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VOCs废气处理前混合气体爆炸下限LEL的测定

本文来源于【VOCs减排工作站】

VOCs废气进入焚烧系统前，LEL的检测是十分重要的安全手段。目前可用于测量混合可燃气体中可燃气体组分体积分数的分析仪有：火焰温度型分析仪、催化燃烧式气体探测器、氢离子火焰气相色谱仪和红外线气体分析仪。不同的分析仪有不同的测量原理，其测量的工况与测量对象也不完全相同。在实际应用过程中，需要综合考虑分析仪的使用环境、被测气体的理化特性及组成成分、工艺的控制要求、控制回路的安全等级、分析仪预处理特点和投资概算等因素，并考虑在线分析仪的使用特点，才能做到合理选型。

一、常用气体分析仪的种类：

①火焰温度（FTA）型分析仪

FTA分析仪内部配备精确计算过的燃烧火焰，可以直接测量样品的易燃性。分析仪内部测量池内有很小的火焰燃烧室，在分析仪工作的过程中火焰持续燃烧。样品气体从工艺管线经过取样管路进入燃烧室内，被燃烧室内的火焰燃烧掉，安装在燃烧室两头的热偶元件会检测到火焰温度的变化，传感器会将信号转换成%LEL数值显示在仪表面板上。火焰温度型分析仪可直接测量混合气体爆炸下限的仪表，反应迅速，响应时间短（可以做到＜1s），可以直接安装在样品管道上，在缺氧环境需配助燃模块。据了解，目前只有美国CIC公司生产该种分析仪，为专利保护产品，价格昂贵。因废气中的可燃气体体积分数会出现波动或可燃气体组分不确定，需尽量减少取样管线长度且要求分析仪测量准确迅速。

②催化燃烧（CAT）式气体探测器

CAT式气体传感器检测原理为催化燃烧的热效应，即检测元件和补偿元件配对构成测量电桥，可燃气体在检测元件载体表面及催化剂的作用下发生无焰燃烧，它内部的铂丝电阻阻值相应升高导致惠斯通电桥的平衡被打破，输出一个与可燃气体浓度成正比的电信号。根据电阻增量与可燃气体组分体积分数成正比的关系，可以得知可燃气体组分的体积分数。催化燃烧式可燃气体报警器具有与其它非可燃气体无交叉干扰、测量可靠、相对实惠、且输出信号线性度好（基于铂丝电阻阻值随温度变化的线性度好）。但测量元件易受卤素化合物、硫化物等中毒影响，通常用来测量环境中可燃气体的爆炸下限，若测量封闭管道内可燃气体组分的体积分数，需在探测器前增加采样装置和预处理装置，则滞后会超过20s。催化燃烧式可燃气体报警器响应时间一般小于 20s，预处理装置取样会滞后几秒（具体时间与取样介质压力与流速、取样管道内径、取样管道长度有关）。密闭空间测量可燃气体的爆炸下限在化工行业中极少应用。

③氢焰检测器（FID）气相色谱仪

FID气相色谱仪的工作原理是根据混合气体通过色谱柱的沸点、极性及吸附系数的差异，使各组份在色谱柱中得到分离，然后根据组份的物理化学特性将各组份按顺序检测出来，最后由色谱工作站将各组份的气相色谱图记录并进行分析从而得到各组份的分析结果。FID气相色谱仪稳定可靠、性能优越、操作方便且对有机化合物具有很高的灵敏度。FID气相色谱仪的测量原理决定了其为非连续型测量仪表，混合气体通过色谱柱的分离时间决定了分析仪的分析周期较长；当分析仪只有1个流路时，其最短的分析周期可不大于1min。由于该FID气相色谱仪的信号输出结果为可燃气体组分的体积分数，而不是直接输出混合气体的爆炸下限值，因此测量数据转换为混合气体爆炸下限值。

④红外线气体分析仪

红外线气体分析仪是利用某些气体分子对红外辐射吸收的原理来测量气体的体积分数。依据SH/T 3005-2016中第9.2.2条的规定，可知红外线气体分析仪只适用于测量混合可燃气体中一种或几种可燃气体组分的体积分数。并且红外不是对所有化合物都有吸收，这样会屏蔽一些爆炸物质，除采样时间外红外线气体分析仪的响应时间一般在10s以内，所以红外线气体分析仪不宜用在该VOCs装置的工况。

