同比重氣體檢測(cè)報(bào)警器對(duì)應(yīng)的安裝高度不同

（1）檢測(cè)比重重于空氣的可燃?xì)怏w或有毒氣體的氣體檢測(cè)報(bào)警器，其應(yīng)安放在距地面（或樓層地面）0.3~0.6 m 高度并靠近釋放源 ；

（2）檢測(cè)比重略重于空氣的可燃?xì)怏w或有毒氣體的氣體檢測(cè)報(bào)警器，其安裝高度應(yīng)高出釋放源0.5~1.0 m ；

（3）檢測(cè)比重輕于空氣的可燃?xì)怏w或有毒氣體的氣體檢測(cè)報(bào)警器，其安裝高度應(yīng)在釋放源2 m 內(nèi) ；

（4）檢測(cè)比重略輕于空氣的可燃?xì)怏w或有毒氣體的氣體檢測(cè)報(bào)警器，其安裝高度應(yīng)高出釋放源0.5~1.0 m。

3.3 確定氣體檢測(cè)報(bào)警器的安裝高度后，還需要確

定其水平位置

（1）當(dāng)生產(chǎn)裝置的釋放源處于露天或敞開式廠房布置的設(shè)備區(qū)域內(nèi)時(shí)，可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器與釋放源的水平距離不宜大于10 m，有毒氣體檢測(cè)報(bào)警器與釋放源的水平距離不宜大于10 m ；

（2）當(dāng)生產(chǎn)裝置的釋放源處于封閉或局部通風(fēng)不良的半敞開廠房?jī)?nèi)，可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器距其所覆蓋

范圍內(nèi)的任一釋放源不宜大于5 m，有毒氣體檢測(cè)報(bào)警器距其所覆蓋范圍內(nèi)的任一釋放源不宜大于2 m ；

（3）比空氣輕的可燃?xì)怏w或有毒氣體釋放源處于封閉或局部通風(fēng)不良的半敞開廠房?jī)?nèi)，除應(yīng)在釋放源

上方設(shè)置氣體檢測(cè)報(bào)警器外，還應(yīng)在廠房?jī)?nèi)最高點(diǎn)氣體易于積聚處設(shè)置可燃或有毒氣體檢測(cè)報(bào)警器。

4 問題的提出

環(huán)境空氣主要由氮?dú)夂脱鯕饨M成，它們的體積比約為4 ：1，因此可以計(jì)算環(huán)境空氣的相對(duì)分子量 ：環(huán)境空氣的相對(duì)分子量 =28×4/5+32×1/5≈29氫氣的分子量為2，所以可以計(jì)算氫氣與環(huán)境空氣的比值 ：比值 =2/29≈0.07<0.8

因此，氫氣比空氣輕。按照國(guó)家的安裝標(biāo)準(zhǔn)，只需要把氫氣報(bào)警器安裝在高于釋放源2 m范圍內(nèi)即可。對(duì)全廠98臺(tái)氫氣報(bào)警器進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)有37臺(tái)氫氣報(bào)警器的安裝完全不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，問題主要集中表現(xiàn)在部分壓縮機(jī)、容器等處的氫氣報(bào)警器的水平位置安裝合理，但是其垂直安裝高度卻按照可燃報(bào)警器的標(biāo)準(zhǔn)安裝，尤其是壓縮機(jī)處的氫氣報(bào)警器，其安裝高度遠(yuǎn)低于最容易泄漏氫氣所在的氣缸處，一旦發(fā)生泄漏，該報(bào)警器將起不了任何報(bào)警作用，會(huì)給生產(chǎn)裝置的運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。