气体泄漏检测

2024-05-12

气体泄漏检测（精选9篇）

气体泄漏检测篇1

摘要：气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中SF6气体泄漏会在泄漏点形成气体湍流,产生超声波,根据这一特性,提出一种新的带电检测方法——声发射技术,该方法通过检测超声波信号,能够在带电的情况下,快速、准确对泄漏点进行定位。对其可行性进行了理论分析,并通过现场实验验证了其有效性。该方法为GIS气体泄漏检测提供了更加快捷实效的途径。

关键词：气体绝缘金属封闭开关设备,SF6泄漏检测,气体湍流,声发射

0 引言

近些年来,随着城市电网建设的发展,具有占地面积小、可靠性高、使用周期长、受气候条件的影响较小、维护工作少、装置结构紧凑而且便于安装等特点的气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)在电力系统中的数量迅速增多,且具有越来越重要的地位。而SF6作为至今为止最理想的绝缘灭弧介质,被广泛用在GIS设备中。在GIS设备运行时,气室不可避免地会产生气体泄漏,而GIS结构的复杂性和SF6无色无味的特性给快速定位漏气点带来困难。

本文采用的声发射技术,它利用超声波探测原理,拥有操作简单快捷、测量准确、非接触在线检测等优点。

1 GIS设备漏气的原因及危害

GIS设备制作工艺比较复杂,密封面和接口数量众多,存在各种各样原因的漏气。总结起来,主要有以下四个方面:(1)设计施工造成的缺陷。由于波纹管过少,母线仓过长的原因,导致设备调整距离能力较差;在施工时,不按要求进行对接,导致设备局部受力过大;不均匀的设备基础使得在运行时产生尺寸偏移。(2)制造安装造成的缺陷。组成构件,如盆式绝缘子、法兰存在裂纹、砂眼等缺陷;密封圈较小或较大;密封、防水工艺不达标;接头、法兰没有完全紧固。(3)自然环境因素。“O”型圈受潮;风吹日晒使密封圈密封胶劣化;热胀冷缩使得设备变形。(4)GIS气室与外界存在较大的气压差。这些原因都使得GIS设备有漏气可能[1]。

然而,一旦SF6气体泄漏,它将会产生如下危害:一是气体泄漏后,危害相关工作人员的身体健康;二是降低设备内部绝缘性能,给电气设备的安全运行带来隐患;三是SF6带有较高的暖化系数,泄漏会增加温室效应。及时地检测到SF6泄漏状态,是减少这些危害的最有效措施[2]。

2 GIS气体泄漏检测方法概述

为保障GIS设备安全运行,国内外提出了很多SF6气体泄漏检测的方法,常用有如下几种:

(1)在各气室安装充放气阀门、密度计、真空压力表,或者安装气体密度继电器等[3]。对易漏气点,可以配合使用局部包扎法。

(2)高频振荡电离检测法,这种方法通过测量振荡器的振幅变化,来计算推断被检测气体中含有SF6气体的浓度。

(3)放电熄弧法,若是放电间隔没有SF6,就会倾向于稳定放电;与其相反,若是间隙中有微量的SF6气体,就会对预设的放电过程产生干扰。利用该特性可以对SF6泄漏进行检测。

(4)激光成像法,SF6气体拥有特殊的光谱区段可以被有效吸纳,利用这一特性可以检测其泄漏。

上述四种方法都能够较好地检测出SF6气体的泄漏情况。但是,由于GIS设备中各气室气体密封的地方比较多,有些地方排列十分紧密,不易接触,因而,前三种方法很难快速、准确地探查泄漏位置。而第四种方法技术尚不成熟,检测设备体积较大,现场检测不便捷。本文探索性地利用声发射来检测GIS中气体泄漏,它通过检测超声波信号对泄漏点进行定位,与其他方法相比,它操作更简单,携带更方便,更适合于现场快速检测。

3 GIS气体泄漏声发射的理论分析

通常,人们把介质材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的这一现象称为声发射(Acoustic Emission,简称AE),但近些年来,流体泄漏、摩擦、撞击等与变形和断裂机制无直接关系的另一种类型弹性波源则被称之为其它或二次声发射源[4,5]。本文中GIS气体泄漏则属于二次声发射源。

GIS内部气室压强高于外部压强,内外压强差比较大,而漏气口尺寸一般比较小,雷诺数较高[6]。这时,气体泄漏会形成湍流,湍流在泄漏孔附近会产生一定频率的声波。

声波的振动频率与漏气孔有密切的关系,漏气孔越大,泄漏声波频率则较小,人耳朵可以听见;泄漏孔越小,产生的声波频率则越大,当频率大于20 k Hz,人耳就不易感知,但是它们可以在空气中传播,被称之为空载超声波。它是一种高频短波,它的强度会随着离声源距离增加迅速衰减[7]。因而超声波是一种方向性很强的信号,可作为气体泄漏的判断依据。

湍流和冲击噪声是GIS气体泄漏产生的超声波的本质,泄漏孔的直径d与泄漏处压强决定了湍流声的声压级L。学者马大猷教授推出如下公式[8]:

其中L为垂直方向距离喷口1 m处的声压级,0 d B=20μPa;d为喷口直径,mm(d0=1 mm);p0为环境压强绝对值,MPa;p为泄漏口压强,MPa。

由此可知,在与泄漏孔距离一定时,泄漏声压级随系统内压强和泄漏孔大小的变化而变化。

4 GIS气体泄漏声发射实验分析

本文实验利用声发射技术探求和验证GIS漏气孔的大小(即漏气程度)和距喷口距离与模拟声音分贝大小的关系,并寻求对微漏进行检测的最佳测试条件。

实验采用SDT公司的SDT270超声波检测仪,并配用远距离探头即碟形集音探头(专业型),可对GIS气体泄漏进行远距离的检测。仪器检测的频率范围:10~128 k Hz,测量极限:0.000 5 cc/sec,灵敏度:压差0.042 MPa的泄漏。可在距离21 m、测量直径0.1 mm、压强0.042 MPa的泄漏点。

实验测量的是模拟声音分贝值,数据单位是d BμV=20lg(U/Uref),U是超声波发出的声音通过仪器转换成这个模拟电压值,Uref是参考电压值。泄漏孔湍流声的超声波声压级越大,声强越大,仪器所测值即模拟声音分贝也就越大。

4.1 声发射检测实验过程及结果分析

首先对厂家提供的合格的样品252 k V GIS间隔进行检测,示意图如图1所示。分别对易漏气点绝缘子一、二、三,法兰一、二,气阀一分别编号1、2、3、4、5、6处。实验时,打开SDT270超声波检测仪,将增益调到最大A=90,距离检测点1 m左右,把探头准心红点射到测试点,对每个测试点的2~3个不同的部位进行探测,等仪器显示屏数值较为稳定时,读取数值,记录数据如表1所示。通过分析不同的实验数据,实验结果如图2所示。

d BµV

注:测试气室相对压强:0.41MPa,环境噪声:-0.3~0.1d BμV,测试距离D=1 m。

图2中所测值为负,代表探听到的声音比参考值小。分析数据折线图可知,各测点所测模拟声音大小都在环境噪声波动区间内。所测声音信号受噪声干扰严重,无法判断是否漏气。

为更进一步分析影响模拟声音大小的因素,做以下对比实验,使用SDT270超声波检测仪对同一252 k V电压等级的同一间隔同一初始气室压强做模拟漏气实验。实验基本步骤同上,注意控制好阀门,缓慢拧动,逐步增大漏气孔直径d。缓慢拧动气阀,用远距离探头,依次距离漏气点1、2、4 m等检测漏气点不同的漏气状态。数据如表2所示,通过分析不同数据,结果如图3所示。本文定义,微漏状态:距漏气点约0.5 m听不见泄漏声。微显漏状态:距漏气点约0.5 m隐约可以听到很小的声音。显漏状态:距漏气点1 m左右就可以听到细小的声音。

注:测试气室起始相对压强:0.41MPa,环境噪声:1.2~1.9d BμV。

图3中D=1 m,表示测试距离为1 m,五次不同程度漏气所测GIS设备同一点的平均值,D=2 m、D=4 m分别表示测试距离为2 m和4 m的情况。

由于气室容量较大,短时间气体泄漏量小,故可忽略气室压强的变化。对比两次实验,由以上数据表格和数据折线图分析可知:(1)同样的气室压强p时:同一漏气程度,即漏气孔直径d相同,距漏气孔距离D越大,声压级越小,所测模拟声音分贝值越小。(2)同样的气室压强p,同样的测试距离D=1 m时:当GIS设备不漏气即漏气孔直径d=0时,声压级很小,所测模拟声音分贝值也很小,声音信号基本被外界噪音覆盖;当在漏气较微弱即漏气孔直径d略大于零时,如微漏1,所测值比d≈0时大,但其模拟声音分贝值落在环境噪声区间内,受环境噪音干扰及测量仪器灵敏度的限制,不能对是否漏气做出判定;当漏气孔直径d稍大,如微漏2,声压级增大,所测模拟分贝值增大,且比环境噪声所测区间最大值大,可以初步判定漏气。在漏气稍微明显时,如显漏1和显漏2,可较远距离在线检测。

