氨氣檢測報(bào)警儀技術(shù)條件和檢驗(yàn)方法

1、氨氣檢測報(bào)警儀技術(shù)條件和檢驗(yàn)方法Technical Requirements and Performance Test for Ammonia Detection Instruments標(biāo)準(zhǔn)編制說明中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院2009年6月目錄1 任務(wù)來源 (22 起草工作簡要過程 (33 編寫原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù) (43. 1考察國內(nèi)外產(chǎn)品,確定技術(shù)指標(biāo) (43.2開展量傳研究,保證溯源可靠 (53.3符合應(yīng)用實(shí)際,制定編制原則 (73.4參照國標(biāo)要求,設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu) (74 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析論證和預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益 (95 采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)情況及水平對比 (106 與

2、現(xiàn)行法略、法規(guī)、政策及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性 (107 貫徹實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的措施和建議 (118 其他應(yīng)予說明的事項(xiàng) (119 附件:氨氣檢測儀檢驗(yàn)不確定度評定 (121 任務(wù)來源氨氣報(bào)警儀是新一代高科技電子產(chǎn)品,它采用高精度傳感器作為檢測元件,當(dāng)報(bào)警儀探測到環(huán)境中氣體的濃度達(dá)到或超過預(yù)置報(bào)警值時(shí),報(bào)警儀通過屏蔽電纜線將信號(hào)傳到控制器,控制器立即發(fā)出聲光報(bào)警,同時(shí)可啟動(dòng)排風(fēng)裝置或關(guān)閉電磁閥切斷氣源,以達(dá)到安全之目的。此種儀器廣泛應(yīng)用于各類型冷庫機(jī)房、儲(chǔ)庫、應(yīng)用到氨氣的工業(yè)場所,能有效地防止中毒事故、爆炸發(fā)生,從而保障人的生命、財(cái)產(chǎn)的安全。課題組調(diào)研了部分企業(yè)的在用有毒氣體報(bào)警儀的使用情況,調(diào)查所涉及到的1

3、4家企業(yè)在用的2214臺(tái)有毒氣體報(bào)警儀中,氨報(bào)警儀所占比例約為5%,主要分布在石油、化工、啤酒行業(yè)等。 圖1 有毒氣體報(bào)警器種類分布情況 調(diào)查發(fā)現(xiàn),目前國內(nèi)可燃性氣體、硫化氫、一氧化碳等檢測報(bào)警儀的計(jì)量檢定工作依據(jù)國家現(xiàn)行的計(jì)量檢定規(guī)程進(jìn)行,而氨氣報(bào)警儀的檢驗(yàn)、檢定工作卻難以正常開展,多數(shù)企業(yè)的氨氣報(bào)警儀疏于管理,無法保證其指示準(zhǔn)確和報(bào)警及時(shí),存在安全和職業(yè)危害隱患。主要原因大致如下:(1國內(nèi)尚未頒布氨氣報(bào)警儀檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程,對氨報(bào)警儀的技術(shù)指標(biāo)缺乏具體規(guī)定;(2由于氨的化學(xué)活潑性質(zhì),標(biāo)準(zhǔn)氣體的提供商極少,難以及時(shí)買到標(biāo)準(zhǔn)氣體;(3標(biāo)準(zhǔn)氣體的保存期限較短,一般不大于6個(gè)月,購置鋼瓶裝的標(biāo)

4、準(zhǔn)氣體給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。目前國內(nèi)可燃性氣體檢測報(bào)警儀、硫化氫檢測儀的計(jì)量檢定工作依據(jù)國家現(xiàn)行的計(jì)量檢定規(guī)程進(jìn)行,但是由于標(biāo)準(zhǔn)氣體、量值溯源等方面的技術(shù)問題,國內(nèi)尚未頒布氨氣報(bào)警儀檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程等,導(dǎo)致此類氣體檢測報(bào)警儀的檢驗(yàn)工作因缺乏標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)而難以正常開展。為了改觀目前檢驗(yàn)缺乏依據(jù)的局面,強(qiáng)化對氨氣報(bào)警儀的使用和管理,國家安全監(jiān)管總局關(guān)于下達(dá)2008年制修訂安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目計(jì)劃的通知安監(jiān)總政法2008144號(hào)文規(guī)定,本標(biāo)準(zhǔn)起草工作正式開始。2 起草工作簡要過程課題組成員于2008年初調(diào)研了部分企業(yè)的氨氣報(bào)警儀的使用情況,了解了此類報(bào)警儀在選型、安裝、校驗(yàn)和日常維護(hù)的現(xiàn)狀及存在

