1、煤气生产车间 CO 气体浓度监控技术的研究摘要：根据煤气厂煤气生产工艺流程，研究预防 CO 气体泄漏引起的火灾、爆炸和中毒事故的监控系统。分析监控系统的工作原理及电路圈。对 CO 监控技术的研究和气体传感器的研制有重要的参考价值。 关键词：煤气生产；CO 气体；浓度检测 中图分类号：P618.11 文献标识码：A 文章编号： 引言：在石化工业中，常见爆炸危险性物质是可燃气体、易燃液体的蒸气与空气混合形成的爆炸性气体(如煤气、氢气、汽油、乙醇等)以及爆炸性或可燃性粉尘(如煤炭粉尘等)。煤气厂在生产和使用 CO 过程中，CO 引起环境污染、爆炸和中毒的事故也频繁发生。因此，在危险场所设置稳定可靠的
2、可燃性气体检测仪表，实时、准确地测出这些场合的气体浓度，及时采取有效措施进行补救，无疑是避免火灾、爆炸和中毒事故发生的有效途径之一，对保障生产、生活安全具有十分重要的意义。 一、煤气生产工艺 煤气的生产工艺如下：CG 一 3 型煤气点火发气，经分析氧含量合格后，解开双竖管水封，进气至双竖管降温、除尘，再送至洗涤塔内分层洗涤除尘、降温，然后送至电子捕焦器内除焦油和尘粒，最后送至低压总管，进入加压机，加压至高压水封槽，煤气再经高压管直接到用户。煤气的主要反应在煤气发生炉，煤气炉分为干燥层、干熘层、还原层和氧化层。 (1)干燥层。煤在该层中主要是脱水过程，经过该层可将煤中内在和外在的水分脱除。 (2
3、)干熘层。煤在该层中初步分解，生成干熘煤气，热值最高。该层主要生成物为甲烷。 (3)还原层。该层主要是 CO 和氢气的生成带，与氧化层的温度、气体上升时间有密切关系，其反应可分 2 层。 第 1 还原层主要反应有： 该层中水蒸气被还原分解，CO2 也绝大部分被还原，由于水蒸气分解和 CO2 的还原反应，所以该层的温度有所下降，约 8001000。 第 2 还原层主要反应有： (4)氧化层。该层是煤气化反应的主要反应带，氧化层的高度是维持气化正常进行的主要因素，该层反应速度快并放热，为其他层反应提供能量，直接影响煤气质量。 二、气敏传感器 气敏传感器是一种能检测气体成分、浓度并将其转化为电信号的
4、器件或装置。作为一种重要的气体探测器，气敏传感器近年来得到了很大的发展。气敏传感器的应用主要包括：防止突发事故，提高生活环境质量，改善生活条件，生产过程中的产品质量保证。检测气体的关键部件是气体传感器。气体传感器能将与气体种类和浓度有关的信息转换成电信号，从而可以进行检测、监控、分析、报警。气体传感器从原理上可分为 4 大类：电学类气体传感器、光学类气体传感器、电化学类气体传感器和其他传感器(如高分子电阻式气体传感器等)。 三、煤气生产车间 CO 气体检测报警系统电路分析 当可燃气体浓度低于 LEL (最低爆炸限度)时(可燃气体浓度不足)和其浓度高于 UEL(最高爆炸限度)时(氧气不足)都不会
5、发生爆炸。不同可燃气体的 LEL 和 UEL 各不相同。这一点在标定仪器时要十分注意。为安全起见，一般我们应该在可燃气体浓度为 LEL 的 10和 20时发出警报，这里，1OLEL 称作警告警报，而 20LEL 称作危险警报。这也就是我们将可燃气体检测仪又称作 LEL 检测仪的原因。需要说明的是，LEL 检测仪上显示的 100不是可燃气体的浓度达到气体体积的 100，而是达到了LEL 的 100。即相当于可燃气体的最低爆炸下限，如果是甲烷，100LEL 等于 4体积分数。在工作中，以 LEL 方式测量这些气体的检测仪是我们常见的催化燃烧式检测仪。它的原理是一个双路电桥(一般称作惠斯通电桥)检测