4.2 声发射检测技术验证

据上述实验可知,距喷口较近且环境噪声较小时,可以更好地对微漏进行声发射检测。故本实验选择远离车间,相对安静的地方,且距喷口较近,又对人身较为安全的距离进行。本文选择测试距离D=1 m,对126 k V电压等级的GIS设备进行漏气检测排查,实验使用SDT270配远距离探头,基本步骤同上,测量数据如表3所示。绝缘子一、二、三、四,气阀一分别记为测量处1、2、3、4、5。分析测量数据,结果如图4所示。

d BµV

注:测试气室相对压强:0.22MPa,环境噪声:0.4~0.9d BμV,测试距离D=1 m。

分析以上实验数据可知,在相同的环境噪声下,同一测试距离D,测量点2所测模拟声音分贝平均值明显高于其他测点值,且高于环境噪声区间最大值,即反映的声压级更高。可以初步判定其是漏气点,这与厂家用局部包扎法检测铭牌处有漏气结果相符合,声发射检测技术得到验证。

5 结语

1)采用声发射技术,仪器操作简单,携带方便。检测时无需接触,可在线检测,不易受GIS结构紧凑限制。给现场检测人员提供了一种便捷、安全、准确的且可远程操作的方法。2)声发射技术对GIS微显漏、显漏状态的漏气点初步判定准确,效果显著。当环境噪声较小时,也可以近距离地对微漏状态泄漏点进行定位。这些为进一步采用声发射技术进行气体泄漏检测提供了有价值的参考。

参考文献

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[8]龚其春,刘成良,王永红,等.新型气体泄漏超声检测系统的研究与设计[J].液压与气动,2005(3):75-76.

气体泄漏检测篇2

【目的】

在发生有毒气体泄漏时及时进行处置，确保人身安全，保护管理区域的财产安全。【职责】

1.指挥中心负责报警信息的传递、调度和与相关方的联系工作； 2.客户事务部负责对业户的安抚、解释和疏散工作；

3.工程维修部负责现场确认泄漏情况，采取应急措施，组织维修或配合专业部门进行维修，对发生的泄漏事故快速进行控制，将损失减少到最小； 4.安全事务部负责现场的警戒及疏散、抢险，悬挂警示标识牌。【工作程序】 1.事故的确认：

1)分公司指挥中心，对接到的有关燃气泄露的报警，必须快速联络通知工程维修部的工作人员；

2)工程维修人员必须携带专用仪器到达现场，在确保安全的前提下测试，并撤出危险范围将结果汇报指挥中心（报清楚泄露地点的浓度大小）； 3)指挥中心接到事故确认的通报后，应立即上报分公司最高领导。2.公司内部对事故的处理： 1)工程维修部：

a)当接到指挥中心通知或怀疑泄漏易燃气体报告时尽快赶到现场处理；

b)抵达现场后，要谨慎行事，拍门进入后，不可开灯开风扇及任何电掣，包括电话。必须立即关闭相应阀门，打开所有窗门，严禁现场吸烟； c)微量漏气可用肥皂水检查漏气处，严禁使用明火检查漏气部位；

d)维修人员到达现场后，制定维修方案，或最终决定向专业机构请求协助处理； e)如发现有不适者，应小心妥善处理，等待救护人员及警务人员抵达现场。2)安全事务部：

a)安全事务部经理负责现场的安全处理及指挥；

b)监控室值班人员负责将监控画面切换到事故现场和重要的出入口；

c)根据现场事件的发展情况，安全事务部负责在现场附近设立警戒区域，防止无关人员车辆进入事故区域内，根据上级指令开展疏散、抢险等工作；

d)现场安全维护员应对相应区域的工作人员发出“现场严禁吸烟”、“环境危险，严禁作业”的警示，通知相关岗位人员携带消防设施到现场警戒待命。3)客户事务部：

a)指挥中心负责对警情的接收并及时通知相关人员前去处理； b)协助安全事务部做好人员、物资的疏散、疏导工作；

c)将业户疏散至安全地带时，由客户事务部专人负责安置工作； d)负责热线电话的解释工作。4)注意事项：

a)进入现场人员不得携带移动电话、对讲机、金属外露的工具等； b)进入危险环境后，严禁开启任何电器、严禁使用室内电话； 3.向外求援：

1)事故范围较大，内部工程维修人员处理有困难，由到场分公司最高领导决定拨打火警“119”；

2)如发现有受伤不适者，应小心妥善处理，通知指挥中心向外求援； 3)通知工作人员及现场所有人员撤出危险范围，维护现场秩序； 4)现场人员适当撤出，等待救护人员施救；

5)社会救援力量到达前，安全事务部应疏通道路，到达时，由安全事务部现场接待介绍、指路；工程维修部协调施救方案等事宜。4.善后处理：

1)事故现场得到控制后，分公司负责协调各部人员逐步撤回； 2)由安全事务部协调外来的救助部门的工作； 3)参与部门与人员做好相关记录文件及表格的填写。5.锅炉房发生天然气泄漏情况的处理预案：

1)锅炉房值班人员接到可燃性气体报警信号后，迅速通知工程维修部的维修人员赶到现场确认，并开启防暴风机；

2)当接到锅炉房燃气泄露报警器报警的信息后，应尽快赶到现场进行处理；

3)确定是否在该区域内有燃气泄漏现象，工程维修部要立即通知指挥中心并上报执行总经理；

4)天然气泄漏自动报警系统切断天然气总阀门，同时启动锅炉房内所有风机，工作人员到达“锅炉房”时要谨慎行事，必须携带相关的防护器具；在机房内严禁开灯、开风扇及任何电源，包括使用电话，进入泄露区域必须关闭手机，禁止携带明火； 5)对漏气位置进行查找，并配合燃气管理部门的专业人员现场进行检查维修处理； 6)如发现有不适者，应小心妥善处理，等待救护人员抵达现场； 7)事故解除后，要查明事故原因，并进行记录和存档。

气体泄漏检测篇3

六氟化硫气体是在一种在常态下无色无味无臭无毒的非燃烧性气体, 密度大约是空气的五倍, 同时六氟化硫具有高度稳定的化学性质, 与液氨、氢氧化钠、盐酸、以及水分等无混合性化学反应性能, 在高温 (300℃) 且干燥环境下无法与铁、铜、铝等常见金属材料发生化学反应。同时, 也有研究中显示, 六氟化硫气体的热稳定性理想, 纯态六氟化硫气体在温度500℃条件下具有维持原有状态, 不发生分解反应的突出性能。六氟化硫气体因为具备以上优秀的特性, 在近些年以来, 被广泛应用于电力系统设备装置绝缘以及灭弧介质中, 常用设备包括变压器、开关、以及避雷针等等, 同时还广泛应用于电子、电气行业以及激光、医疗行业等领域。在对六氟化硫气体及其泄露情况进行检测时, 应当以光谱吸收法为基本原理与技术手段。其基本原理是:对于六氟化硫气体而言, 在波段10.6um条件下光吸收能力好。因此, 在具体实验的过程中, 六氟化硫气体会在某一特定波段中表现出集中且较强的光吸收作用, 而在频率950cm-1 的条件下, 有光显著减弱的趋势, 该区域内可见六氟化硫气体明显的吸收带。根据频率与波长之间的对应关系来看, 对于六氟化硫气体而言, 其所对应的吸收带波长在10.6um左右, 因此若被检测六氟化硫气体无泄漏问题, 则在红外线观察视野下10.6um波长区域内背景画面倾向于静止状态。但如果发生气体的泄漏时, 则六氟化硫气体会呈现出烟雾状改变, 在红外线画面下显示出六氟化硫气体泄漏的图像。

