可燃性气体和有毒气体监控系统的应用

    1　系统开发的背景

    石油在炼制加工过程中往往产生许多可燃、易爆、有毒有害气体,这些气体在生产过程中一旦发生泄漏,将会引发中毒、火灾甚至爆炸事故,严重危害人民的生命和财产安全。因此,必须及时可靠对空气中气体的体积分数进行检测、监控,一旦发现气体体积分数过高,应及时快速地采取有效的措施,才能减少气体泄露事故的发生,将事故的损失降到最低。出于以上安全考虑,项目中提出了必须配备可燃气和有毒气体监控系统的思想,最大程度地保障装置安全正常运行,最大限度地保障生命财产安全。

    为了满足近年来信息技术的发展,特别是Ethernet/Intranet/Internet的发展,使大多数自动化设备或系统实现信息的传递与共享。因此系统的集成必须使采集和监控的数据得以开放,并能够提供多种接口,如RS2485,RS2232,TCP/IP等,供其他的管理系统、控制系统和使用者所访问。

    2　系统设计

    2.1　现场仪表的设计选用

    由于装置现场被测气体主要为可燃气及H₂S气体,而这些气体在石油炼制过程中是最常见的,所以稳定、可靠且寿命长是该项目对现场表提出的要求,综合考查使用效果及对检测原理的比较,笔者选择了无锡格林通安全装备有限公司生产的S104与S214传感变送器作为现场仪表,分别实现对可燃气体和硫化氢气体的检测。

    S104传感变送器和其他同类产品都是基于无焰催化燃烧原理实现对环境中可燃性气体体积分数的检测^[1],它通过一对检测元件和参比元件及另外一对电阻桥臂一起组成惠斯顿电桥(见图1)将被测对象转变成电信号。但是该产品所使用的检测元件和同类产品相比在工艺制造上实现了新的突破,通常检测元件用铂金丝绕成12圈再经过化学浸涂处理而形成一个元件(球状物),它有2个电极(简称二芯制造技术),而该产品所使用的检测元件有3个电极(简称三芯制造技术),增加的1个电极所起的作用如下。

    1)经过化学浸涂的元件(小球)其表面积扩大变为可能,从而提高了元件的灵敏度,延长了灵敏度衰减周期,使用寿命也得到延长;

    2)所增加的电极对小球具有支撑作用,从而降低了小球对其他电极的拉力作用,减少了电极易断的情况,延长了使用寿命;

    3)由于使用寿命的延长其稳定性获得了提高,其突出的表现是零点漂移指标优于同类产品。

    S214传感变送器基于一种特殊的金属氧化半导体(MOS)的吸附效应来检测H2S气体。该MOS薄片放置在2个电极之间衬片上(见图2),当H2S气体没有吸附在MOS薄片上时,两电极之间所测量到的电阻值非常大,一般为兆欧级,而当H2S气体吸附到MOS薄片上,两电极之间的阻值减少到千欧级。这种电阻值的减少与所存在的H2S体积分数呈对数比例关系,从而实现了对H2S气体体积分数的检测。和传统的电化学原理相比有如下优点。