6、单元。在这其中的一个铂金丝电桥上涂有催化燃烧物质，不论何种易燃气体，只要它能够被电极引燃，铂金丝电桥的电阻就会由于温度变化发生改变，这种电阻变化同可燃气体的浓度成一定比例。通过仪器的电路系统和微处理机可阻计算出可燃气体的浓度。直接测量可燃气体体积浓度的热导式 VOL 检测器市场上有售，同时，也已经有了LEL/VOL 合二为一的检测器。VOL 可燃检测器特别适合于在缺氧(氧气不足)的环境中测量可燃气体的体积分数。 有毒气体既可以存在于生产原料中，如大多数的有机化学物质(VOC)，也可能存在于生产过程的各个环节的副产品中，如氨、CO、H2S 等等。它们是对工作人员造成危害最大的危险因素。这种危害不
7、仅包括立即的伤害，如身体不适、发病、死亡等等，而且包括对于人体长期的危害，如致残、癌变等等。对于这些有毒有害气体的检测是我们发展中国家应当开始引起充分重视的问题。 四、煤气生产车问 CO 报警电路设计 1、电路原理 整机电路的研制目标是对 CO 经敏感元件转换生成的电信号检测灵敏可靠，稳定性好，补偿作用强，抗干扰能力强，功耗低，使用、调试、维修方便。整机电路原理用图 1 表示。主要由电源及保护、信号检测补偿和信号处理、模拟显示、整机声光报警等电路组成。 2、 CO 泄漏检测器的气敏传感器连接电路 (1)去抖动电路。在启动气敏传感器时，往往由于手部的颤动或机械开关的振动在电路中产生电压或电流毛刺
8、，从而引起传感器的误动作，导致整个工作系统的误报警。因此有必要在传感器的开关处设计 1 个去抖动电路。如图 2 所示，该去抖动电路是由 1 个 4N25 光电耦台器、1 个5 V 的直流电源、1 个按钮开关、1 个与非门构成的 RS 触发器，以及 1个 NPN 型三极管和 2 个 33 的电阻组成，其中光电耦合器主要用于控制电路的通断。首先，该电路需要一个 5 V 的直流电源供电，提供个高电平，按钮开关 s 可以在 A、B 两触点之间跳动。当按钮开关 s 处于 A触点时，触发器的 Q 端输出高电平，三极管导通，光电耦台器 4N25 中的LED 发光接通电路，传感器开始工作：当开关处于 B 触点
9、时，触发器的Q 端输出低电平，三级管截止光电耦合器 4N25 中的 LED 不发光，电路断开，传感器停止工作。 (2)温度补偿电路。气敏传感器最常用于那些需要测定易燃气体浓度，并给出相应信号的场合。传感器电阻(Il-)与环境温度和湿度有关。由于这个原因，将导致报警极限值的波动。为了补偿温度和湿度造成的变化，建议使用 NTC 热敏电阻(II|)。在此电路中，由于温度变化的结果，可以导致 n 自动调整。热敏电阻的温度系数比传感器的要大，因此热敏电阻的系数应该可以通过调节电阻码调整。 结束语： 通过对煤气厂煤气生产工艺描述的基础上，对 CO 泄漏选用半导体气敏传感器进行监测器气敏传感连接电路的工作原
10、理及其特点。此传感器一经安装到位，它所处的位置就犹如一个监视岗哨。对周围的区域进行实时监控。一旦发现某区域有可燃气体超过报警极限，电路就会启动报警系统和应急设备，以保证工人的人身安全和生产车间的设备安全。此电路监控技术可以为煤气生产车间实时、准确地测出这些场合 CO 气体的浓度，及时取有效措施进行补救提供技术参考，可以对保障生产、生活安全提供服务。 参考文献： 1新编危险物品安全手册编委会新编危险物品安全手册，北京：化学工业出版社? 2王昌明，孔德仁，何云峰?传感与测试技术?北京：北京航空航天大学出版社，2005? 3庞波，谷守禄，谢天羽，KCO-1 型一氧化碳检测报警仪的研制?矿业安全与环保，1999（1） 作者简介：贾新文，女，1990 年毕业于中国矿业大学，现在山西大同，同煤集团煤气厂工作。