2 六氟化硫气体泄漏检测系统的总体架构

在进行六氟化硫气体的检测, 需要在系统开机后相关设备投入正常运转状态 (主要检测设备包括红外热成像仪、可见光相机、激光器、以及准直激光灯等) 。在检测过程中, 首先通过应用可见光相机与准直激光灯的方式, 形成可见光视频, 并准确定位需检测分析的目标区域。待明确区域后需借助于红外热成像仪切换至红外视频监测状态下, 对待探测目标区域进行全面观察。若红外热成像仪中观察显示有六氟化硫泄露问题, 需准确定位泄露位置, 并通过可见光相机与红外热成像相配合的方式进行照片、视频的采集作业。所采集照片与视频信息可以传输至检测人员操作终端, 方便工作人员进行深入分析, 以此种方式使泄露位置更加明确, 并根据实际情况展开对策性的方法研究, 采取补救措施。六氟化硫气体的各个泄漏检测系统的组成部分具有相应的作用效果:其中, 对于激光器模块而言, 其主要功能是为在六氟化硫气体泄漏检测过程提供充足的光源支持。具体来说, 在六氟化硫气体泄漏检测仪正常运行的过程中, 激光器模块投入检测, 并发送具有特定波段的光源, 光源经过扩散处理后形成光束, 并直接照射在装置有六氟化硫气体的物体表面。同时, 操作人员可以通过激光控制盒实现对激光器模块功率的调整, 进而实现对光源、光束的调整。为了达到调节功能, 激光器模块中需要实现主处理器与虚线的交互式连接, 并通过串口接入的方式将激光器模块与主处理器模块连接起来, 以实现激光器模块的功率调节功能。对于在六氟化硫气体泄漏检测系统中的可见光视频采集模块而言, 在实际检测中, 对于那些不太容易寻找到的检测目标, 需要通过可见光视频采集模块的帮助。为了使可见光模块视频所对应视场中心与红外热成像仪所对应视场中心达到完全重合的关系, 以借助于可见光视频对被检测目标进行准确定位, 在此基础之上可以自可见光视频模块切换至红外视频模块中, 以进一步分析在六氟化硫气体泄漏待检测区域, 得到更加准确的检测结果。红外视频采集模块:在待检测区域被定位以后, 红外视频采集模块需要自动完成针对整个六氟化硫气体泄漏待检测区域的红外成像处理作业, 成像结果应在系统终端显示屏上进行反应。终端检测工作人员可以通过观察并读取显示屏红外成像视频的方式, 判断被检测目标区域内是否存在气体泄漏问题, 若有气体泄漏, 则进一步判断泄漏部位。视频存储模块:通过接收主处理器发来的各种指令完成对于红外视频的操作, 视频存储模块可以将拍摄和录制好的文件保存在存储卡中, 然后在电脑端进行查看。主处理器模块:主处理模块是整个六氟化硫气体检测系统设备的核心, 主处理模块所选用平台具有嵌入式特点, 以-Scale处理器为基础, 平台选型为PCS-8290# 平台。在该平台支持下, 主处理模块能够实现对用户终端所输出处理请求的发送, 并据此发出相应的控制操作指令, 使在六氟化硫气体泄漏检测系统中的各个模块关系更加协调与有效。从工作内容上老说, 在六氟化硫气体泄漏检测系统中的主处理模块应当在串口接入支持下实现视频处理模组与红外热成像仪之间的交互式通信。当需要观察分析可见光区域时, 主处理器模块需要在终端显示屏上显示可见光视频图像, 而当需要进行检查是否存在六氟化硫气体存在泄漏时, 主显示器会根据用户的需要切换到红外视频。同时发送红外视频采集控制指令到视频存储模组, 并将具体设置操作指令传输至红外热成像仪控制模块中进行处理。视频显示模块:将采集或者从存储卡中读取的视频, 在显示器上进行显示, 以提供给检测人员进行观察, 包括红外视频与可见光视频。

3 六氟化硫气体检测设备的硬件系统和软件系统设计

3.1 六氟化硫气体检测的硬件设备

激光器:二氧化碳激光器具有非常高的效率, 而且不容易损害工作介质, 因为发射波段在10.6um的不可见激光最容易被六氟化硫气体吸收, 因此二氧化碳是相对而言比较理想的一种激光器。在医疗中通常最普遍的是电激励。

可见光相机:可选择性比较大, 大部分相机都可以满足需求。

另外还包括主控制器、扩束镜、激光准直灯等。

3.2 六氟化硫气体泄漏检测软件设计

嵌入式操作系统的选择:EPCS-8290 嵌入式工控机支持linux与windows CE系统两种系统。对比两种操作系统在六氟化硫气体泄漏检测软件中的具体应用特点来看, 搭载Linux操作系统所形成的一系列开发工具便捷程度教Windows操作系统更低下。故, 在六氟化硫气体泄漏检测软件设计中, 建议优先选择Windows CE操作系统作为选型基准, 发挥其在开发成本低、开发时间段、以及界面美观程度高、人性化高等方面的优势, 选用5.0 系列系统支持六氟化硫气体泄漏检测系统中相关功能的实现。

结束语

基于嵌入式平台的六氟化硫气体泄漏检测系统的使用方法简单, 可以快速、准确、高效地检测出六氟化硫气体是否存在泄漏的情况以及泄漏点的位置, 解决了传统设备进行气体检测效率低、危害性大等缺点, 大大提高了工作效率。

摘要：六氟化硫气体是一种全新的超高压绝缘介质材料, 其绝缘性能较空气、油体而言更具优势, 同时在电气绝缘、灭弧方面表现出了良好的性能优势, 六氟化硫气体在新时期电力系统领域中的应用潜力是非常巨大的。但六氟化硫气体泄露问题无明显提示, 难以及时被观察到, 若存在泄露问题, 则六氟化硫气体与空气的电气绝缘、灭弧性能将受到不良影响, 进而容易在电力设备的运行中带来安全隐患, 高压灭弧还会产生有毒气体对人体造成伤害。在早期对于六氟化硫气体的检测方式都是通过涂抹肥皂水或者手持检测仪器, 这样的检测方式效率低, 距离近, 对于人体的危害性大。本文主要是通过对六氟化硫的气体检测设备进行深一步的设计与探讨。

关键词：六氟化硫气体,气体泄漏检测,红外成像

参考文献

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[4]梁方建, 王钰, 王志龙等.六氟化硫气体在电力设备中的应用现状及问题[J].绝缘材料, 2010 (03) :43-46.

气体泄漏检测篇4

海洋平台气体泄漏爆炸对结构的作用分析

摘要：结合气体爆炸的.特点,考虑和计算影响气体爆炸的几个主要因素,考察在海上天然气开发工程中,发生天然气泄漏点火后,燃烧爆炸的发展过程及产生的相应荷载作用,进而做了平台舱室因为爆炸荷载发生破损的变形分析,采用能量法建立了板的挠度公式.计算结果与试验结果比较吻合,为油气田定量风险评估及事件升级分析奠定了基础.作者：韩圣章胡云昌作者单位：天津大学建筑工程学院,期刊：天津大学学报(自然科学与工程技术版) ISTICEIPKU Journal：JOURNAL OF TIANJIN UNIVERSITY (SCIENCE AND TECHNOLOGY)年，卷(期)：,34(4)分类号：X937关键词：气体爆炸定量风险评估能量法海洋平台

从泄漏气体组成寻找应急救援依据篇5

1根据化学式判断气体燃烧爆炸产物

质量守恒定律叙述了参加化学反应的物质,在化学反应前后元素种类不变。泄漏气体发生燃烧爆炸一般是跟空气中的氧气发生剧烈的化学作用,所以产物即为组成泄漏气体各元素的氧化物。一般认为完全燃烧状态下各元素转化为该元素最稳定的高价氧化物,例如碳元素全部转化为二氧化碳,氢元素全部转化为水,氮元素转化为二氧化氮等,当不完全燃烧时则转化为低价态氧化物,如含碳物质在供氧不足或者温度较低时,发生不完全燃烧,生成大量有毒的一氧化碳气体。由此可见,通过泄漏气体的化学式可以判断其爆炸燃烧产物,从而为进一步的应急救援做好准备。

2根据原子价态变化判断可燃气体爆炸下限

可燃气体从密闭空间泄漏出来之后与空气均匀混合形成预混气,当达到一定浓度时(即爆炸下限),遇火源才会发生爆炸,此浓度范围称为气体的爆炸浓度极限,简称为爆炸极限;其中,此范围的最高浓度称为爆炸上限,最低浓度称为爆炸下限。可燃气体泄漏之后一般需要随时监测其浓度是否达到爆炸下限,从而预警气体爆炸危险,降低爆炸危害。

爆炸下限可以通过经验公式(1)计算,作为参考[1]。

L下 $= \frac{100}{4.76 (n_{0} - 1) + 1}$ (1)

式中:n0——每一分子可燃气体完全燃烧时所必需的氧原子数

每一分子可燃气体完全燃烧即变成其相应的氧化物,各元素化合价变化的代数和a即为该分子燃烧所失去的电子数;一个氧气分子从反应前的单质状态转化成化合物需要获得4个电子,根据质量守恒定律反应中得失电子数相等,可知,每一分子可燃气体完全燃烧所必需的氧原子为a/2,则公式(1)可转化为

L下 $= \frac{100}{4.76 (\frac{a}{2} - 1) + 1}$

由于经验公式(1)中只考虑了极限中混合气体的组成,导致计算数据与实测数据有所不同,但仍可作参考。

对于可燃的链烷烃气体来说,气体的爆炸下限可以根据含碳原子数(nc)来计算爆炸下限[2]:

L下 $= \frac{1}{0.1347 n_{c} + 0.04343}$

3根据相对分子量判断有毒气体扩散情况

对于有毒有害气体,发生气体泄漏之后,有的气体比空气轻,在室内泄漏之后易上升滞留于屋顶等限制性空间,不易排出;有的气体比空气重聚积在地势低洼、下水道、地下建筑、水井等地,若人员停留在类似场所极易发生中毒事故。

对任何气体来说,有式(2)成立: $ρ = \frac{m}{V}$ (2)

式中:ρ——密度

m——质量

V——体积

假设气体处于标准状况下(101.3 kPa,20 ℃),则

$n = \frac{V}{V_{m}} ((n$ :物质的量,Vm:摩尔体积22.4 L/mol)

将 $n = \frac{m}{Μ} ‚ n = \frac{V}{V_{m}} (Μ$ :摩尔质量,数值上等于其相对分子质量),代入式(2)得:

$ρ = \frac{n Μ}{n V_{m}} = \frac{Μ}{V_{m}}$ (3)