5、的問題。查閱了國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。2008年6月始明確了氨氣報(bào)警儀的技術(shù)特點(diǎn),就關(guān)鍵項(xiàng)目進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),并對檢驗(yàn)用氨氣標(biāo)準(zhǔn)氣的量值溯源方法進(jìn)行了研究,為確保標(biāo)準(zhǔn)氣體的準(zhǔn)確性,對所用標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以及不確定度的評定。在擬定好編寫原則和框架結(jié)構(gòu)以及對調(diào)研收集到的信息、意見進(jìn)行歸納、整理、分析的基礎(chǔ)上,2008年9月初開始編寫本部分。在編寫過程中,注意對那些與國家計(jì)量法規(guī)有關(guān)的條款進(jìn)行推敲和比對。10月底脫稿后,征求了部分院技術(shù)委員會(huì)成員的意見,對氨氣的量值溯源方面進(jìn)行了進(jìn)一步試驗(yàn)。2008年12月根據(jù)國標(biāo)要求編制了氨氣報(bào)警儀的技術(shù)條件和檢驗(yàn)方法(初稿。2009年2月形成該標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿,20

6、09年3-4月征求了國內(nèi)部分專家、用戶的意見,送審稿于2009年5月編制而成。主要參加單位:中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院。工作組成員:姜素霞、肖安山、高少華、丁德武、張賀。3 編寫原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)3. 1考察國內(nèi)外產(chǎn)品,確定技術(shù)指標(biāo)表1 國內(nèi)外部分氨報(bào)警儀產(chǎn)品性能指標(biāo): 本課題組參照國內(nèi)外儀器的性能要求,和已頒布的其他氣體報(bào)警儀的計(jì)量檢定規(guī)程,制定了本項(xiàng)目的技術(shù)路線、性能要求。3.2開展量傳研究,保證溯源可靠由于氨氣的化學(xué)性質(zhì)比較活潑,極易與氧、水分、包裝容器材料發(fā)生反應(yīng)而使?jié)舛劝l(fā)生變化,這些氣體以往都是用安瓿瓶、飽和蒸氣壓等方法少量配制,不宜長途運(yùn)輸及長期貯存,且成

7、本很高。二十世紀(jì)八十年代美國NIST及一些特氣公司如SCOTT等通過實(shí)驗(yàn),研制出鋼瓶的內(nèi)涂層技術(shù),并已成功地投入生產(chǎn)。該技術(shù)有效地防止了活性氣體與鋼瓶內(nèi)壁發(fā)生反應(yīng),使得氣體穩(wěn)定性增大。我國的上海、北京等幾個(gè)著名的氣體公司,借助國外技術(shù),也已開始這項(xiàng)技術(shù)的研究,并有少批量的產(chǎn)品供應(yīng)市場,但氣體的穩(wěn)定性只限于半年最長不超過一年,配制濃度低時(shí)(如10-6級保存時(shí)間更有局限性。本項(xiàng)目組對氣體來源的五種渠道:購置有證標(biāo)準(zhǔn)氣體、使用純氣作為原料氣用高壓配氣裝置配制氣體、氨氣發(fā)生器、飽和蒸汽壓法、安瓿瓶配氣法等進(jìn)行了理論論證及試驗(yàn)研究。(1飽和蒸汽壓法使用分析純氨水揮發(fā)稀釋配制而得到所需濃度的氣體。實(shí)際配制

