气体传感器在石油化工天然气中的应用

随着石化工业的发展，易燃，易爆和有毒气体的类型和应用已经增加。这些气体一旦在生产，运输和使用过程中泄漏，将引起中毒，火灾甚至爆炸事故，严重危害人们的生命和财产安全。由于气体本身的扩散性，发生泄漏后，气体将在外部风和内部浓度梯度的作用下沿地面扩散，在事故现场形成燃烧爆炸或中毒危险区，并扩大危险区域。区域。例如，1995年7月，四川省成都市化工总厂液氯车间发生氯气泄漏，造成3人死亡，6人现场受伤。仅用了一个小时，就可以在几十平方公里的城市中闻到气味，产生氯气味。因此，此类事故具有突发性，迅速蔓延，救援困难，危害范围广的特点。一旦发生漏气事故，必须尽快采取相应措施，将事故损失降至最低水平。及时可靠地检测空气中某些气体的含量，及时采取有效的补救措施，并采取正确的处置方法以减少泄漏造成的事故，是避免造成重大财产和人员伤亡的必要条件。这对气体检测和监测设备提出了更高的要求。气体传感器作为重要的气体检测器，近年来得到了很大的发展。气体传感器的发展使其越来越广泛地被使用。本文介绍了气体传感器的发展及其在气体泄漏事故处理中的应用前景。 1气体传感器自1930年代以来，国外一直在研究和开发气体传感器。过去，气体传感器主要用于瓦斯，液化石油气，天然气和矿井瓦斯的检测和报警。目前，要检测的气体类型已从原始还原性气体（H2，C4H10，CH4）扩展到有毒气体（CO，NO2，H2S，NO，NH3，PH3）等。气体传感器的类型很多。根据气敏材料和气敏特性的不同，可分为半导体型，固体电解质型，电化学型，接触燃烧型和聚合物型。 1.1半导体气体传感器该传感器主要使用半导体气体敏感材料。自从1962年推出半导体金属氧化物气体传感器以来，由于其高灵敏度和快速响应等优点，它已被广泛使用。目前，它已成为世界上最大，使用最广泛的传感器之一。根据气敏性特征量的不同检测方法，分为电阻型和非电阻型。电阻型半导体气体传感器通过检测气体感应元件随气体含量的变化而工作。主要使用金属氧化物陶瓷气敏材料。近年来，随着复合金属氧化物，混合金属氧化物等新材料的研究与开发，该气体传感器的特性和应用范围得到了很大的提高。例如：WO3气体传感器可检测5ppm至50ppm的NH3浓度范围，ZnO-CuO气体传感器对200ppm CO非常敏感。非电阻半导体气体传感器的工作原理是气体传感元件的电流或电压随气体含量变化。主要有MOS二极管型和结型二极管型，以及场效应管型气体传感器。检测气体主要是易燃气体，例如氢气和硅烷。 1.2固体电解质气体传感器固体电解质气体传感器使用固体电解质气体检测材料作为气体检测元件。原理是气敏材料在通过气体时会产生离子，从而形成电动势，并测量电动势以测量气体浓度。由于其高电导率，良好的灵敏度和选择性，它已被广泛使用，并且几乎进入了各个领域，例如石化，环保，采矿等领域，仅次于金属氧化物半导体气体传感器。如测量H2S的YST-Au-WO3，测量NH3的NH + 4CaCO3等。 1.3接触燃烧式气体传感器可分为两种：直接接触式燃烧和催化接触式燃烧。其工作原理是：给气敏材料通电时，易燃气体在催化剂的作用下被氧化或燃烧，产生的热量使电热丝发热，从而改变其电阻值，并测量电阻更改以测量气体浓度。该传感器只能测量易燃气体，对不燃气体不敏感。例如，通过在铂丝上涂覆活性催化剂（例如Rh和Pd）制成的传感器具有广谱特性，也就是说，它们可以检测各种可燃气体。接触式燃烧气体传感器在环境温度下非常稳定，并且可以在爆炸下限处检测到大多数可燃气体。它广泛用于石化厂，造船厂，矿山隧道，浴室，厨房等。监视和报警。 1.4聚合物气体传感器近年来，使用聚合物气体敏感材料的气体传感器得到了显着发展。当聚合物气体敏感材料遇到特定气体时，其物理特性（例如电阻，介电常数，表面声波的传播速度和频率以及材料重量）会发生变化。主要有酞菁聚合物，LB膜，苯基氰基乙炔，聚乙烯醇-磷酸，聚异丁烯，氨基十一烷基硅烷等。高分子气体敏感材料因其易于操作，简单的工艺，在室温下的选择性好，价格低廉以及易于与微结构传感器和声表面波装置集成而在检测有毒气体和食品新鲜度方面起着重要作用。 。根据所用材料的气敏特性，可以将这种传感器分为：聚合物电阻气体传感器，通过测量气敏材料的电阻来测量气体浓度，并通过测量电动势来确定。在气敏材料吸收气体时形成的浓度差电池上。浓度差电池型气体传感器用于气体浓度，基于声表面上声波的速度或频率的原理制成的表面声波气体传感器高分子气体敏感材料吸收气体后，以及高分子气体敏感材料吸收气体后，材料会发生变化。石英振子式气体传感器通过改变重量制成。聚合物气体传感器对特定气体分子具有高灵敏度，良好的选择性和简单的结构。