离心机氮气保护系统中氧气传感器和可燃气体传感器的应用

离心机在制药、化工工业应用极广，其仍是当前化工中间体、医药原料药等生产工艺中固液分离的主要设备。由于这些行业离心机所应用的场合、工艺、介质的物理和化学性质的不同，对离心机也有不同的要求，比如防爆要求。

在离心机在运转过程中，可燃溶剂存在的内环境具有形成燃烧爆炸的潜在不安全因素。这一潜在不安全因素如果遇到合适的条件，就会导致事故的发生。

在密闭状态且离心机高速运转过程中易产生静电火花，或在进行惰性气体（氮气）充入的时候，由于氮气的纯度不够，此时物料组分中如果含有醇类、苯类、酯类等可燃性挥发性的气体，就会有爆炸的安全隐患。

一、燃烧爆炸事故成因

可燃物、氧化剂和点火源，称为燃烧三要素。爆炸是剧烈燃烧，爆炸是能量（物理能、化学能或核能）在瞬间迅速释放或急剧转化成机械功和其它能量的现象，造成爆炸的条件是：温度、压力、爆炸物的浓度。离心机内造成的爆炸事故主要是受限空间内可燃混合气体的爆炸，即爆炸性物质爆炸（化学爆炸）。

爆炸性物质爆炸过程具有如下三个特征：即反应过程放热，过程速度极快并能自动传播，过程中生成大量气体产物。这三个条件是任何化学反应能成为爆炸性反应所必须具备的，而且这三者互相关联，缺一不可。

二、防爆的基本原则

防爆的基本原则是通过对爆炸过程特点进行分析，以便采取相应的防范措施。阻止第一过程的出现，限制第二过程的发展，防护第三过程的危害。其基本原则有以下几点：

（1）防止爆炸混合物的形成；

（2）严格控制着火源；

（3）切断爆炸传播途径；

（4）减弱爆炸压力和冲击波对人员、设备和建筑的损坏；

（5）检测报警。

三、离心机防爆的安全技术措施

3.1防止可燃可爆系统的形成

针对在离心易燃易爆物料时，离心机内可充满可燃气体，一旦离心机由于静电或者其他原因产生火花导致离心机发生燃烧爆炸事故。故离心含有易燃易爆物料的溶液时，应确保离心机的密闭防爆。当采用惰性气体或其它气体保护，如向离心机内部充入氮气置换里面的空气，从而使氧气浓度维持在安全范围之内。控制氧气的浓度，一般可采用氧浓度监控法，严格控制氧的浓度。

运用离心机氮气保护系统进行充氮置换的方法，满足大小流量氮气自由切换。市面大多的氮气维护只是在机体上安装了一个氮气进气管和出气管，离心机在作业时，对内腔中充入氮气、氧气，从而维持氧气浓度的安全范围。然而这样无法定量氧气的输入浓度，所以氮气维护的可靠性比较差。现在，一种新型离心机氮气保护系统对工作中的离心机内腔的氧气浓度可以进行准确检测，定量控制氧气含量。

首先必须保证氮气的气源稳定且严格按照操作规程作业，前文提到的两起事故均是由于操作人员在没有氮气进行保护下，就打开下料阀门并开启离心机，溶液进入高速旋转的离心机，产生静电火花引爆了甲苯混合气体，致使离心机发生爆炸。当氮气压力不足或供氮系统发生故障时，通过报警装置发出警报，自动停车；在离心机启动时，必须用氮气对离心机系统进行气体置换，经检测氧气的浓度达到1%～2%时方能开车；当离心机进液时，对浮液和洗液都必须以氮气保护，防止空气在进液结束时或随液体的旋涡雾沫一起进入离心机；停电时，为实现氮气吹扫工作仍能正常进行，要求选用常闭式电磁阀，以保证氮气管线阀门在停电时始终处于开启状态。

特别应注意的是，企业在改造原有的离心机时，在针对离心机进行惰性化保护改造中，应设置相应的配套设施，如在线氧检测系统、连锁保护装置，否则极易由于惰性保护气源不稳定、管理不善、误操作，由于系统密封，从而引发更为严重的离心机爆炸事故。

