光离子化检测器在油气储运泄漏检测中的预警作用分析

              ——光离子化检测技术的应用

    本文主要和大家探讨油气储运中的监测技术，在下文中我们会有两个应用案例和大家一起分享。一个是在成品油仓储现场的应用，另一个是在重油管道运输环节的泄漏监测。

关键字：大分子烃类、光离子化、中毒、罐区

传统的检测手法-催化燃烧检测器

    一个惠司通电桥LEL传感器就是一个由两个燃烧元件的简单的小电炉，其中一个元件上涂覆有催化剂（如铂），但不幸的是，惠司通电桥也可能因为“燃烧”过度而损坏失效，从而无法得到正确的安全提示，而这种失效只能用标准气体才能测试出来。大家都知道油气成分主要是大分子的烃类、而且混合组分中含有各种S、Cl、Pb等元素.

这种方法用在油气储运是否合适呢？

“较重的”碳氢化合物很难扩散进LEL传感器，从而降低输出

有些“较重的”（低蒸汽压/高沸点）的碳氢化合物蒸汽很难通过LEL传感器的烧结金属隔火栅，而这种隔火栅使每个LEL传感器都具有了防止传感器本身引起待测易燃易爆气体燃烧和爆炸的可能，但不会阻隔像甲烷、乙烷、丙烷等进入传感中的惠司通电桥。然而，低蒸汽压的碳氢化合物，比如汽油、煤油、松节油、溶剂等很难通过隔火栅，这样到达惠司通电桥的蒸汽量就很少，传感器的反应也就比较差。

常见化合物会使LEL传感器中毒

既使在的情形下，惠司通电桥型的LEL传感器也很难测量更多的碳氢化合物。同时，常见的工业化学品也可能降低甚至损坏LEL检测器的性能。有的影响非常迅速（急性中毒），有些又可能相当缓慢（慢性中毒）。就同人中毒一样，传感器的中毒也同“毒剂”的剂量有关。

LEL传感器的急性中毒:

2     含硅化合物

2     含铅化合物

2     含硫化合物

2     含磷化合物

2     六甲基二硅氮烷(HMDS)

这些化合物仅要几个ppm的量就可能降低惠司通电桥传感器的性能。硅化合物是这些物质中zui为常见的，它存在于各类材料之中，比如润滑油、粘合剂、硅橡胶（包括填漏剂和密封剂等），石蜡和打磨剂、灭火剂和灭火泡沫等等。

LEL传感器的慢性中毒

2     硫化氢

2     卤代物（氟里昂、三氯乙烯、甲基氯）

2     苯乙烯

这些物质是LEL传感器的“抑制剂”，它们会使惠司通电桥的反应变迟钝。通常情况下，在空气中放置一段时间后，清洁空气会使这些物质在电桥上“燃烧”*，但当将传感器在含有这些物质的环境中工作时，惠司通电桥的输出会明显降低，甚至到零。

光离子化检测器（PID）是什么样的检测器

PID使用了一个紫外灯（UV）光源将有机物打成可被检测器检测到的正负离子（离子化）。检测器测量离子化了的气体的电荷并将其转化为电流信号，电流被放大并显示出“PPM”浓度值。在被检测后，离子重新复合成为原来的气体和蒸汽。PID是一种非破坏性检测器，它不会“燃烧”或*性改变待测气体，这样一来，经过PID检测的气体仍可被收集作进一步的测定。PID不依赖于氧气的存在进行检测，所以它更适用于检测各种情况下碳氢化合物的浓度。

PID检测器，对芳香族碳氢化合物、卤族有机化合物的检测灵敏度远远超过 FID ，线性范围满足定量检测的技术要求。 现在，光离子化技术已被美国国家环保局 (EPA)、国土安全部（DHS）、美国职业安全与健康局 (NOSHA)和美国职业安全与健康研究所 (N IOSHA)定为具有法律仲裁效力的环境中有毒物质的分析检测方法。在中国，PID技术在环境保护和职业健康领域得到广泛应用，因其高灵敏度的检测技术必将在工业安全领域得到更好的应用。

