氫氣報警器安裝高度不規(guī)范埋下了安全隱患

2022 年 4 月 23 日 23 時 0 分， 勝利煉油廠 140萬 t/a 加氫裂化裝置外操人員到新氫壓縮機 K401/C處巡檢，未發(fā)現明顯異常。23時59分15秒，該壓縮機一級氣缸出現間斷性異響，隨后，振動值快速上升，機身振動高報警。23時59分55秒，一級缸頭水套蓋脫落，小股氣流從缸頭蓋處噴出，24s 后，大量氫氣從一級氣缸噴出，隨即著火。24日0時20分，切除氫氣流程后火勢變小，1時18分，明火被撲滅。事故造成兩臺壓縮機過火，廠房局部坍塌和裝置非計劃停工。事后調查顯示，壓縮機附近安裝的國內某廠家生產的三臺氫氣報警器安裝在壓縮機平臺上，未按標準安裝在壓縮機上方，氫氣泄漏后，三臺表檢測始終為0，均未報警。不排除該壓縮機在設備管理和工藝管理上可能存在缺陷，但是三臺氫氣報警器的不合規(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濟損失。此事故引起勝利煉油廠高度重視，進一步引發(fā)了勝利煉油廠對生產裝置所在的氫氣報警器是否符合設計規(guī)范及時進行了排查，對發(fā)現不合規(guī)的氫氣報警器提出了整改方案。

石油化工行業(yè)生產過程中不可避免地產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、中毒甚至爆炸事故，給企業(yè)造成巨大的經濟損失，危害工作人員的身體健康，對社會也產生惡劣影響。氣體檢測報警器作為長期連續(xù)檢測環(huán)境空氣中某種氣體濃度的計量儀器，確保其安裝符合設計規(guī)范是有效預防氣體泄漏引發(fā)事故的必要條件。針對案例對氫氣的氣體特性進行簡單的介紹。

1.1 氫氣的理化性質

    在標準狀態(tài)下，氫氣為無色、無臭可燃氣體，比空氣輕，且不溶于水。

1.2 氫氣的危害

    氫氣可通過吸入、食入或經皮膚吸收等途徑侵入人的身體，吸入氫氣后，人會出現燒灼感、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，遇熱或明火即會發(fā)生爆炸。

2 氫氣報警器的工作原理

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

催化燃燒式氣體傳感器主要由檢測元件、補償元件和兩個固定電阻構成惠斯通橋路。其中，補償元件是對外界溫度或濕度變化起補償作用。如圖1所示。

當空氣中無可燃性氣體時，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。當空氣中含有可燃性氣體的混合氣體擴散到檢測元件時，迅速進行無焰燃燒，并產生反應熱，使 R3增大，電橋輸出一個變化的電壓信號 U，這個電壓信號的大小與可燃氣體的濃度成正比。信號經放大送至模數轉換器，然后送至微處理器運算后通過顯示屏顯示可燃氣體的濃度，最后經過數模轉換器實時輸出4~20 mA 的模擬信號到工控室，如下圖2所示。

3 氣體檢測報警器的安裝

    氣體檢測報警器的安裝應盡量避免沖擊、振動、強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。按照 GB/T 50493—2019《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》的要求，通過檢測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系如下[3-4]。

（1）比值≥1.2，說明泄漏氣體比空氣重 ；

（2）1.0≤比值≤1.2，說明泄漏氣體比空氣略重；

（3）比值≤0.8，說明泄漏氣體比空氣輕 ；

（4）0.8≤比值≤1.0，說明泄漏氣體比空氣略輕。

3.2 不同比重氣體檢測報警器對應的安裝高度不同

（1）檢測比重重于空氣的可燃氣體或有毒氣體的氣體檢測報警器，其應安放在距地面（或樓層地面）0.3~0.6 m 高度并靠近釋放源 ；

（2）檢測比重略重于空氣的可燃氣體或有毒氣體的氣體檢測報警器，其安裝高度應高出釋放源0.5~1.0 m ；

（3）檢測比重輕于空氣的可燃氣體或有毒氣體的氣體檢測報警器，其安裝高度應在釋放源2 m 內 ；

（4）檢測比重略輕于空氣的可燃氣體或有毒氣體的氣體檢測報警器，其安裝高度應高出釋放源0.5~1.0 m。

3.3 確定氣體檢測報警器的安裝高度后，還需要確

定其水平位置

（1）當生產裝置的釋放源處于露天或敞開式廠房布置的設備區(qū)域內時，可燃氣體檢測報警器與釋放源的水平距離不宜大于10 m，有毒氣體檢測報警器與釋放源的水平距離不宜大于10 m ；

（2）當生產裝置的釋放源處于封閉或局部通風不良的半敞開廠房內，可燃氣體檢測報警器距其所覆蓋

范圍內的任一釋放源不宜大于5 m，有毒氣體檢測報警器距其所覆蓋范圍內的任一釋放源不宜大于2 m ；

（3）比空氣輕的可燃氣體或有毒氣體釋放源處于封閉或局部通風不良的半敞開廠房內，除應在釋放源

上方設置氣體檢測報警器外，還應在廠房內最高點氣體易于積聚處設置可燃或有毒氣體檢測報警器。

4 問題的提出

環(huán)境空氣主要由氮氣和氧氣組成，它們的體積比約為4 ：1，因此可以計算環(huán)境空氣的相對分子量 ：環(huán)境空氣的相對分子量 =28×4/5+32×1/5≈29氫氣的分子量為2，所以可以計算氫氣與環(huán)境空氣的比值 ：比值 =2/29≈0.07<0.8

因此，氫氣比空氣輕。按照國家的安裝標準，只需要把氫氣報警器安裝在高于釋放源2 m范圍內即可。對全廠98臺氫氣報警器進行了檢查，發(fā)現有37臺氫氣報警器的安裝完全不符合國家標準，問題主要集中表現在部分壓縮機、容器等處的氫氣報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警器的標準安裝，尤其是壓縮機處的氫氣報警器，其安裝高度遠低于最容易泄漏氫氣所在的氣缸處，一旦發(fā)生泄漏，該報警器將起不了任何報警作用，會給生產裝置的運行帶來嚴重的安全隱患。