8、中,用微量注射器取14l氨水加入到10升鋁箔氣袋內(nèi),然后用氣體泵定量向氣袋內(nèi)通入10L清潔空氣,充分振蕩使氣體混合均勻,配制成32×10-6mol/mol 128×10-6mol/mol氨氣/空氣。配制好的氨氣用納氏試劑分光光度法比對、定值?？疾榻Y(jié)果表明此法配制的氨氣濃度與理論值相差較大,配制理論濃度為45.35g/L(即l64×10-6mol/mol氨氣,實(shí)際測定濃度僅為24.54g/L(6次測定均值。而且該法配制的不同批次配制的氣體濃度差異較大,連續(xù)配制的三袋濃度為22.67g/L氨氣,化學(xué)比對測定結(jié)果最高為12.60g/L,而最低僅為7.85g/L。因此,該

9、法只能少量配制,不宜長期貯存,且配氣的重復(fù)性較差,增加了濃度比對的工作量。(2安瓿瓶配氣法已知一定量的氨氣密封在安瓿瓶中,使用特別工具將其在一定容積的容器內(nèi)打碎,獲得已知濃度的氣體。昂貴的安瓿瓶增加了氣體的成本,且玻璃器皿易碎,不宜于長途運(yùn)輸。(3氨氣發(fā)生器目前,國內(nèi)外的氨氣發(fā)生器供應(yīng)商較多,產(chǎn)品性能不一,有些發(fā)生器發(fā)生的氣體的濃度誤差較大,超出5%的范圍,氣體濃度也存在波動(dòng)性。國外產(chǎn)品的質(zhì)量較好,但主機(jī)及其消耗配件(發(fā)生單元模塊的昂貴價(jià)格也制約了此類儀器的推廣使用。(4購置有證標(biāo)準(zhǔn)氣體目前北京、上海、濟(jì)南、江蘇等地的專業(yè)氣體公司已有少批量的產(chǎn)品供應(yīng)市場,氣體的有效期一般為半年。實(shí)驗(yàn)中,從北京

10、氦普北分氣體工業(yè)有限公司購買的50ppm的氨氣標(biāo)準(zhǔn)氣體(4L內(nèi)涂層鋼瓶裝,用納氏試劑分光光度法進(jìn)行量值比對,并考查標(biāo)準(zhǔn)氣體的穩(wěn)定性。50×10-6mol/mol的氨標(biāo)氣化學(xué)比對測定濃度為53.7×10-6mol/mol(7次測定均值,量值符合較好。目前,對所購買的氨標(biāo)氣進(jìn)行5個(gè)多月的穩(wěn)定性考查實(shí)驗(yàn),定期對其氨氣濃度進(jìn)行化學(xué)比對測定,結(jié)果表明氨標(biāo)氣濃度一直保持穩(wěn)定。因此,用內(nèi)涂層鋼瓶裝的氨氣標(biāo)準(zhǔn)氣體可以進(jìn)行長時(shí)間存放使用。(5使用純氣作為原料氣用高壓配氣裝置配制氣體安工院針對標(biāo)準(zhǔn)氣體配制技術(shù)的研究始于2004年,引進(jìn)法國TBT公司氣體混合裝置的設(shè)計(jì)原理,并根據(jù)本單位檢測工作的

11、實(shí)際特點(diǎn)和需要,開發(fā)成功了精密氣體混合裝置,2005年至今,已有包括甲烷、丁烷、硫化氫、一氧化碳、氧氣等16種類別的氣體取得了國家質(zhì)監(jiān)總局頒發(fā)的制造計(jì)量器具許可證,在標(biāo)準(zhǔn)氣體的配制和質(zhì)量控制方面培養(yǎng)了一批技術(shù)過硬的隊(duì)伍,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。利用已有的精密氣體混合裝置,使用濃度為99.999%液氨通過質(zhì)量法自配制低濃度的氨氣標(biāo)準(zhǔn)氣體,用化學(xué)法進(jìn)行量值比對,并考查了自配制氨標(biāo)準(zhǔn)氣體的重復(fù)性和穩(wěn)定性。配制過程采用兩級稀釋法,先由液氨配制成5000×10-6mol/mol左右的氨氣中間氣,再用氨氣中間氣作原料氣配制更低濃度(如25×10-6mol/mol的氨氣標(biāo)準(zhǔn)氣體。用上述方法連續(xù)