⑤光离子气体检测仪（PID）

光离子气体检测仪（PID），其检测原理为光离子技术，是一种简洁、易用和方便的监视器，它是一种光电离（PID)检测器，可以检测30多种挥发性有机化合物（VOCS)，其中包括苯、甲苯、二甲苯。具有快响应和高灵敏度，光电离是检测挥发性有机化合物（VOCS)的有效方法。常用于VOCs废气处理设施出口，PID检测仪所用传感器对于湿度比较敏感，控制不好则容易导致传感器衰减或者失效，因此在使用时还需设置除尘、除水等预处理，以保证传感器的使用寿命。

二、检测仪中的0-100%LEL与0-n PPM的关系

（1）“LEL"是指爆炸下限。 

可燃气体在空气中遇明火种爆炸的最低浓度，称为爆炸下限—简称%LEL。英文：Lower Explosion Limited。 可燃气体在空气中遇明火种爆炸的最高浓度，称为爆炸上限—简称%UEL。英文：Upper Explosion Limited。 那么什么是爆炸下限？ 可燃性气体的浓度过低或过高它是没有危险的，它只有与空气混合形成混合气或更确切地说遇到氧气形成一定比例的混合气才会发生燃烧或爆炸。

爆炸的条件：燃烧是伴有发光发热的激烈氧化反应，它必须具备三个要素：a、可燃物（燃气）；b、助燃物（氧气）；c、点火源（温度）。可燃气的燃烧可以分为两类，一类是扩散燃烧，即挥发的或从设备中喷出、泄漏的可燃气，遇到点火源混合燃烧。另一类燃烧，是可燃气与空气混合着火燃烧，这种燃烧反应激烈而速度快，一般会产生巨大的压力和声响，又称之为爆炸。燃烧与爆炸没有严格的区分。 

有关权威部门和专家已经对目前发现的可燃气作了燃烧爆炸分析，制定出了可燃性气体的爆炸极限，它分为爆炸上限（英文upper explode limit的简写UEL）和爆炸下限（英文lower explode limit的简写LEL）。低于爆炸下限，混合气中的可燃气的含量不足，不能引起燃烧或爆炸，高于上限混合气中的氧气的含量不足，也不能引起燃烧或爆炸。另外，可燃气的燃烧与爆炸还与气体的压力、温度、点火能量等因素有关。爆炸极限一般用体积百分比浓度表示。 爆炸极限是爆炸下限、爆炸上限的总称，可燃气体在空气中的浓度只有在爆炸下限、爆炸上限之间才会发生爆炸。低于爆炸下限或高于爆炸上限都不会发生爆炸。因此，在进行爆炸测量时，报警浓度一般设定在爆炸下限的25%LEL以下。 

各种可燃气体检测仪的测量范围为0-100%LEL。 固定式可燃气体检测仪的通常设有二个报警点（与报警主机的型号有关）：10%LEL为一级报警，25%LEL为二级报警。 便携式可燃气体检测仪的通常设有一个报警点：25%LEL为报警点。 举例说明，甲烷的爆炸下限为5%体积比，那也就是说，把这个5%体积比，一百等分，让5%体积比对应100%LEL，也就是说，当检测仪数值到达10%LEL报警点时，相当于此时甲烷的含量为0.5%体积比。当检测仪数值到达25%LEL报警点时，相当于此时甲烷的含量为1.25%体积比。 所以，您不必担心报警后是不是随时有危险了，此时是在提示您，要马上采取相应的措施啦，比如开启排气扇或是切断一些阀门等，离真正有可能出现危险的爆炸下限还有很大一段差距，这样才会起到报警提示的作用。

（2）ppm是体积比浓度：Parts per million 。

ppm是体积浓度（溶质质量分数）的一种表示方法，ppm表示百万分之一。

体积浓度表示法：一百万体积的空气中所含污染物的体积数，即ppm。

大部分气体检测仪器测得的气体浓度都是体积浓度（ppm）。而按我国规定，特别是环保部门，则要求气体浓度以质量浓度的单位（如：mg/m3）表示，我们国家的标准规范也都是采用质量浓度单位（如：mg/m3;）表示。

三、特别注意

LEL分析仪的选用宜根据实际工况来选定，VOCs处理设施在投运后，一般不允许接入其他成分的气体，这是出于安全方面考虑，如需接入，需经设施厂家重新核算评估。