关于空分设备安全监测方法及仪器的选择

(中国工业气体工业协会气体分析技术及仪器设备专业委员会)

为了保障空分设备安全运行，应经常地有效地检测空气及液氧中的有害物质（包括烃类、二氧化碳、氧化亚氮、油等）的浓度，并根据具体情况，在工艺及操作方面采取必要的措施，有效地控制有害成份的浓度，使之经常维持在允许的范围之内。本文仅就解决空分防爆检测的有关问题做一概括介绍，供参考。

一.确定空分设备安全监测的技术要求

为了实现安全生产，工艺人员和管理人员应首先根据本单位具体空分生产工艺情况设计制订出具体的、符合安全生产要求的有害气体成份检测指标。一般地说，空分生产安全检测的技术指标有以下几种：

1.空气及液氧中总烃或总碳含量。

2.空气及液氧中各种碳氢化合物成份含量，即要求对C1－C3或C1－C4各种烃化合物含量分别进行测定并定量。

3.在检测空气及液氧中各种碳氢化合物含量的同时，对危险性最大的乙炔提出特殊的高要求，即要求监测液氧中乙炔的浓度。

4.空气及液氧中氮氧化物含量，尤其是氧化亚氮含量。 5.空分设备内部或液氧中油份含量。 6.液氧中二氧化碳含量。

二.空气及液氧中碳氢化合物测定方法及仪器的选择

根据空气及液氧中碳氢化合物监控技术指标的要求不同，选择并确定测定方法和仪器型式。

1.对于空气及液氧中总烃或总碳含量的测定。

(1)可选用带氢焰检测器的总烃气体分析仪，完成总烃含量的在线监测。 (2)可选用带氢焰检测的气相色谱仪，进行非连续取样测定总烃含量。

如需在检测总烃的同时还要检测一氧化碳和二氧化碳含量，则可加配转化装置即可得到总碳含量值。既可在线检测，也可以取样测定。

由于空分为连续生产，故近年来国外空分大多采用专用型在线总烃气体分析或总碳气体分析仪进行监控。此种仪器可作成小型专用型式，并可和其它在线分析仪器一起装在仪表柜上。

2.对于空气及液氧中各种碳氢化合物成份含量的测定

(1)选用带氢焰检测器的气相色谱仪，并配有自动取样阀门及积分仪或工作站，可在线自动进行24小时监测C1－C4各种碳氢化合物成份的含量，且仪器直接及时给出连续测定结果，有利于积累监测数据，研究有害成份活动规律，为指导工艺改进提供前提条件。

(2)也可以在实验室内进行手动取样测定,并通过记录器显示的谱峰进行定量计算得出结果，或采用积分仪及色谱工作站自动处理检测结果并打印出数据。 3.对于乙炔的严格监控与检测要求

对于在线测定各种碳氢化合物含量的同时，要求对＜10ppb乙炔进行严格监控的要求来说，采用氢焰气相色谱仪则对乙炔的检测灵敏度一般为＜0.1ppm, 最高只能达到20－30ppb，而且仪器必须精心使用及维护，否则灵敏度会很快下降，因而不能保障长期完好运行及高灵敏地检测。

国外采用放电型气相色谱仪，可解决C2H2＜10ppb测定问题。这种仪器不仅检测器灵敏

度高，而且须配以合适的样气系统，能使检测灵敏度达到＜5ppb，能够有效的保障＜10ppbC2H2的监测需要。

三.空气及液氧中其他有害成份含量的测定方法及仪器选择 1.空气及液氧中氮氧化物含量的测定

空气及液氧中氮氧化物的存在形式有几种，如NO，NO2，N2O等。其中氧化亚氮最具危险性，它极易造成空分设备的堵塞，从而使因乙炔导致的爆炸危险性大为增加。因此，近几年来，氧化亚氮与乙炔同样被人们看做是引起大型空分爆炸的两个最危险的因素。 对于空气及液氧中氧化亚氮含量的测定，虽然方法不少，但是均为独立测定的方法，即多种方法仅能测氮氧化物含量，而不能同时测定其他有害成份含量。这就导致空分配套安全监测仪器过多，监测体制较大。

考虑到乙炔和氧化亚氮均为最危险的两种有害成份，在测定空气和液氧中烃类（含乙炔）的同时，也能测定氧化亚氮含量则是一种物美价廉的思路。 采用放电型专用气相色谱仪，可以在一次进样的条件下，完成对乙炔和氧化亚氮的测定，其灵敏度在直接进样2毫升情况下，可达到<10ppb 。具有这种功能的仪器对于大中型空分来说是少有的、较理想的仪器设备。 2.液氧中油份含量的测定：

对于液氧中微量油份含量的测定，一般采用先富集再定量的两步法测定。以前多用比浊法、荧光法等，但近些年来由于仪器分析的飞速发展，使气体中微量油份的测定变得简单易行。

在油样采用专用高效溶剂富集后，以专用红外测油仪进行直接测定。此方法简便、快捷、准确，是空分行业监测液氧中油份含量的较理想的方法。 3.液氧中二氧化碳的含量测定：

液氧中二氧化碳含量的测定有多种方法，如滴定法、电导法、色谱法、红外法等。但是多数方法均为单独测定二氧化碳的方法，只有色谱法是可综合测定多种气体有害成分的较理想的方法。

一般来说，采用通用氢焰型气相色谱法可以在测定烃类化合物含量的同时，也能测定二氧化碳含量。但是，对大中型空分设备来说，氢焰型气相色谱仪灵敏度中等，不能测定<100 ppb的含量。而且，测定二氧化碳必须首先将其转化成甲烷就使得操作略烦，且灵敏度的提高受到限制。

采用放电型气相色谱法则可以避免上述缺憾。由于放电检测器对有机及无机气体灵敏度都很高，这样在直接进样并且不加转化的前提下，可直接完成C2H2、N2O及CO2同时测定，此方法节省人力物力，节省时间。

四.关于直接进样法和浓缩法的可靠性：

在各种分析方法中，样品送入仪器的方法有两种。（1）采用直接将一定量的被测样品送入仪器进行定量测定的方法称为直接进样法。（2）如将较大量样品富集后再送入仪器进行定量测定的方法称为浓缩进样法。 两种不同进样方法优劣比较：见下表

应指出，在分析仪器技术高度发展的今天，对于空分行业内所需的各种分析检测项目均有适当的仪器，可以实现用直接进样法测定某种气体中微量及超低微量气体成份的含量，而不必再象10多年前那样对ppm-ppb级浓度不得不用浓缩法富集样品。而分析仪器的工作就是根据生产工艺的需要尽可能快速准确地提供分析数据，要做到这一点，应尽可能选用先进的高灵敏度分析仪器。尤其是为确保空分设备安全生产而建立安全分析检测系统，对仪器的选择更应该是以先进分析仪器为首选。只有这样方能防止因空分事故造成重大损失。 五.对解决有害物质测定问题的建议

1.首先应针对本单位空分设备的具体情况，恰当确定检测项目、被检测成份的浓度范围及检测方式。

2.认真咨询、研究并确定合适的测定方法，分析仪器型式及配置方法。在仪器选购时，应优先选择专用分析仪器，这样可方便使用，提高使用效果。

3.培训仪器操作人员，认真解决有害物质检测中的应用技术问题。

4.建立健全有害物质检测项目，使安全生产检测经常化、制度化，在此基础上积累数据，总结经验，研究探索安全生产的规律。