即:气体密度与相对分子量成正比。一般认为空气相对分子质量为29,所以相对分子质量大于空气相对分子质量的气体密度比空气重;反之,则密度比空气轻。

综上所述,相对分子量大于29的气体,容易聚集在地势低洼处,若是有毒有害气体,则需疏散下风方向及地势低洼处的人员到上风方向或地势较高处;若是可燃气体,在该类场所,遇火源容易发生回燃现象,甚至爆炸。

气体按照组成可以分为纯净物和混合物。纯净物的相对分子质量就是化学式中各个原子的相对原子质量总和。混合物气体的平均相对分子质量 $\bar{Μ}$ 根据定义得:

$\begin{array}{l} \bar{Μ} = \frac{m_{总}}{n_{总}} = \frac{m_{1} + m_{2} + \dots + m_{n}}{n_{1} + n_{2} + \dots + n_{n}} \\ = \frac{n_{1} Μ_{1} + n_{2} Μ_{2} + \dots + n_{n} Μ_{n}}{n_{1} + n_{2} + \dots + n_{n}} \end{array}$

设某一组分占总体积的体积比为C,相同条件下(PV=nRT)气体体积与物质的量成正比,则某一组分占混合气体总物质的量的比等于C,代入上式得:

$\bar{Μ} = C_{1} Μ_{1} + C_{2} Μ_{2} + \dots + C_{n} Μ_{n}$

4结语

气体由于其特有的性质,泄漏后无法将其控制在有限空间内,导致中毒事故范围扩大,或者有燃烧爆炸的危险。本文介绍了利用泄漏气体的化学式、分子量简单判断气体的扩散情况、爆炸极限及燃烧产物的情况,从而为有毒有害气体泄漏事故的应急救援提供依据。

参考文献

[1]许满贵,徐精彩.工业可燃气体爆炸极限及其计算[J].西安科技大学学报2005,25(2):139-142.

气体泄漏检测篇6

针对危险化学品、生化制剂、放射性或核物质 (CBRN) 事故, 事故情景模拟是研究公众保护策略的一个关键内容, 其中有毒气体泄漏是CBRN事故中的一种典型的事故类型[1]。一旦发生毒物泄漏事故, 除了可能造成巨大的人员伤亡和财产损失外, 还可能牵涉到大批人员的紧急疏散[2,3,4,5]。国内外学者针对不同场景下的人员疏散开展过大量研究, 如Togawa提出了许多关于群体运动的技术观点和经验数据[6];国际海事组织 (IMO) 自1995年起即要求在滚装船体设计阶段就测试其人员疏散效果[7];Weston[8]和Dotson K.J.[9]等人曾对区域疏散效率的影响因素进行了研究, 认为公众对政府预警信息发布方式的熟悉程度, 以及挨家挨户的通知方法有助于提高疏散效率, 但疏散过程中的交通事故、事故致死人员数量、疏散活动致伤人员数量、自发性的疏散人员、拒绝疏散的人员和疏散过程中的抢劫或犯罪行为, 会对疏散效率产生不利影响。西方国家研究区域疏散时, 一般仅考虑有交通工具的情况, 很少考虑人员步行疏散情景, 因而相关疏散时间估算和疏散模拟就转化交通流模拟问题。总体上讲, 有关建筑物火灾、核物质泄漏等技术灾难, 飓风、地震、洪水和森林大火等自然灾害引起的疏散问题已有大量研究文献, 但针对危险化学品泄漏、高含硫化氢气田井喷等事故诱发的大规模人员疏散问题研究文献相对较少, 相关文献内容一般都是事后调查访谈资料, 或仅涉及其中某个局部问题的内容, 如最佳疏散路线选择等[10]。

本文针对危险化学品泄漏、高含硫化氢气田井喷等事故诱发的大规模人员疏散问题进行研究, 通过SLAB模型模拟有毒气体泄漏扩散, 并在此基础上分析疏散范围和估算疏散规模, 以期为制定合理的应急疏散方案提供参考。

1 方法

1.1 重气扩散模拟模型

疏散区域和疏散人数的确定与有毒气体泄漏扩散的影响范围相关, 气体在大气中的扩散过程可以通过各种模型进行模拟。据统计, 在因毒物泄漏造成的人员伤亡中, 约有90%与重气泄漏有关, 现阶段可用的重气扩散模拟模型包括拉格朗日模型、三维数值模型和浅层模型[11,12], 其中, 浅层模型计算最为快速, 相关参数易于获取, 适合开展事故发生后的快速预测、疏散区域识别与辅助决策支持。

浅层模型典型代表是SLAB模型, 可以模拟连续泄漏、间断性泄漏、瞬时泄漏的情况, 获得有毒气云随时间空间的分布[3]。SLAB模型中可采用稳态烟羽模式和瞬时阵喷模式两种大气扩散模式[13], 其模拟过程包括泄漏源识别与扩散初始化、计算气体扩散和计算时均浓度三个阶段, 如图1所示。泄漏源识别决定模拟过程采取何种扩散模式, 对于持续时间较长的泄漏源, 一般选择稳态烟羽模式;对于持续时间有限的泄漏源, 泄漏初期和持续期的模拟一般也选择稳态烟羽模式, 当泄漏源终止时转而选择瞬时烟团模式模拟气体随后的扩散过程;对于瞬时性泄漏, 一般采用瞬时烟团模式计算整个扩散过程。

1.2 疏散范围的确定

疏散范围影响疏散规模, 针对毒气泄漏事故的人员疏散, 目前确定疏散区域的方法主要有先期隔离距离和防护距离[14,15]和应急计划区 (Emergency planning zone, EPZ) [16,17]。其中疏散区域边界确定时, 需要知道多大浓度对人生命安全和健康构成危险, 常见的“临界”浓度的确定方法包括急性暴露准则级别 (Acute Exposure Guideline Levels, AEGL) 浓度, 紧急响应计划指南 (Emergency Response Planning Guidelines, ERPG) 浓度以及立即威胁生命及健康浓度 (Immediately Dangerous to Life or Health concentration, IDLH) 法。其中, IDLH方法实际上属于一种梯阶式方法, 即优先使用人体急性毒性数据, 接着是使用动物吸入的急性毒性数据, 最后使用动物经口急性毒性数据。如果相关的急性毒性数据不足或没有, 则考虑使用慢性毒性数据或类比某种具相似毒性效应的化学品。为便于修订, 首先使用二次毒理数据, 一旦初步确定IDLH浓度, 将其与现有IDLH浓度和其他浓度相比较 (如现有的短期暴露指标和爆炸下限) [18]。因此疏散区域外边界可以选择立即威胁生命及健康浓度, 即1倍或2倍的IDLH浓度可能扩散的最远距离为半径来确定。

2 基于SLAB模型的毒气泄漏扩散模拟

某山东企业集团地处烟台市区, 其中MDI光气生产设备为潜在有毒气体释放源。据统计, MDI生产系统1km范围内潜在最大疏散人口估计超过80573人; (1~2) km范围内潜在最大疏散人口估计超过105300人。光气为剧毒物质, 立即威胁生命安全健康浓度 (IDLH) 为2ppm。本次模拟初始条件分别为圆孔泄漏源、离地高度20m、泄漏源压力0.2MPa、连续泄漏10min、原料气温度280K、大气温度283K、相对湿度75%、大气稳定程度5、地表粗糙度为14, 其中泄漏孔径分别为50mm和100mm, 大气风速分为0.5、1、1.5和2m/s情况进行模拟。

2.1 结果分析

利用SLAB模型模拟可以获得扩散条件下不同浓度气体最远扩散距离、不同浓度有毒气云抵达不同地点所需时间及在该地点的超过此浓度的持续时间。表1所示为上述条件下, 2倍、1倍和0.5倍光气IDLH浓度最远扩散距离, 从表中可知, 不同浓度光气最远扩散距离可能超过光气大泄漏时的先期隔离距离, 泄漏源周边居民有疏散要求。如果选择1倍光气IDLH浓度最远扩散距离作为疏散区域边界确定依据, 则在泄漏孔径100mm, 大气风速1.5m/s的情况, 疏散区域半径应不小于1397m。表2所示为不同泄漏孔径, 光气在不同风速影响下, 指定地点处浓度最先达到2倍、1倍和0.5倍IDLH浓度的时间, 以及超过该浓度的持续时间。从表中可知, 对于100mm泄漏孔, 大气风速1.5m/s的情况下, 下风向距泄漏源1000m的人员如果不想吸入1倍IDLH浓度的光气, 其可用疏散时间不超过846s。

2.2 影响区域划分

通过扩散模拟获得有毒气体浓度的时间空间分布数据后, 可计算不同地点的毒负荷并按照毒负荷[19]的大小将伤害范围划分成致死区、重伤区、轻伤区和吸入反应区[20,21]。致死区、重伤区、轻伤区和吸入反应区的划分可辅助确定疏散方案, 决定是否疏散以及确定具体的疏散时机。图2中所示即为上述示例中泄漏孔径100mm, 大气风速1.5m/s时, 通过扩散模拟获得在泄漏15min和35min后光气影响区域情况。图中由里及外色块分别表示光气毒害死亡、重伤和轻伤分区。从图中可以看出, 随时时间推移, 光气不断沿下风向扩散, 致死区、重伤区和轻伤分区的范围随之发生变化。

