氣體傳感器在石油化工天然氣中的應用

隨著石化工業的發展，易燃，易爆和有毒氣體的類型和應用已經增加。這些氣體一旦在生產，運輸和使用過程中泄漏，將引起中毒，火災甚至爆炸事故，嚴重危害人們的生命和財產安全。由于氣體本身的擴散性，發生泄漏后，氣體將在外部風和內部濃度梯度的作用下沿地面擴散，在事故現場形成燃燒爆炸或中毒危險區，并擴大危險區域。區域。例如，1995年7月，四川省成都市化工總廠液氯車間發生氯氣泄漏，造成3人死亡，6人現場受傷。僅用了一個小時，就可以在幾十平方公里的城市中聞到氣味，產生氯氣味。因此，此類事故具有突發性，迅速蔓延，救援困難，危害范圍廣的特點。一旦發生漏氣事故，必須盡快采取相應措施，將事故損失降至最低水平。及時可靠地檢測空氣中某些氣體的含量，及時采取有效的補救措施，并采取正確的處置方法以減少泄漏造成的事故，是避免造成重大財產和人員傷亡的必要條件。這對氣體檢測和監測設備提出了更高的要求。氣體傳感器作為重要的氣體檢測器，近年來得到了很大的發展。氣體傳感器的發展使其越來越廣泛地被使用。本文介紹了氣體傳感器的發展及其在氣體泄漏事故處理中的應用前景。 1氣體傳感器自1930年代以來，國外一直在研究和開發氣體傳感器。過去，氣體傳感器主要用于瓦斯，液化石油氣，天然氣和礦井瓦斯的檢測和報警。目前，要檢測的氣體類型已從原始還原性氣體（H2，C4H10，CH4）擴展到有毒氣體（CO，NO2，H2S，NO，NH3，PH3）等。氣體傳感器的類型很多。根據氣敏材料和氣敏特性的不同，可分為半導體型，固體電解質型，電化學型，接觸燃燒型和聚合物型。 1.1半導體氣體傳感器該傳感器主要使用半導體氣體敏感材料。自從1962年推出半導體金屬氧化物氣體傳感器以來，由于其高靈敏度和快速響應等優點，它已被廣泛使用。目前，它已成為世界上最大，使用最廣泛的傳感器之一。根據氣敏性特征量的不同檢測方法，分為電阻型和非電阻型。電阻型半導體氣體傳感器通過檢測氣體感應元件隨氣體含量的變化而工作。主要使用金屬氧化物陶瓷氣敏材料。近年來，隨著復合金屬氧化物，混合金屬氧化物等新材料的研究與開發，該氣體傳感器的特性和應用范圍得到了很大的提高。例如：WO3氣體傳感器可檢測5ppm至50ppm的NH3濃度范圍，ZnO-CuO氣體傳感器對200ppm CO非常敏感。非電阻半導體氣體傳感器的工作原理是氣體傳感元件的電流或電壓隨氣體含量變化。主要有MOS二極管型和結型二極管型，以及場效應管型氣體傳感器。檢測氣體主要是易燃氣體，例如氫氣和硅烷。 1.2固體電解質氣體傳感器固體電解質氣體傳感器使用固體電解質氣體檢測材料作為氣體檢測元件。原理是氣敏材料在通過氣體時會產生離子，從而形成電動勢，并測量電動勢以測量氣體濃度。由于其高電導率，良好的靈敏度和選擇性，它已被廣泛使用，并且幾乎進入了各個領域，例如石化，環保，采礦等領域，僅次于金屬氧化物半導體氣體傳感器。如測量H2S的YST-Au-WO3，測量NH3的NH + 4CaCO3等。 1.3接觸燃燒式氣體傳感器可分為兩種：直接接觸式燃燒和催化接觸式燃燒。其工作原理是：給氣敏材料通電時，易燃氣體在催化劑的作用下被氧化或燃燒，產生的熱量使電熱絲發熱，從而改變其電阻值，并測量電阻更改以測量氣體濃度。該傳感器只能測量易燃氣體，對不燃氣體不敏感。例如，通過在鉑絲上涂覆活性催化劑（例如Rh和Pd）制成的傳感器具有廣譜特性，也就是說，它們可以檢測各種可燃氣體。接觸式燃燒氣體傳感器在環境溫度下非常穩定，并且可以在爆炸下限處檢測到大多數可燃氣體。它廣泛用于石化廠，造船廠，礦山隧道，浴室，廚房等。監視和報警。 1.4聚合物氣體傳感器近年來，使用聚合物氣體敏感材料的氣體傳感器得到了顯著發展。當聚合物氣體敏感材料遇到特定氣體時，其物理特性（例如電阻，介電常數，表面聲波的傳播速度和頻率以及材料重量）會發生變化。主要有酞菁聚合物，LB膜，苯基氰基乙炔，聚乙烯醇-磷酸，聚異丁烯，氨基十一烷基硅烷等。高分子氣體敏感材料因其易于操作，簡單的工藝，在室溫下的選擇性好，價格低廉以及易于與微結構傳感器和聲表面波裝置集成而在檢測有毒氣體和食品新鮮度方面起著重要作用。 。根據所用材料的氣敏特性，可以將這種傳感器分為：聚合物電阻氣體傳感器，通過測量氣敏材料的電阻來測量氣體濃度，并通過測量電動勢來確定。在氣敏材料吸收氣體時形成的濃度差電池上。濃度差電池型氣體傳感器用于氣體濃度，基于聲表面上聲波的速度或頻率的原理制成的表面聲波氣體傳感器高分子氣體敏感材料吸收氣體后，以及高分子氣體敏感材料吸收氣體后，材料會發生變化。石英振子式氣體傳感器通過改變重量制成。聚合物氣體傳感器對特定氣體分子具有高靈敏度，良好的選擇性和簡單的結構。