郭春梅

(中石化股份天津分公司計量中心，天津 300271)

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環(huán)氧乙烷檢測報警儀校準方法的研究

郭春梅

(中石化股份天津分公司計量中心，天津 300271)

選擇有證標準氣體是保證環(huán)氧乙烷檢測報警儀校準結(jié)果準確可靠的前提。鑒于目前市場上很難買到符合要求的有證標準氣體，文章通過對不同廠家的氣體標準物質(zhì)進行核查，確定了校準所用的環(huán)氧乙烷標準氣體。并結(jié)合報警儀的結(jié)構(gòu)特點，重點確定了環(huán)氧乙烷檢測報警儀的校準項目、校準方法及主要計量特性指標。

環(huán)氧乙烷；檢測報警儀；校準；氣體標準物質(zhì)

0 引言

環(huán)氧乙烷作為一種重要的有機合成原料，在石油石化行業(yè)中用于制造乙二醇、聚醚、合成洗滌劑、潤滑劑等。常溫下，環(huán)氧乙烷為無色有乙醚氣味氣體，是一種有毒的致癌物質(zhì)，GBZ 2.1—2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值第1部分：化學有害因素》規(guī)定：PC-TWA(時間加權(quán)平均容許濃度permissible concentration-time weighted average)為2mg/m3。隨著石化行業(yè)的發(fā)展,環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)和使用逐年擴大，而環(huán)氧乙烷安全性檢測也日益重要。為了確保環(huán)氧乙烷檢測報警儀計量性能的可靠性，其檢定、校準問題也被提到企業(yè)計量管理工作的議事日程。但由于氣體標準物質(zhì)、量值溯源等方面的技術(shù)問題，國內(nèi)尚未頒布環(huán)氧乙烷檢測報警儀的檢驗標準、規(guī)范等，導致此類氣體檢測報警儀的檢定、校準工作因缺乏相應依據(jù)而難以正常開展。本文通過調(diào)研確定校準路線，并在大量實驗的基礎上，確定了所使用的氣體標準物質(zhì)及環(huán)氧乙烷檢測報警儀的校準項目、校準方法。

1 校準所需材料

1)氣體標準物質(zhì)：選擇有證的環(huán)氧乙烷氣體標準物質(zhì)。

2)零點氣體：清潔空氣或氮氣(氮氣純度不低于99.99%)。

3)輔助設備：流量控制器、減壓閥和氣路，秒表，標定罩等。

2 校準所用氣體標準物質(zhì)的核查

校準環(huán)氧乙烷檢測報警儀所用氣體標準物質(zhì)應首選有證的標準物質(zhì)，有證是指“附有由權(quán)威機構(gòu)發(fā)布的文件，提供使用有效程序獲得的具有不確定度和溯源性的一個或多個特性量值的標準物質(zhì)”。有證標準物質(zhì)可以作為計量標準來檢定、校準或校對儀器設備，是量值傳遞的一種重要手段，是統(tǒng)一全國量值的法定依據(jù)，也是保證量值傳遞準確可靠的前提。由于環(huán)氧乙烷氣體的化學特性非常活躍，對標氣廠家的生產(chǎn)過程要求較高。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，廠家能夠生產(chǎn)出5～200μmol/mol濃度范圍的環(huán)氧乙烷標準氣體，標準氣體的擴展不確定度在2%～6%左右，但由于市場需求量非常小，目前市場上還沒有廠家對環(huán)氧乙烷標氣進行申請定級，沒有帶國標號的標準物質(zhì)證書，企業(yè)難以獲得有證的標準氣體。為了工作需要，企業(yè)必須對購買的氣體標準物質(zhì)進行核查，以確保其計量特性能夠滿足開展校準工作的需要。

2.1 氣體標準物質(zhì)核查試驗

采用兩個不同生產(chǎn)廠家的標準氣體對同一儀器進行試驗，驗證校準結(jié)果的可信度，所得實驗數(shù)據(jù)如表1所示：

表1 校準結(jié)果驗證實驗數(shù)據(jù)

2.2 確定校準用氣體標準物質(zhì)

氣體標準物質(zhì)的技術(shù)指標主要依據(jù)目前國內(nèi)標準氣體市場上環(huán)氧乙烷氣體標準物質(zhì)的生產(chǎn)能力確定，有效期一般為半年。采用空氣中環(huán)氧乙烷標氣或氮氣中環(huán)氧乙烷標氣，濃度約為儀器滿量程的20%，50%，80%及大于報警設定值的有證氣體標準物質(zhì)，其相對擴展不確定度不大于3%(k=2)。