3 区域疏散分析

3.1 业务流程和数据流程分析

3.1.1 业务流程分析

根据前述各章节中对毒气泄漏事故情景下的区域疏散分析需求分析, 可以将完整的区域疏散分析过程划分为事故基本信息获取、有毒气体影响范围分析与预测、区域疏散优化分析三个阶段, 如图3所示。

注:tarrive表示指定地点有毒气体浓度最先达到规定浓度的时间, 单位s;Δt表示指定地点有毒气体浓度超过规定值的持续时间, 单位s。

3.1.2 数据流程分析

区域疏散分析系统数据流程如图4所示, 接到毒气泄漏事故报警信息后, 系统中通过事故现场在地图上定位、利用视频查看现场情况和搜索危险源信息等功能, 访问相关数据库表, 实现相关信息的确认, 为气体扩散模拟和其他后续流程提供输入。

3.2 疏散范围分析与疏散规模估算

3.2.1 疏散范围

有毒气体扩散影响范围预测为区域疏散分析提供基础。系统中采用匙孔形疏散区域[17]确定方法, 其中扇形部分圆心角选择90°, 半径等于光气泄漏时防护距离, 小圆半径等于光气大泄漏时先期隔离距离。初步确定的疏散区域为扇形与圆形的并集。将初步确定的疏散区域与居民区图层, 即疏散亚区域进行叠加分析, 可以得出可能受影响的居民小区或疏散亚区域对象, 见图5中多边形所示区域。利用系统为用户提供的绘图工具, 区域疏散分析人员可以绘制出最终需要疏散的范围, 即图6中多边形所示区域。

3.2.2 疏散规模

根据确定的疏散范围与事故发生时间, 系统实现人口规模估算等, 可以确定各疏散亚区域或居民区中应疏散的人口数。图6中即为事故发生时间为早上8点时周边居民区应疏散人口数估计情况。表3为晚上12点时周边87个疏散亚区域中应疏散人口数估算结果, 初步估算87个亚区域应疏散人口数约为151478人。

若假定光气发生泄漏, 相应警报系统立即发出疏散警报, 即光气泄漏基本与疏散通知同步发生时, 利用基于SLAB模型、离散时间网络流的区域疏散分析模型和GIS网络分析技术建立的区域疏散分析系统原型可以模拟光气扩散过程和人员疏散过程, 如图7所示为光气泄漏扩散与周边人员疏散在泄漏事故发生后10min和30min的动态变化情况。从图中可以看出部分人员疏散时可能暴露在光气扩散形成的死亡区域。当人员在疏散过程中的累积毒负荷达到极限毒负荷时, 采取疏散策略并不可行, 应考虑采取就地避难的人员保护措施以减少人员伤亡。

4 结论

1) 介绍了现阶段可用的重气扩散模模型, 提出采用SLAB模型模拟有毒气体泄漏扩散, 并给出了气体扩散模拟实验的具体流程。然后介绍了针对CBRN事故的区域疏散分析系统的设计与实现, 给出了具体的技术路线和疏散分析流程。

2) 选择光气作为泄漏物, 在假定条件下模拟得出了2种泄漏孔径, 4种大气风速下的扩散结果, 包括3种浓度值的最远扩散距离, 指定地点达到规定浓度的时间和超过该浓度的持续时间, 以及不同时间下风向有毒气体影响区域的动态变化情况。模拟结果为疏散方案的制定提供了参考和依据。

3) 通过针对光气泄漏事故的算例测试了区域疏散分析系统的应用效果, 结果表明系统实现了最初的事故信息获取、划定事故影响区域、确定疏散范围并对疏散人口进行预测的目的, 为合理制定针对CBRN事故的应急疏散方案提供了技术支持。

4) 毒性气体泄漏后, 危险区域内的人员采取相应的保护措施可防止和减少人员中毒伤亡。究竟是就地避难还是应急疏散, 则需要通过对一系列的因素进行分析后作出综合的判断。如采用疏散措施时, 确定具体的疏散时机则显得尤为重要。

摘要：针对CBRN事故中的毒气泄漏场景进行研究, 采用SLAB模型模拟有毒气体的泄漏扩散, 并给出模拟流程。以山东某企业光气泄漏灾害应急疏散项目为例, 计算不同风速和泄漏孔径的毒气泄漏的最远扩散距离、到达时间与持续时间。通过模拟获得有毒气体浓度的时间空间分布数据, 得出致死区、重伤区和轻伤分区的范围变化情况。证明随时间的推移, 光气不断向下风向扩散。最后通过系统设计与程序运算, 实现了事故信息的获取、划定事故影响区域和疏散范围以及对疏散人口进行预测的目的。有毒气体扩散模拟与区域疏散分析对于合理制定针对CBRN事故的应急疏散方案具有重要意义。

气体泄漏检测篇7

SF6气体具有理想的绝缘和灭弧性能,已广泛应用于高压开关设备中.由于制造、安装等质量差异以及材料老化等因素,SF6高压开关设备发生SF6气体泄漏是一个普遍存在的现象[1]。高压开关设备一旦发生SF6气体泄漏,将给电力设备的安全运行和室内工作人员的安全带来严重的威胁,因此,实现对开关室内环境的在线监测、实时报警和启动通风控制具有十分重要意义[2]。

国家电网公司2005年发布的“国家电网公司电力安全工作规程(变电站和发电厂电气部分)”和国家电网公司2006年发布的“国家电网公司安全技术劳动保护七项重点措施(试行)”中都明确规定了安装SF6气体环境泄露在线监测装置,并规定了具体的指标。

1 几种SF6气体测量的原理方法和特点

当前,SF6的测量方法有紫外线电离型、高频振荡无极电离型、电子捕获型、钢丝热电子发热型、负电晕放电型、气压表测量法、密度继电器测量法、半导体传感器法和激光红外成像法等多种。

目前应用较多的有电子捕获探测(ECD)和局部真空负离子捕获(NIC)探测等技术.前者需内置辐射源,在使用、储存和运输等方面将受到诸多的限制,而且还需要纯度高达99.998%的氩气;后者需要微型真空泵和流量传感器的配合,结构复杂、技术难度大、不适合作为现场在线监测仪器的使用[1][5]。

传统的SF6气体测量方式:气压表测量法和密度继电器测量法。气压表测量法的主要原理是用气压表监测气体压力。但是由于SF6气体压力随温度变化而变化,因此这种方法只有在环境温度变化不大、泄漏明显的情况下起作用,而且还需要工作人员不断监控,不适用于无人值守的变电站中。密度继电器测量法中,密度继电器为机械装置,精度一般,抗震能力差,不能及时反应在安全值以上的气体微量泄漏[4]。

半导体传感器采用镀锡的二氧化锡半导体作为电极,由于二氧化锡半导体具有较强的亲氟化物特性,因此当空气中含有一定量的被测气体时,传感器阻值将随之下降,被测气体的浓度越高,传感器阻位越低。传感器的底部装有电加热丝,目的是增加被检测气体的活性。与传统测量方式相比,半导体测量法检测SF6具有精度高,价格低等优点,但是寿命短,误报率高。

基于负电晕放电原理设计的SF6在线监控系统是当前用于高压变电站开关室内SF6气体泄漏监测的主流设备,其结构简单,安全可靠,成本较低,适合于大范围的在线监测是该系统的特点。但该系统存在传感器的使用寿命较短,容易引起误报警等缺点,严重影响该系统作为监测设备的可信度[5]。

采用超声波测速法进行SF6泄漏的测量,其原理是超声波速度在不同摩尔质量的气体的传输速度是不同的。声波是一种在弹性媒质中传播的机械波,它是纵波。超声波具有波长短、易于定向发射等优点,而且超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性和状态有关,通过媒质中声波的测定可了解媒质的特点。当通过差分法消除温度影响后,声波速度就仅和气体摩尔质量有关。对于SF6气体,其气体摩尔质量为空气的5倍,因此当空气中泄漏SF6含量变化时,其气体摩尔质量也会发生变化,对应到声速上也会产生对应的改变。通过超声传感器测量超声波的传播速度,反推出SF6气体的含量,即可实现定量测量空气中SF6泄漏气体的浓度。

该测试方法技术成熟、稳定、不易受环境因素影响,寿命较长,精度可以达到10 μL/L,不足之处是价格昂贵,多为国外公司用户所采用,对浓度较高时适用。

红外激光吸收方法主要利用SF6对特定波段有强吸收的特性来检测SF6气体浓度,采用此种方法测量SF6浓度具有灵敏度高、受环境影响较小、寿命长等特点,并且适合于实时在线监测[6]。光辐射在气体中传播时由于气体分子对辐射的吸收、散射而衰减[7],因此可以利用气体在某一特定波段的吸收来实现对该气体的检测。