它可以在室溫下使用，可以彌補其他氣體傳感器的缺點。 2.氣體傳感器的發展方向目前，國內外對新型氣體敏感材料和氣體傳感器的研究非常活躍。主要的研究方向主要集中在以下幾點：首先，開發新型的氣敏材料。主要措施是在傳統的半導體氣體敏感材料SnO，SnO2，Fe2O3中摻雜一些元素。該領域有許多研究報告，隨后是復合和混合半導體氣敏材料和聚合物氣敏材料的研究與開發。 ，使這些材料對不同氣體具有高靈敏度，高選擇性和高穩定性。另外，新型氣體傳感器的開發，新材料，新工藝和新技術的應用，對氣體傳感器機理的進一步研究，使傳感器更加小型化和多功能化，具有性能穩定，易于使用的特點。 ，而且價格低廉。同時，進一步采用計算機技術來實現氣體傳感器的智能化。結合氣體傳感器和計算機技術，出現了智能氣體傳感器mdash，mdash和電子鼻。電子鼻已在國內外成功開發用于食品，香料等的識別和檢測。新型仿生氣體傳感器-仿生電子鼻的開發是未來氣體傳感器發展的主要方向。 3.氣體傳感器在氣體泄漏事故處理中的應用3.1用于可燃氣體監測和報警目前，氣體敏感材料的發展使得氣體傳感器具有高靈敏度，性能穩定，結構簡單的特點。尺寸小巧，價格低廉，并提高了傳感器的性能。選擇性和靈敏度。現有的氣體警報器大多使用氧化錫和貴金屬催化劑對氣體敏感的元素，但是選擇性差，并且警報的準確性受催化劑中毒的影響。半導體氣體敏感材料對氣體的敏感性與溫度有關。常溫下靈敏度低。隨著溫度升高，靈敏度增加，并在特定溫度下達到峰值。由于這些對氣體敏感的材料需要在更高的溫度（通常高于100°C）下達到最高的靈敏度，因此，這不僅會消耗更多的加熱功率，還會引發火災。氣體傳感器的發展解決了這個問題。例如，由氧化鐵類氣敏性陶瓷制成的氣體傳感器可以是不添加貴金屬催化劑而具有高靈敏度，良好的穩定性和選擇性的氣體傳感器。降低半導體氣體敏感材料的工作溫度，大大提高其在室溫下的敏感度，使其可以在室溫下工作。目前，除了常用的單金屬氧化物陶瓷外，還開發了一些復合金屬氧化物半導體氣敏陶瓷和混合金屬氧化物氣敏陶瓷。在生產，儲存，運輸和使用易燃，易爆，有毒和有害氣體等場所安裝氣體傳感器，并及時檢測氣體含量，及早發現泄漏事故。氣體傳感器與保護系統相連，使保護系統在氣體達到爆炸極限之前起作用，并將事故損失控制在最低限度。同時，氣體傳感器的小型化和降價使其可以進入家庭。 3.2在瓦斯探測和事故處理中的應用3.2.1瓦斯類型和特征的檢測發生瓦斯泄漏事故后，將在采樣和檢測周圍進行事故處理，確定警報區域，組織疏散危險區域的人員，營救中毒人員，堵漏，去污等方面。處置的第一個方面應該是最大程度地減少泄漏造成的人員傷害，這需要了解泄漏氣體的毒性。氣體的毒性是指泄漏，該泄漏使該物質干擾了人體的正常反應，從而降低了人制定對策的能力，并減少了事故中的傷害。美國消防協會將物質的毒性分為以下幾類：NH = 0除了火災中的一般可燃危害外，短期暴露中沒有其他有害物質。 NH = 1短期接觸會引起刺激和輕微傷害的物質。 NH = 2高濃度或短期暴露會導致暫時的殘疾或殘余傷害。 NH = 3短期暴露可能會造成嚴重的暫時或殘余傷害。 NH = 4短期暴露也可能導致死亡或嚴重傷害。 [ZK] gt，注：以上毒性系數N / -H值僅用于指示人為傷害的程度，不能用于工業衛生和環境評估。由于有毒氣體會通過人體呼吸系統進入人體并造成傷害，因此在處理有毒氣體泄漏事故時必須迅速完成安全保護。這就要求事故處理人員在到達事故現場后最短的時間內就能了解氣體類型和毒性的特征。將氣體傳感器陣列與計算機技術相結合，形成一個智能的氣體檢測系統，該系統可以快速而準確地識別出氣體的類型，從而測量氣體的毒性。智能氣體傳感系統由氣體傳感陣列，信號處理系統和輸出系統組成。使用具有不同敏感特性的多個氣體敏感元件形成陣列，并使用神經網絡模式識別技術進行混合氣體的氣體識別和濃度監測。同時，將普通有毒，有害和易燃氣體的類型，性質和毒性輸入計算機，并根據氣體的性質將事故處置計劃編入計算機。當發生泄漏事故目前，智能氣體檢測系統將按照以下程序工作：進入現場rarr，吸附氣體樣品rarr，氣體傳感器生成信號rarr，計算機識別信號rarr，計算機輸出的氣體類型，性質，毒性和處置計劃傳感器的靈敏度很高，可以在氣體濃度很低時執行檢測，而不必深入事故現場，以免因不了解情況而造成不必要的傷害。使用計算機處理，可以快速完成上述過程。這樣，您可以快速而準確地采取有效的防護措施，實施正確的處置計劃，并將事故損失降到最低。另外，由于該系統存儲了常見氣體的性質和處置計劃，因此，如果您知道泄漏中的氣體類型，則可以在該系統中直接查詢該氣體的性質和處置計劃。