3 環(huán)氧乙烷檢測報警儀的校準方法

3.1 校準項目的確定

參照GB 12358《作業(yè)場所環(huán)境氣體檢測報警儀通用技術(shù)要求》和國內(nèi)已頒布的其他氣體檢測報警儀的計量檢定規(guī)程以及國家相關標準，結(jié)合檢測報警儀的計量特性，確定了校準項目：外觀及通電檢查、報警功能檢查、現(xiàn)場與遠傳指示一致性檢查、示值誤差、重復性響應時間等。

3.2 主要項目的校準方法

3.2.1 現(xiàn)場與遠傳指示一致性檢查

對于在線安裝的固定式檢測報警儀，報警信號應發(fā)送至現(xiàn)場報警儀和有人值守的控制室或現(xiàn)場操作室的指示報警設備，并檢查聲光報警是否正常。目的是通過該項目的校準活動，確保檢測報警儀現(xiàn)場與遠傳指示、報警的一致性和運行的可靠性。

3.2.2 示值誤差

儀器通電預熱穩(wěn)定后，按照圖1所示連接氣路。根據(jù)被校儀器的采樣方式使用流量控制器，控制被校儀器所需的流量。校準擴散式儀器時，流量大小依據(jù)使用說明書的要求。校準吸入式儀器時，一定要保證流量控制器的旁通流量計有氣體放出。按照上述通氣方法，通入零點氣體校準儀器零點后，再分別通入濃度約為20%FS、50%FS、80%FS的氣體標準物質(zhì)，記錄儀器的穩(wěn)定示值。每點重復測量3次。按式(1)進行計算每點的ΔA，取絕對值最大的ΔA為示值誤差。

圖1 流量控制器

(1)

3.2.3 重復性

儀器預熱穩(wěn)定后，通入濃度約為50%FS的氣體標準物質(zhì)，記錄儀器穩(wěn)定示值Ai，撤去氣體標準物質(zhì)。在相同條件下重復上述操作6次，按式(2)計算的相對標準偏差為重復性。

(2)

3.2.4 響應時間

預熱穩(wěn)定后，通入零點氣體調(diào)整儀器零點，再通入濃度約為50%FS的氣體標準物質(zhì)，讀取穩(wěn)定示值，停止通氣，讓儀器回到零點。再通入上述氣體標準物質(zhì)，同時啟動秒表，待示值升至穩(wěn)定示值的90%時，停止秒表，記錄秒表顯示的時間。按上述方法重復測量3次，3次測量結(jié)果的算術(shù)平均值作為儀器的響應時間。

3.3 計量特性指標的確定

3.3.1 示值誤差

表2為兩年間對不同裝置區(qū)環(huán)氧乙烷檢測報警儀進行現(xiàn)場試驗，報警儀生產(chǎn)廠家進行的試驗及在報警器實驗室內(nèi)的試驗數(shù)據(jù)中截取的一部分，從表中數(shù)據(jù)可以看出，示指誤差在3%FS左右。依據(jù)GB 12358的規(guī)定，結(jié)合目前國內(nèi)外常見檢測報警儀的技術(shù)指標、其它氣體檢測報警儀的檢定規(guī)程規(guī)定，以及大量試驗驗證，為了保險最終將檢測報警儀的示值誤差指標確定為±5%FS。

表2 實驗數(shù)據(jù)截取部分

3.3.2 重復性和響應時間

在大量的實驗基礎上，依據(jù)GB 12358的要求，參照已頒布的其他氣體檢測報警儀的檢定規(guī)程，并結(jié)合國內(nèi)外常見檢測報警儀產(chǎn)品的技術(shù)指標，最終確定了重復性s≤2%；響應時間t≤160s(擴散式)、t≤60s(吸入式)的指標要求。

4 結(jié)論

本文對環(huán)氧乙烷檢測報警儀校準的技術(shù)條件和校準方法進行了明確規(guī)定，并形成了校準規(guī)范，標準號為Q/SH 0473-2012，它的制定將為中石化內(nèi)部企業(yè)今后的校準、檢驗以及日常維護等工作提供理論依據(jù)，填補了該領域國內(nèi)的空白。從而提高報警儀現(xiàn)場運行質(zhì)量，減少安全隱患，防止安全事故的發(fā)生，為石油化工行業(yè)職工的安全、健康以及環(huán)境保護提供保障，為裝置的平穩(wěn)安全運行起到保駕護航的作用。

[1] GBZ 2.1—2007工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1部分：化學有害因素

[2] GB 12358—2006作業(yè)場所環(huán)境氣體檢測報警儀通用技術(shù)要求

[3] GB 50493—2009石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范

[4] JJG 551—2003二氧化硫氣體檢測儀檢定規(guī)程

[5] JJG 695—2003硫化氫氣體檢測儀檢定規(guī)程

[6] JJG 693—2011可燃氣體檢測報警器檢定規(guī)程

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.1.17