2 监测方案

2.1采用激光检测原理测试SF6气体

经综合比较分析,建议采用激光探测器检测SF6的泄漏。激光探测器测量范围为0~2 000 μL/L,其灵敏度为1 μL/L,而目前安全规程规定SF6浓度报警为1 000 μL/L,因此激光探测器可以定量检测空气中SF6的浓度,随着国家环保力度的加大,规定SF6浓度报警值会不断的降低,这样就可以随时更改,也避免了其它检测类型无法定量检测的缺点,目前比较先进的SF6气体泄漏在线监测都采用了激光检测技术。尽管激光检测技术一次性投资成本高,但是由于使用寿命长,维护量小,准确度高,误报率低,尤其是采用现场气管式安装,通过气泵循环抽气到激光检测室的方案,现场安装的费用会降低很多。考虑到激光探测的现场测点多为8路,这样对220 kV及以上电压等级的变电站,空间较大,测点就显得少了,因此建议在维持目前成本或较少增加成本的情况下增加现场测点。目前已经有产品在简单增加分路器的条件下,将测点可以增加到16路和32路,甚至更多。

2.2 采用独立的氧气传感器检测

通常采用的氧气传感器是与SF6传感器组合在一起,统称双气体探头,因为该种SF6传感器检测准确度和稳定性不高,需要氧气配合检测,同时一个测点在检测SF6气体也要检测氧气,所以做成双气体探头。因为建议采用激光检测SF6气体的技术,所以,在此就采用独立的氧气传感器。先进的氧气传感器是独立的一个氧气变送器,因采用激光检测SF6准确度高,所以不需要每个测点安装氧气传感器,这样氧气传感器只需要一台,安装在开关室适当位置,信号传递到控制中心。氧气传感器技术指标建议,其测量范围为1%~25%之间,精度不小于1%,纯氧量报警为不大于20%,并且可以定量检测空气中氧气的含量。

2.3 采用温度和湿度一体的传感器检测

采用温度和湿度于一体的传感器,将检测的温度和湿度变成数字信号,通过电缆传送信号到控制中心即可。温湿度变送器在一个开关室只需要安装一个就可以,一般安装在开关室中间墙壁上,安装位置离地大约1.65 m左右。

2.4 风机的控制

鉴于SF6气体比空气重很多,为达到对SF6气体的排泄,安全规程规定风机必须安装于开关室的下方。当开关室内空气中的SF6气体浓度达到1 000 μL/L或氧气含量低于18%时,风机自动启动进行排风。排风机自启动后能连续排风到整定时间(如30 min),自动关闭。若在整定时间的排风后,SF6气体和氧气仍高于启动值时,风机再次启动排风直至满足要求为止。风机的配置的数量与开关室的空间大小有关,但不宜少于2台。风机不仅能自启动,而且还能手动启动,以满足不同情况的需要。

2.5 红外探测器

建议应该在开关室入门处安装红外探测器,并配置显示和发音的功能,在探测到人员靠近开关室入门处,应该主动以声音提示人员,当前室内的SF6气体和氧气浓度,提示人员注意安全,并在人员确定要进入时,按照安全规程主动启动风机排风。

2.6 集中控制台

对于集中控制操作台部分,分为两种开发方式。一种是采用单片机系统;另一种是工控机系统。采用单片机系统的控制操作部分优点是成本低、可靠性高、环境适应能力强、安装灵活方便、占地小,缺点是控制的能力不高、存储能力差、各种远程通信的能力非常弱、使用方面可提供的功能有限。采用工控机系统的控制操作部分优点是能力强、存储能力大、具备良好的各种远程通信的能力、可提供非常方便的使用方面的功能,缺点是成本高、可靠性比单片机弱、对环境要求高、安装不方便、占地面积大。经综合考虑建议采用先进的嵌入式多任务开发方式的控制部分,结合前两种方式的优点既以有限的成本构建运行可靠性高、安装灵活方便、存储能力大、使用方便功能强,同时又具备良好的远程通信能力的控制系统。

3 国内应用现状

从监测装置的结构方面主要是分布式和集中式。分布式多采用在现场布置多个采集单元,每个采集单元都独立具备SF6气体的测试功能,测量后的信号通过电缆传送到后台的集中控制台,同时,其它的有关测试元件也是独立测试,例如:氧气、温度、湿度及红外等等。集中控制台负责统计、报警、控制风机及人机交互。这种分立的测试方式测量SF6气体多数是非激光红外测试原理的。这种测试方法优点是:价格低、布置灵活、测点量可以任意增加。缺点是:采用测试原理简单、定量测量不准、误报率高、寿命短、维护量大、现场需要多根电缆、测点增加将直接增加费用等。目前国内多数以此种方式安装。

集中式的监测装置主要是以激光红外测试原理为主。现场采用布置多个测点。但是测点又分为多个气管布置加一个激光红外集中测试和多个激光红外现场测试区别。多个气管布置加一个激光红外集中测试是在现场布置多个气管,在集中控制柜进行激光红外检测,由于现场只是简单的气管布置,因此安装简单容易。多个激光红外现场测试是在现场根据需要安装几个相对方向的激光发射器和红外接收测量装置,准确度高。激光红外集中测试优点是:可以准确定量测试、寿命长、准确率高。缺点是:费用高,测点增加难度大。是目前国内比较先进的用于更新换代的产品。

4 结束语

随着更加先进的控制技术的应用,SF6气体泄漏环境在线监测装置更多的和变电站安全系统融合,逐步的变为和消防等结为一体,在集中控制方面更加的模块化。同时,不仅局限于对SF6气体的检测,各种SF6气体泄露后的化学变化产物的检测也逐步的增加,使得检测范围更加广泛。

参考文献

[1]孟忠.SF6开关室环境中SF6及氧气含量在线监测的应用研究[J].华北电力技术,2005,(增刊):1~5.

[2]田勇.利用激光成像技术定位检测设备SF6气体泄漏[J].东北电力技术,2005,(12):35~37.

[3]陆生贵,蔡声镇,苏伟达,等.一种高稳定性的SF6气体在线监测系统的设计与实现[J].福建师范大学学报(自然科学版),2008,(5):53~56.

[4]陆荣.室内SF6、氧气在线监测系统的设计[J].无锡职业技术学院学报,2007,(6):41~43.

[5]蔡声镇,吴允平,郑志远,等.高压变电站室内分布式SF6监测系统的研制[J].仪器仪表学报,2006,(9):1033~1036.

[6]王春宁.SF6气体综合在线监测装置[J].高压电器,2005,(2):152~154.

气体泄漏检测篇8

随着汽车技术的不断发展,整车气动元件对密封性的测试提出了更高的要求,各厂家对不同的气动元件,如气阀等提出了在不同环境温度下的密封性能要求,详细规定了不同气动元件气体泄漏量的数值指标,比如要求气阀在常温状态下,从进气口通入0.8MPa气体,开关转换前后,要求泄漏量<3sccm (每分钟3毫升)。我们以往对气动零部件的密封测试所采用的主观泄漏评判方法和压降法已经不能满足规范中对气动元件的测试要求,需要寻求一种新的测量方法。

结合现有试验设备,通过改变测试方法并采用专用的测试仪表,我们设计了一种新的测量气动元件泄漏量的精准测试方法,即质量流量法。采用该种方法检测气动元件的密封性能,可以在不同环境温度下精确地测试出气动元件的泄漏量。本文对压降法测试气体泄漏量和采用质量流量法测试气体泄漏量的两种试验方法做以简单介绍。

1、两种试验方法分析比较

1.1 压降法

1.1.1 测试原理图

1—气源2—截止阀3—标准储气罐4—压力表

1.1.2 测试原理

在一定压力下的密闭容器中的气体,随着时间的推移或多或少会产生一定的泄漏,随着泄漏量的增加,容器内的气体质量减少,气压将不断下降。

泄漏量与压降和容积的关系可以通过如下公式(1—1)进行计算:

式中:P—标准大气压力;

V1一为标准储气罐容积:

V2—为被试件及气路的容积;

q—为气体流量。

P1—初始压力值

P2—最终压力值

t1—初始时间

t2—最终时间

1.1.3 测试过程

1.1.3.1连接好被试件后,打开截止阀2,对储气罐3及被试件进行充气;

1.1.3.2充气完成,压力表4的值稳定后,关闭截止阀2,记录压力值P1,并开始计时t1;

1.1.3.3等待一段时间,结束计时t2,并记录压力值P2;

1.1.3.4按上述(1-1)公式计算泄漏量及速率。

1.1.4 压降法的特点

1.1.4. 1 效率低,要求测试仪器精度高。

为了稳定压力,试验中设置了标准储气罐3来进行保压。采取这种方法测量大容积的小泄漏量时,由于泄漏速度较慢,如果采用常用的分辨率为0.01MPa普通压力表来读数,那么需要的测试时间会很长,试验效率非常低。

举例来说,标准储气罐容积为1升,初始压力值为0.80MPa,假设测试件泄漏速率为5sccm (每分钟5毫升),如果使用分辨率为0.01MPa压力表来读数,要使压力表读数从0.80MPa降至0.79MPa,通过计算,将需要200分钟左右。而如果使用分辨率为0.001MPa高精度压力表,要使压力表读数从0.800MPa降至0.799MPa,至少也需要20分钟以上。如果泄漏速率<5sccm,那测试时间将更长,效率非常低。如果采用更高精度的压降测量专用设备,造价很高。

1.1.4. 2 测试值不准确。

公式中容积V1、V2的值都不是很精确。V1不仅报告标准容积体积,还应加上相通的管路容积;特别是被测件的容积V2,由于其内部结构复杂,无法通过计算获得其准确容积,导致通过(1一1)公式计算的泄漏量不准确。

