煤化工安全气体监测系统
发布时间：2015-12-10
1、概述
煤化产品主要原料为原煤，制备工艺采用粉煤加压气化技术。正常生产工况下，煤化工工艺产生的H2和CO占混合气体积的70%，是含量最高的两种可燃气体。化工副产品包括CH4、H2S、H2O、CO2、N2等。混合气爆炸发火极限范围宽，危险性高。
项目中煤化工气化区为两栋10层的高层建筑，生产区面积大，设备结构复杂，管路多，且连续生产周期长，存在由于管线、阀门、法兰等设备因机械、热冲力、腐蚀、老化、人员操作失误等原因导致的气体泄漏的隐患，因此在生产区设计安装气体泄露监测系统十分必要，其目的在于实时监测，及时预测可能的事故，定位泄露区域，报警，消除安全隐患，保证企业安全生产。
2、技术优势
电化学传感器是目前检测有毒有害气体最常见和最成熟的监测设备。但电化学传感器具有选择性差，易受干扰，且动态范围小，易中毒等缺点。此外，电化学传感器在接触到高浓度泄漏气体后即失去监测能力，并且需要两年更换一次，后期维护费用较高。
本方案采用的四组分气体监测仪与便携式气体检测仪，基于红外光声光谱原理，借助激光光谱的高选择性和硅MEMS悬臂梁的高选择性，具有其它技术无法比拟的高灵敏度、高线性度和高稳定性，能实现多种有害气体的测量，检测下限为ppm级，具有工作寿命长，免维护、宽范围、抗相互干扰能力强、不中毒等优点。
本方案中的氧气监测仪采用可调谐激光吸收光谱技术，可以在线连续监测空气中的氧气含量，探测范围可达5%-40%。具有工作寿命长，免维护等优点。
3、技术方案
3.1总体设计
煤化工厂危险气体监测项目的总体方案，依据“安全优先，成本兼顾”的原则展开。在综合考虑危险气体时间分辨率、危险气体采集速度、危险气体分析速度、方案实施成本等因素的基础上，确定了“多路并联巡检”、“交差定位分析”的整体设计方案。
图1 煤化工厂危险气体监测的总体方案图
如图1所示，煤化工厂采用各层独立的方式进行厂区监测，并根据实际工况核算后考虑气泵机组的层间复用。由于厂区各层独立监测，且每层的监测方案相近，因此，下面对单层的监测方案进行详细介绍。
图2 煤化工厂危险气体单层监测的方案设计图
如图2所示，单层危险气体监测方案包括控制、采样、测量三大模块。其中采样模块包括采样点、采样管与气泵机组等若干部分；测量模块包括多组分气体测量仪与氧气测量仪；控制模块包括F1~F4与Fa~Fd的两组阀门以及相应的上位机控制单元。
采样模块
根据煤化工厂对各层的功能定位在每层选取16个采样点。依据采样点的空间分布将采样点的位置抽象为如上图所示的4行4列。各行各列的管道均采用单独布线的方式并联接入上游控制阀门，并通过上游的气泵机组抽至气体分析仪器附近。
测量模块：测量模块由一台多组分气体测量仪与一台氧气测量仪串联组成，其中多组分气体测量仪用于测量CO、CH4、H2S、H2等若干气体浓度，氧气测量仪用于测量氧气浓度。两台设备将测量信号通过控制子网发给上位机。
控制模块：控制模块由上位机控制单元与8个控制阀门组成，并设有多种工作模式。该模块根据各组分气体浓度的测量结果控制8个阀门的开关，实现厂区的高效监测。
3.2工作模式
煤化工厂危险气体监测项目方案预设了巡检、粗定位、细定位、持续监测、休眠等四种工作模式，下面将详细介绍各种工作模式.
工作模式一(巡检模式)：泛巡模式用于厂区的快速检查，在该模式状态下气泵机组与气体测量仪处于开启状态，阀门Fa、Fb、Fc、Fd处于关闭状态，阀门F1、F2、F3、F4处于开启状态，气泵机组将各测点的气体抽入测量仪附近进而完成判断厂区是否存在有害气体。
工作模式二(粗定位模式)：当巡检模式发现问题后，粗定位模式开启。在该模式状态下气泵机组与气体测量仪处于开启状态，阀门Fa、Fb、Fc、Fd处于关闭状态，通过轮流开启阀门F1、F2、F3、F4完成对厂区的常态快速扫描。
工作模式三(精定位模式)：在粗定位模式定位异常点所在区域后，启用精定位模式，在该模式状态下气泵机组与气体测量仪处于开启状态，阀门F1、F2、F3、F4处于关闭状态，通过轮流开启阀门Fa、Fb、Fc、Fd完成对异常监测点的精确定位。
工作模式四(持续监测模式)：在定位异常测点(以测点3b为例)后，启用持续检测模式完成对异常测点的持续检测，在该模式状态下气泵与气体测量仪处于开启状态，通过轮流开启阀门F3与Fb并对测量结果进行比较完成对异常测点的持续检测。
工作模式五(休眠模式)：当无需监测时启用休眠模式，在该模式状态下气泵机组与气体测量仪处于关闭状态，所有阀门全部打开。
工作模式六(人工排查模式)：当安监设备对泄漏区域进行初步定位后，厂区人员可以采用便携式气体监测设备完成对泄漏点的详细排查。
下图给出了各模式间的相互关系与控制流程图。
图3 各模式间的相互关系与控制流程图
3.3技术指标
监测仪按照二区防爆要求设计，接口为网络数据接口，体系的监测指标如下表所示：
表1 煤化工厂安全监测系统指标
4、方案报价
表2 煤化工厂安全监测系统报价方案