它可以在室温下使用，可以弥补其他气体传感器的缺点。 2.气体传感器的发展方向目前，国内外对新型气体敏感材料和气体传感器的研究非常活跃。主要的研究方向主要集中在以下几点：首先，开发新型的气敏材料。主要措施是在传统的半导体气体敏感材料SnO，SnO2，Fe2O3中掺杂一些元素。该领域有许多研究报告，随后是复合和混合半导体气敏材料和聚合物气敏材料的研究与开发。 ，使这些材料对不同气体具有高灵敏度，高选择性和高稳定性。另外，新型气体传感器的开发，新材料，新工艺和新技术的应用，对气体传感器机理的进一步研究，使传感器更加小型化和多功能化，具有性能稳定，易于使用的特点。 ，而且价格低廉。同时，进一步采用计算机技术来实现气体传感器的智能化。结合气体传感器和计算机技术，出现了智能气体传感器mdash，mdash和电子鼻。电子鼻已在国内外成功开发用于食品，香料等的识别和检测。新型仿生气体传感器-仿生电子鼻的开发是未来气体传感器发展的主要方向。 3.气体传感器在气体泄漏事故处理中的应用3.1用于可燃气体监测和报警目前，气体敏感材料的发展使得气体传感器具有高灵敏度，性能稳定，结构简单的特点。尺寸小巧，价格低廉，并提高了传感器的性能。选择性和灵敏度。现有的气体警报器大多使用氧化锡和贵金属催化剂对气体敏感的元素，但是选择性差，并且警报的准确性受催化剂中毒的影响。半导体气体敏感材料对气体的敏感性与温度有关。常温下灵敏度低。随着温度升高，灵敏度增加，并在特定温度下达到峰值。由于这些对气体敏感的材料需要在更高的温度（通常高于100°C）下达到最高的灵敏度，因此，这不仅会消耗更多的加热功率，还会引发火灾。气体传感器的发展解决了这个问题。例如，由氧化铁类气敏性陶瓷制成的气体传感器可以是不添加贵金属催化剂而具有高灵敏度，良好的稳定性和选择性的气体传感器。降低半导体气体敏感材料的工作温度，大大提高其在室温下的敏感度，使其可以在室温下工作。目前，除了常用的单金属氧化物陶瓷外，还开发了一些复合金属氧化物半导体气敏陶瓷和混合金属氧化物气敏陶瓷。在生产，储存，运输和使用易燃，易爆，有毒和有害气体等场所安装气体传感器，并及时检测气体含量，及早发现泄漏事故。气体传感器与保护系统相连，使保护系统在气体达到爆炸极限之前起作用，并将事故损失控制在最低限度。同时，气体传感器的小型化和降价使其可以进入家庭。 3.2在瓦斯探测和事故处理中的应用3.2.1瓦斯类型和特征的检测发生瓦斯泄漏事故后，将在采样和检测周围进行事故处理，确定警报区域，组织疏散危险区域的人员，营救中毒人员，堵漏，去污等方面。处置的第一个方面应该是最大程度地减少泄漏造成的人员伤害，这需要了解泄漏气体的毒性。气体的毒性是指泄漏，该泄漏使该物质干扰了人体的正常反应，从而降低了人制定对策的能力，并减少了事故中的伤害。美国消防协会将物质的毒性分为以下几类：NH = 0除了火灾中的一般可燃危害外，短期暴露中没有其他有害物质。 NH = 1短期接触会引起刺激和轻微伤害的物质。 NH = 2高浓度或短期暴露会导致暂时的残疾或残余伤害。 NH = 3短期暴露可能会造成严重的暂时或残余伤害。 NH = 4短期暴露也可能导致死亡或严重伤害。 [ZK] gt，注：以上毒性系数N / -H值仅用于指示人为伤害的程度，不能用于工业卫生和环境评估。由于有毒气体会通过人体呼吸系统进入人体并造成伤害，因此在处理有毒气体泄漏事故时必须迅速完成安全保护。这就要求事故处理人员在到达事故现场后最短的时间内就能了解气体类型和毒性的特征。将气体传感器阵列与计算机技术相结合，形成一个智能的气体检测系统，该系统可以快速而准确地识别出气体的类型，从而测量气体的毒性。智能气体传感系统由气体传感阵列，信号处理系统和输出系统组成。使用具有不同敏感特性的多个气体敏感元件形成阵列，并使用神经网络模式识别技术进行混合气体的气体识别和浓度监测。同时，将普通有毒，有害和易燃气体的类型，性质和毒性输入计算机，并根据气体的性质将事故处置计划编入计算机。当发生泄漏事故目前，智能气体检测系统将按照以下程序工作：进入现场rarr，吸附气体样品rarr，气体传感器生成信号rarr，计算机识别信号rarr，计算机输出的气体类型，性质，毒性和处置计划传感器的灵敏度很高，可以在气体浓度很低时执行检测，而不必深入事故现场，以免因不了解情况而造成不必要的伤害。使用计算机处理，可以快速完成上述过程。这样，您可以快速而准确地采取有效的防护措施，实施正确的处置计划，并将事故损失降到最低。另外，由于该系统存储了常见气体的性质和处置计划，因此，如果您知道泄漏中的气体类型，则可以在该系统中直接查询该气体的性质和处置计划。