1.1.4. 3 不能测试稳压条件下的泄漏测试。

上述测试过程是一个压降过程,不能保持压力,所以不能对被测件在某一固定压力下的泄漏特性进行测试。

1.1.4. 4 环境温度变化对测量结果影响较大。

在个别特殊工况下,要求对被测件在不同环境温度下进行密封性能测试,低温要求-40℃,高温要求+120℃。考虑到其它测试仪器的耐高低温性能,测试时仅将被测件置于高、低温环境仓中。这样在进行测试时,被测件中的气体和常温储气罐中的气体会有较大的温度差,当储气罐的气体去补充被测件中的泄漏气体时,在热胀冷缩的作用下,由储气罐进入被测件中的气体将和被测件中泄露出去的气体体积不同,直接导致测试值和实际泄露值产生较大差异,造成测试不准确。如低温试验要求-40℃,被测件中-40℃的气体泄漏出去,必须从常温气罐中补充,相同质量的气体在常温下和在-40℃下的体积是不同的,将会使测试值偏高。

1.2 质量流量法

1.2.1 测试原理图

1.2.2 测试原理

将被测件和气源接通,在一定气体压力下,被测件产生泄漏后,气源能够对被测件进行气体补充,泄漏出多少,气源就会补充相同压力下的气体多少。补充的气体均流经质量流量计,质量流量计将直接显示出流入被测件的气体量。

该种方法不受被测件所处的环境温度影响,所补充进被测件的气体先经过质量流量计计量后再送至被测件中,不受气体随温度变换而产生的热胀冷缩影响。

1.2.3 测试过程

1.2.3.1连接好上述气路及被测件,调节调压阀,读取压力表值,使气压稳定至设定气压;

1.2.3.2根据被测件的泄漏范围,选择“流量计1”或“流量计2”。(注:“流量计1”和“流量计2”是不同量程的气体质量流量计。)例如选择“流量计1”的量程,则关闭“开关阀2”和“开关阀3”;

1.2.3.3稳定20秒左右,读取“流量计1”读数,此即为测试件状态下的气体泄漏流量,测试即完成。

如换向阀类,在进行测量时需要进行气路转换,此时则要关闭“开关阀1”和“开关阀2”,打开“开关阀3”,给被测件供气,完成气路转换后,关闭“开关阀3”,再重复2.2.3.2和2.2.3.3步骤。

1.2.4 质量流量法的特点

1.2.4.1测量精度高,操作方便,被测件的泄漏流量可直接读取,不用计算;

1.2.4.2测量系统直接采用质量流量计获取泄漏流量,不用依赖体积的计算确定泄漏量,任何不规则形状的被测件均可进行准确测试;

1.2.4.3可以在某一稳定压力下,在不同的温度条件下,对气动元件的泄漏流量进行测量,测试结果不受环境温度影响。

2、结束语

虽然传统的压降法是一种重要的气动元件密封性能的测试方法,但其在测量气动元件泄漏量过程中存在效率低、受环境温度变化影响大、计算复杂等缺陷,使得测试结果可能偏离真实情况,影响了测试的准确性。采用质量流量法测试气动元件密封性能的试验方法,是在传统的压降法不能满足一些气动元件的准确测试要求的情况下,通过改变测试方法并采用专用的测试仪表一质量流量计,开发的一种新的气动元件泄漏量的测试方法,这种新方法很好地解决了传统的压降法进行气动元件密封性能检测时存在的效率低下、准确性不高、计算复杂的局限性,该方法可对气动元件的气体泄漏量进行精准测量,适用于变速器上不同用途,不同形状,不同联接的气动元件的密封性检测,并且联接简单、操作方便、测试精度高,试验结果直观准确。该方法的使用对提高气动元件密封性能测试的准确性和效率具有重要的意义。

摘要：气动零部件密封性能很重要,压降法和流量法各有优缺点,选择合适的方法很重要。

气体泄漏检测篇9

1 火灾现场特征

可燃气体泄漏后发生爆燃。这种爆炸形成的能量密度小,爆炸压力低,作用范围广,破坏面积大,易引起燃烧,使人、畜呼吸道损伤,导致伤亡。火灾现场一般具有如下特征:

(1)炸点不明显,可分析出爆燃部位。气体爆燃炸点不明显,如将引火源位置定为引爆点,由于气体在空间分布可能不均匀,破坏最严重的地点不一定是引爆点。在火调实践中,可根据周围物体倾倒、位移、变形、碎裂、分散等破坏情况分析出一个最初产生爆燃的范围或空间,把它叫作爆燃的部位(起爆部位)。

(2)击碎力小、抛出物大。气体爆燃除能击碎玻璃、木板外,其他物体很少被击碎,一般只能被击倒、击裂或破坏成有限几块,且物块大、量少、抛出距离近。

(3)冲击波作用弱、燃烧波致伤多。爆燃压力不大,只产生推移性破坏,使墙体外移、开裂,门窗外凸、变形、抛落等。可燃气体弥漫在起爆部位内,燃烧波作用范围广,能迅速燃烧,使人、畜呼吸道损伤,衣服、毛发被烧焦。

(4)烟痕一般不明显。气体泄漏一般发生在计量浓度以下,接近爆炸下限情况下发生爆燃,空气充足,不会或较少产生烟熏。只有含碳高的可燃气体爆燃时可在部分物体上留下烟痕,如苯蒸气等。

(5)易引起燃烧。气体未泄尽,爆燃后一般会在泄漏点处形成稳定燃烧;可燃性液体蒸气发生爆燃,会在液体表面发生燃烧;室内发生气体爆燃后,使室内的可燃物起火,可能造成几个着火点;如可燃气体泄漏量不大,接近爆炸下限时只发生爆燃,有时不引起燃烧现象。

(6)密度大的气体会形成低位燃烧痕。密度大于空气的气体易在低洼处积聚,现场可发现某些物体下方或者火灾烧不到的低洼处存在细微可燃物的烧焦痕。

(7)可形成以起爆部位为中心的燃烧蔓延痕迹。在起爆部位内,因气体的剧烈燃烧产生高温,引燃达到其燃点的可燃物,形成多个火点。但从整个气体爆炸起火并蔓延的火灾现场来看,能形成以起爆部位为中心向其他部位蔓延的痕迹,可助火调人员推断出起爆的部位。

此类火灾现场的上述特征,要求火灾调查人员紧扣《火灾原因认定规则》的要求,按确定爆燃起火—划定爆燃部位—寻找泄漏点和气源—分析认定点火源的程序来进行火灾原因的分析认定。

2 如何确定起火特征为爆燃起火

实践中如何确定燃烧特征是先爆炸再燃烧,可从以下几方面入手。

(1)及时的调查询问。因先爆炸、再起火,相关人员会有明显的从听觉感受(爆炸)或触觉感受(皮肤灼热)到视觉感受(起火)转换的过程。应及时对火灾发现人、报警人、现场当事人进行询问,询问的重点应先问清发生爆燃时的现象和过程;是先燃烧再爆炸还是先爆炸再燃烧,或者是爆炸和燃烧同时感觉到?如果是后两种情况,可定性为先爆炸再起火。询问对象应全面,因此类火灾的当事人、报警人、发现人、及周围证人对爆炸起火的时间节点、现象特征感受基本相同,可通过询问多个对象,得到一致结论(爆炸起火),增强证据的可靠性。

(2)借助录像和火灾报警系统的时间信息来加以佐证。气体爆炸时的冲击波会使周围物体产生晃动,影像系统能感知,如摄像头角度好,可还原爆燃时的火焰。爆炸起火后火灾报警系统能感知,可通过产生这些现象的时间节点的先后关系来认定爆炸起火,实际应用中要注意系统时间的校对,确保时间的准确性。

(3)通过现场容器、管道的特征加以认定。贮存可燃气体的容器或管道,如先泄漏再爆炸起火,因容器或管道在起爆部位受冲击力的影响小,对容器或管道的破坏力不强。如果先起火再爆炸,会形成明显的破坏变形痕迹。

(4)根据气体爆燃起火所具有的特征加以推断。现场勘验过程中,可通过是否具有气体泄漏爆燃起火类火灾现场上述的特征加以反推。

3 如何确定爆燃部位

可燃气体泄漏后向周围扩散,会在一个空间或建筑的某个部位达到爆炸浓度极限。被引爆后,会出现倒塌、破裂、抛出、撕裂等构件的破坏痕迹,还会出现烟熏、炭化等燃烧痕迹。爆燃现场中的泄漏点、引爆点(点火点)可能不在同一位置,爆燃部位内可能会有多个燃点低的物质先起火,形成多个火点,故分析起火点意义不大,应重点根据建筑构件或物体的倒塌、破裂、抛出、撕裂等破坏痕迹来反推起爆部位,再在起爆部位内寻找泄漏点、起爆点(点火源),更具实际意义。