应用场合：石化库区，涉及汽油，柴油罐，仪表安装罐的周围和管道阀门环节。

下面我们来看两个实际使用案例：

案例1： 国内某成品油仓储现场应用

标准依据：

1. 国标 50493-2009标准中5.2的5.2.2苯的检测器的选择，苯气体选用半导体或光离子化检测器。

*，半导体传感器受湿度和其它气体的较差干扰非常严重，而且涉及到苯系物的毒性比较强，因此需要一款灵敏度很高且性能稳定的检测仪表。光离子化检测器的灵敏度我们可以这样打个比方，如果将有毒气体和蒸汽看成是一条大江的话，即使你游入大江，半导体检测器可能还没有反应，而则在你刚刚湿脚的时候就告知你。

1. 《危险化学品罐区现场安全装备设置规范》AQ-3036-2010中7.4.7明确提到了，化合物的电离能小于紫外灯发射的能量时，优先使用PID检测器。

RAE一直致力于气体检测技术的开发和研究，为体现社会公民的责任，积极投身到各种安全规范的编制中去，刚才提到的《危险化学品罐区现场安全装备设置规范》就由公司参与起草并修订的。

仓储现场使用在线监测仪表的应用图片

案例2：重油管道运输环节的泄漏监测

重油中很多VOC 成份确实是易燃物质并且可以被LEL(Lower Explosive Limit) 检测器或称易燃易爆气体检测器所检测到。但是，由于LEL 传感器较低的灵敏度还不足以确认泄漏而无法应用于应急事故之中。也就是说LEL检测的是空间的爆炸性而非重油泄漏而产生的低浓度VOC气体。LEL 传感器测量的是爆炸性而不是泄漏。实际上，重油泄漏后的挥发气体即使在其浓度远远低于LEL传感器灵敏度时，泄漏量已经对生产造成危害。

检测重油对安全生产的必要性

三高(凝点高、含蜡高、胶质高)原油，挥发性差，原油泄漏时所产生的挥发性气体达不到常规LEL%可燃气体检测仪显示zui低下限值，更谈不上报警。国内诸多原油存储油库、输油站场基本都是安装的传统的LEL%可燃气体检测仪，并不是说LEL%可燃气体检测仪不报警就是不准，而是由于其固有的检测原理，决定了其产品的适用性，例如：

2008年9月13日，某单位一中间输油站输泵房驱动端发生泄漏，甩的满屋子都是原油，装于泵房内的两路可燃气体报警仪均未报警。

2009年1月8日，某单位输油站原油外输泵房内污油罐发生溢罐，地面流的满是原油，而装于泵房内的两路可燃气体报警仪均未报警。

重油的挥发特性

重油是多组分碳氢化合物的混合物，主要成分是长链烷基烃、长链环烷基烃、芳基烃，其中大部分挥发物的电离电位在10.6eV以下，仅少量的甲烷、氢气、二氧化碳等电离电位高于10.6eV。PID检测器可以检测大部分重油挥发组分，响应组份从C4至C12以上，同时，PID检测灵敏度范围覆盖重油挥发扩散的整个区域。

重油挥发量与环境因素有关，特别是温度对挥发程度的影响很大，正常条件下重油的挥发量很小，除液面上方50毫米区域外，其它区域扩散的分子浓度基本都在ppm或ppb数量级，这就要求检测仪器的灵敏度在这个范围。本项目的目的是监控泵房输送设备的运行安全，及时发现意外泄漏，及时抢修运行中的设备，将设备故障的损失降低到zui小程度。因此，在仪器检测范围的选择上主要考虑安全检测的需要，选择1000ppm的检测量程监控泵房间的气体浓度。

某泵站检测数据分析

泵房状态数据

仪器检测数据与液面高度对应表：

检测技术在重油管道泵房的应用

 结束语

PID检测技术与传统的催化燃烧、半导体检测技术相比较,具有以下特点。

1)由于采用的是PID检测技术,难以挥发的大分子有机化合物的检测灵敏度和多组分混合物的广谱响应很好。

2)采用紫外光学物理检测技术，对检测浓度没有严格限制，不会造成过载等因素对传感器的破坏。

3)光学检测器无“中毒”现象，适应硫化物、卤化物、硅化物环境，传感器寿命长,具有长期的稳定性和精度,日常维护的工作量很小。

4）特别适用于早期的微量泄漏检测。

5）不依赖于外界环境，比如催化燃烧传感器要求O2的含量不小于10%VOl，而PID技术不依赖于氧气的存在。