12、配制三瓶25×10-6mol/mol的氨氣標(biāo)準(zhǔn)氣體,用化學(xué)法比對定值,考查氣體配制的重復(fù)性。將它們長期放置并定期進(jìn)行化學(xué)比對,考查配制氣體的穩(wěn)定性。結(jié)果表明,所配制三瓶25×10-6mol/mol氨標(biāo)準(zhǔn)氣的化學(xué)比對濃度分別為26.75×10-6mol/mol、24.43×10-6mol/mol、24.74×10-6mol/mol,與理論值符合較好。氣體分別放置2、3、5、10、15、30天后進(jìn)行化學(xué)比對測定,氨氣濃度值基本沒有變化,多天測定濃度值之間的RSD分別為1.3%、1.5%、2.8%,說明氣體穩(wěn)定性非常好。此外,還對標(biāo)氣的配制過程和化學(xué)

13、比對過程進(jìn)行了量傳研究,考查了過程中所引入的各種不確定度,評定結(jié)果表明配制過程和化學(xué)比對過程的擴(kuò)展不確定度均控制在2.5%以內(nèi),保證了量值溯源可靠。因此,自行配制的氨氣標(biāo)準(zhǔn)氣無論是在量值準(zhǔn)確性還是在氣體的重復(fù)性和穩(wěn)定性方面均能夠滿足氨氣報(bào)警儀檢驗(yàn)的要求。量值溯源和傳遞圖見圖3。3.3符合應(yīng)用實(shí)際,制定編制原則本標(biāo)準(zhǔn)的定位:為確保企業(yè)氨報(bào)警儀指示的準(zhǔn)確性和報(bào)警的及時(shí)性提供規(guī)范性依據(jù)。因此,本標(biāo)準(zhǔn)的原則應(yīng)該體現(xiàn)規(guī)范性、先進(jìn)性、可操作性。即綜合考慮國家對于氣體報(bào)警儀類產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)規(guī)定、國內(nèi)外氨報(bào)警儀生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品層次以及國內(nèi)用戶對氨氣報(bào)警儀的使用規(guī)格的需求等諸方面的因素。3.4參照國標(biāo)要求,設(shè)計(jì)框

14、架結(jié)構(gòu)本部分的框架結(jié)構(gòu)主要是參照GB/T1.1標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則、JJF1071-2000國家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則的內(nèi)容要求而設(shè)計(jì)的?？蚣芙Y(jié)構(gòu)要現(xiàn)國家計(jì)量法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的原則要求,并盡可能向國際標(biāo)準(zhǔn)。因此,在設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)、選擇內(nèi)容支柱時(shí),突出計(jì)量方面的要求,例如技術(shù)指標(biāo)的設(shè)置、氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的配備、檢驗(yàn)周期的規(guī)定等?？蚣芙Y(jié)構(gòu)形式如下:封面;前言;目次;范圍;規(guī)范性引用文件;術(shù)語和計(jì)量單位;檢測原理概述;技術(shù)性能要求;通用性能要求;試驗(yàn)條件;檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法;檢驗(yàn)報(bào)告;復(fù)檢時(shí)間間隔;附錄。 圖3 氨氣報(bào)警器檢驗(yàn)量值溯源和傳遞圖明確了標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容和適用范圍。本章只列出本部分引