(1)排除局部干扰,整体把握一次爆炸起火的现场痕迹。要根据燃气的理化性质、建筑结构特点,对现场的整体特征、特殊痕迹现象加以分析判断。要利用倒塌、破裂、抛出、撕裂等破坏痕迹来反推起爆部位,又要利用烟熏、炭化等燃烧痕迹来反证气体的理化性质。对于仅发生一次爆炸起火的现场,实践中可把所有倒塌、破裂、抛出的构件和物体空间还原到原来位置,构画出一个较大范围;如这个范围中部分构件(门、窗、轻质墙等)的抛出方向是一致的,则沿该方向向内推,得到一个最小的爆炸中心;如内部方向相反,则应以最外侧的范围来确定爆炸中心,这是因爆炸中心区域内气体的浓度和构件的抗爆能力不同导致的。

(2)综合运用证据、合理分析,确定多次气体爆炸现场的最初起爆部位。在火灾调查实践中大多数是一次性气体爆炸,偶尔会遇到多次爆炸现场,如何准确分析认定最初的爆炸中心,发现并解释多次爆炸之间的关联性是火灾调查的关键。笔者在火灾调查中遇到两起多次气体爆炸火灾现场,一是江阴市周庄镇周西村高僧桥的液化气泄漏爆炸,在最初的爆燃起火后8~10min引起两只液化气瓶的连续爆炸,一只钢瓶呈碎片状,一只钢瓶呈开裂状,后两起爆炸是物理爆炸;二是海力士半导体(中国)有限公司M01车间的爆燃起火事故,最初爆燃是气柜最上层控制箱内吹入的保持正压的氮气错接为氢气,在控制箱内形成爆炸性混合物,遇静电产生爆燃,起火后将气柜上侧前方80cm处的排放可燃气体的玻璃钢管道烧坏,在该管道的后方10 m处的管道发生了第二次爆炸(见图1)。

两起现场有如下特征:一是多次爆炸是由第一次爆炸起火后燃烧或蔓延引起的;二是后面的爆炸和最初的爆炸之间会有时间间隔,易被人们感知,可通过询问佐证;三是后续爆炸如是物理爆炸,会形成明显的炸点(见图2)或在迎火面形成明显的炸裂痕;四是爆燃起火蔓延后引起部分可燃气体管道的爆炸,符合可燃气体在管道内预混燃烧、爆燃的特点。

4 如何查找泄漏点,确定泄漏源

起爆部位内可能有多种气源,如何结合查找泄漏点,确定泄漏源,非常重要。实践中可按下列要点进行。

4.1 分析气体泄漏的主要原因

除人为破坏外,一般有如下原因:一是设备材料强度降低;二是外部载荷突变造成破坏;三是内压上升引起破坏;四是操作失误;五是忘记关孔盖;六是输送泵、管线、阀门处泄漏;七是微量泄漏。

第一、二、三、五项,会产生易被发现的容器、管线、孔盖等的变形、移位或脱落现象。第六项可通过对当班职工的询问发现有泄漏现象,再配合进行管段的密闭性实验加以佐证。第四项操作失误行为,当事人因害怕承担责任,会加以隐瞒,调查人员应在了解操作规程的基础上,通过及时询问,合理运用询问技巧,各个击破,防止形成串供。最危险的、最不易发现的是第七项微量泄漏,主要表现形式有:减压阀与气瓶接口不密封;输气胶管老化开裂或脱落;空气流将火吹灭或液体溢出将火熄灭,致持续泄漏。

4.2 查找漏点、全面罗列、合理排除

爆燃部位内泄漏点和气体源是一种对应的关系。一般采用罗列和排除的方法:首先要全面分析可能存在的气源,如是唯一气源,可直接确定。如有多种气源,可采用下列方式:一是结合泄漏初期的味道、颜色等气体的理化性质来分析;二是结合现场痕迹来分析,如果现场低洼处,火焰不可能波及到部位有燃烧痕迹,且痕迹发黑,则应考虑是高分子的气体泄漏引起的爆燃。另外,部分特殊的案例中可能会有两种气源,如无锡市锡山区东亭街道的一液化气泄漏爆燃案中,发现厨房液化气泄漏爆燃后引起卫生间内浴缸下面也产生了自内向外的爆炸,经分析浴缸下面的爆燃应该是积累的沼气产生的爆燃,两次爆燃间隔时间短,不易区分,须细致分析才能得知。

4.3 居民家中燃气爆燃现场勘验中的注意事项

(1)目前国家标准已强制要求居家燃气灶具有熄火保护装置,只要装置正常,就能防止空气流将火吹灭、食品溢出将火熄灭导致的泄漏。

(2)液化气瓶中充入二甲醚,引起的橡胶垫片、焊封的微量泄漏。二甲醚的价格比液化气便宜,不法商贩将二甲醚充入液化气瓶中。有二甲醚的混合气,除热值低外,无明显区别,用户难以发觉,但二甲醚对橡胶垫片、焊封有腐蚀作用,长期使用会造成微量泄漏。现场勘验中要观察这些部位,如有异常现象,应及时通知质监、燃气等部门。

(3)校核泄漏量和爆炸极限关系,增强认定准确性。

(4)进行联合调查,吸收专家意见,增强认定的准确性和权威性。对燃气有管理权限的部门一般有建设、安监、质监、工商、公安消防部门等,建设部门是主管部门。事故调查中,要在当地政府领导下,组成联合调查组,成员由上述部门人员组成,在调查结束后形成调查组意见;对于疑难复杂事故,还应邀请燃气安全专家参与调查,出具专家意见。消防部门要将调查组意见、燃气安全专家意见加以吸收,形成最终事故认定结论。

5 分析认定引火源

要结合气体性质、火源能量大小、火源与泄漏点的关系分析认定引火源。

5.1 引火源分类

(1)持续性火源。一是持续高温部位;二是持续的明火;三是运行中不防爆的电器,如冰箱继电器、变配电室的电火花。

(2)临时性火源。如焊接、切割,吸烟、焚烧等。

(3)绝热压缩火源。气体从管道、容器等设备中喷出后立即爆燃起火,应考虑超音速喷气流和空气摩擦时绝热压缩引起的火灾。

(4)静电火花。气体伴有雾滴和粉尘的情况下,应考虑静电火花引起,静电火花可在放电金属上留下微小的痕迹,在电子显微镜下可看到像火山口一样的凹坑痕迹。

(5)低自燃点可燃气体接触空气起火。气体从容器、管道等设备内泄漏,与空气接触瞬间起火,因气体的自燃点低于环境温度。

5.2 火源与泄漏点的关系

(1)火源距泄漏点近,爆燃发生早、危害小;火源距泄漏点远,爆燃发生晚、危害大。

(2)对于持续性火源,气体泄漏后立即爆燃危害小;气体先泄漏,后接触火源,危害大。

5.3 火源的性质导致泄漏与爆燃时间上的差异

(1)持续性火源中的高温部位和持续明火,与泄漏源的距离越近、气体扩散性越强,时间差越小;冰箱、配电室等产生的电器火花,因时间上的不确定性,时间间隔上可能会较大。如:2014年6月5日5时40分,无锡三友新材料科技有限公司的羟丙基甲基纤维素车间的醚化釜发生物料泄漏,通过门洞扩散到一墙之隔的配电室,遇配电室内的电火花产生爆燃,爆燃时间是5时50分,两者相隔10min。

(2)临时性火源产生时间与爆燃时间几乎无间隔。气体的预混燃烧,火焰传播速度极快,从紊流燃烧到爆燃的时间极短。如:2014年2月26日,无锡市北塘区刘潭三村47号701室燃气泄漏爆燃案中当事人汪某反映:凌晨4点多睡醒后开灯,立刻感到有火光窜出来,火光向房门外退,整个房间即刻全是火,紧接着就是爆炸声,墙体倒塌。

(3)绝热压缩火源、低自燃点可燃气体接触空气起火,其泄漏与起火应该在同一时间点。

(4)静电火花是气体喷出时产生的,与着火或爆燃一般无时间间隔,如喷出口有绝缘物,也可因静电积累几秒至几分钟后着火或爆燃。

5.4 多个点火源的分析认定

(1)结合对当事人的询问情况合理确定。气体爆燃附近的当事人的烧伤深度一般不深,对此类人员的询问应及时,点火源会与此类人的行为有关。

(2)结合火源性质、火源与爆燃时间的关系来分析。临时性火源和持续性火源是直接明火源,说服力强,应优先使用;火源与爆燃时间上的关系也要充分考虑。

(3)结合气体流向和气体密度来分析认定。风向和密度会影响气体流向和扩散方向。一般来说,靠近泄漏源的火源更有可能是点火源。

6 结束语

(1)因气体泄漏爆燃起火有特殊性,故此类火灾认定要结合《火灾原因认定规则》的要求:先确定爆燃起火的性质,把爆燃部位作为起火部位,再分析认定泄漏部位、气体源,分析认定点火源。爆燃部位、泄漏部位、泄漏源、点火源是此类火灾认定的要点。

(2)及时的调查走访是基础,深入细致的现场勘验是关键,两者要相互结合、相互验证。

摘要：气体泄漏爆燃起火从起火方式到燃烧特征,较其他火灾有不同之处,调查认定过程也有差异。主要从以下方面展开分析:燃爆起火的认定、燃爆部位的确定、查找泄漏点并确定泄漏源、分析认定点火源等,提出此类事故调查的特点,总结更为合理的调查认定程序。

关键词：气体泄漏,爆燃事故,火灾调查

参考文献