15、用過有關(guān)條款或重要內(nèi)容且已正式發(fā)布的文件,沒有包括尚未發(fā)布的文件和參考文獻(xiàn)。本章只對因理解偏差容易產(chǎn)生歧義、重復(fù)在本部分多次出現(xiàn)且對條款的涵義至關(guān)重要的術(shù)語、縮略語、專業(yè)詞或概念進(jìn)行了說明或定義,即使是專業(yè)性很強(qiáng)的術(shù)語,如果約定成俗的理解對條款的基本涵義不容易產(chǎn)生誤解,也不在之列。對氨報(bào)警儀的檢測原理進(jìn)行簡要說明。明確了氨報(bào)警儀的技術(shù)性能指標(biāo)。明確了氨報(bào)警儀的外觀、通電檢查、絕緣強(qiáng)度、絕緣電阻等報(bào)警儀類的常規(guī)指標(biāo)。對檢驗(yàn)環(huán)境、氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、設(shè)備的要求等進(jìn)行了規(guī)定。規(guī)定了8個(gè)項(xiàng)目的具體檢驗(yàn)方法。規(guī)定了檢驗(yàn)報(bào)告的必備信息。對報(bào)警儀復(fù)檢時(shí)間間隔提出了建議。附錄中包含了規(guī)范性附錄和資料性附錄。4 技術(shù)

16、經(jīng)濟(jì)分析論證和預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益本標(biāo)準(zhǔn)的頒布將進(jìn)一步規(guī)范目前氨氣報(bào)警器的校準(zhǔn)工作,強(qiáng)化氨氣報(bào)警器的日常管理,確保在用氨氣報(bào)警器指示準(zhǔn)確、報(bào)警及時(shí),能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患,杜絕中毒、爆炸事故的發(fā)生,保持社會(huì)穩(wěn)定,避免企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失,具有極大的社會(huì)效益。本標(biāo)準(zhǔn)的主要框架根據(jù) GB/T1.1-2000標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第 1 部分:標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)和起 草規(guī)則 、JJF1071-2000國家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則的要求而確定，具體技術(shù)功能指標(biāo) 參照國內(nèi)相關(guān)檢定規(guī)程的某些規(guī)定，結(jié)合考慮目前市場上在用氨氣報(bào)警器的性能指標(biāo)而制 定。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于便攜式、移動(dòng)式、固定式氨氣報(bào)警器的質(zhì)量評價(jià)、檢驗(yàn)與選型。 7 貫徹實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的措

17、施和建議 氣體檢測報(bào)警儀器屬于計(jì)量法規(guī)定的安全防護(hù)范疇，且已列入強(qiáng)制檢定計(jì)量器具 目錄中。國內(nèi)已頒布檢定規(guī)程的氣體報(bào)警儀如可燃、硫化氫、二氧化硫、一氧化碳等氣體 檢測報(bào)警儀器的用戶已經(jīng)基本能夠按照檢定規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行周期性檢定。 本標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施后，建議以同樣的管理方式來實(shí)現(xiàn)氨氣報(bào)警器的周期性檢驗(yàn)。 8 其他應(yīng)予說明的事項(xiàng) 無。 11 9 附件：氨氣報(bào)警器檢驗(yàn)不確定度評定 9.1 測量方法： 把標(biāo)準(zhǔn)氣體通入被檢儀器， 讀出相應(yīng)的指示值， 計(jì)算指示值與標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度值之差， 以判定儀器的準(zhǔn)確程度。 9.2 數(shù)學(xué)模型： 根據(jù)規(guī)程 E=I-L 式中：E I L 儀器示值誤差， （ mol/mol） ； 儀

18、器的顯示值， （ mol/mol） ； 標(biāo)準(zhǔn)氣體的標(biāo)準(zhǔn)值， （ mol/mol） 。 9.3 方差和傳播系數(shù)： U c2 ( E = ( ¶E 2 2 ¶E U ( I + ( 2 U 2 ( L ¶I ¶L ¶E =1 ； ¶L 傳播系數(shù)： ¶E =1 ¶I U c2 ( E = U 2 ( I + U 2 ( L 9.4 各不確定度分量的評估 不確定度來源于標(biāo)準(zhǔn)氣體、儀器檢驗(yàn)的讀數(shù)及重復(fù)性、環(huán)境溫度影響等方面，即： 標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度的不確定度、氨氣報(bào)警器的指示分辨率引入的不確定度、重復(fù)性檢驗(yàn)引入 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度以及環(huán)境溫度變化引入的不確定度。 （1）標(biāo)準(zhǔn)氣體的標(biāo)準(zhǔn)不確