3.2消除、控制引火源

引起火灾爆炸事故的能源主要有明火、高温表面、摩擦和撞击、绝热压缩、化学反应热、电气火花、静电火花、雷击等。所以对有火灾爆炸危险场所，对这些火源都要引起充分的注意，并采取严格的控制措施。

在离心机设计时，对于运动件应确保有足够的安全空间，以消除可能产生的机械摩擦和撞击，同时，离心系统必须有消除静电的措施。对于制动装置，不得采用机械摩擦式制动装置，一般均采用电器能耗制动的形式。另外，对于传动带，则选用防静电带，以消除或减少静电产生的可能。企业在选购离心机时，应针对离心机的配置提出更精确的制造要求，比如：配置防爆电机、现场防爆按钮、防爆电磁阀、防爆接近开关、防爆隔离栅、防静电皮带、静电接地、变频器控制、能耗制动、氮气保护、氧气含量在线检测等。然而，并不是所有的有防爆要求的场合都要配置，应按实际工艺、作业环境等适当的配置。

输送易燃易爆物质过程中还应严格按照GB12158-2006《防止静电事故通用导则》的有关要求执行。尤其应注意反应釜至离心机间下料管的防静电处理。

另外，在爆炸危险区域内应使用不产生火花的铜制、合金制或其它工具，使用防爆型电子钟等；操作现场不准吸烟，严禁烟火，严禁使用手机。作业场所应定期进行防雷、防静电检测，确保安全。

3.3隔离阻断，防止事故蔓延

前面提到的两起事故均是由于离心机发生爆炸后，引燃了从反应釜底阀放出的含易燃易爆物料的溶液，从而迅速蔓延到整个车间。由于车间超量存放危险化学品，从而爆炸燃烧事故使室内设备全部坍塌被毁，造成事故扩大。

首先离心分离区域应设置在独立的隔间内，与其他生产区域之间采用防火实墙进行分隔，且应确保有足够的泄压面积，同时应加强离心分离区域的通风。离心作业区域应严格控制现场操作人员人数。

其次企业应严格控制作业场所危险化学品的存放量。有条件的企业尽量使用管道输送。若作业现场需要使用桶装物料直接加料，应划出专门的中间物料存放区，物料存放区与生产作业区域应采用防火实墙进行分隔，尽量做到使用溶剂区域无物料堆放。离心作业区域严禁存放危险化学品，特别应注意离心残液不得存放在离心间。

3.4改进离心工艺，选用新型离心机

在离心机氮气保护系统设计中设置在线氧气检测装置和压力变送传感器，对运行过程中的离心机内腔的氧气浓度进行检测，实行定量的控制，控制其氧气含量在安全范围以内（也即保证机内的氧气浓度在易燃易爆介质的爆炸极限之外）。在离心设备发生故障、人员误操作形成危险状态时，通过自动报警、启动连锁保护装置和安全装置，实现事故安全排放直至停机等一系列的操作，保证系统安全。可以采用工采网代理的英国SST 荧光氧气传感器 (O2传感器) - LOX-02和英国CITY 氧气传感器 O2传感器 - 4OXV 来监测氧气含量，英国SST荧光氧气传感器(O2传感器) - LOX-02是应用荧光猝灭原理和出厂校准的氧传感器，用于测量环境氧分压（ ppO2）大小。LuminOx 测量氧分压和温度。外加气压传感器可以让传感器输出氧气浓度值和气压值；结合了电化学传感器传统上低功耗的优势，非消耗传感原理使得它具有更长的寿命。4OXV是英国CITY公司推出的一款高性能电化学式氧气传感器:主要用于测量环境中氧气气体浓度,根据测量范围的不同以及工作寿命的长短,主要特点和优势,消除了误报,可靠性确保达到指定寿命,优越的环境性能,提高了在极端应用中的反应速度。氧气传感器4OXV氧气传感器有多个型号,例如:氧传感器7OXV, 70X, AO2T, AO2, AO3,KE25, KE50, 5FO, 2FO, T70XV, 40X, I103等

3.5有效监控，及时处理

离心作业区域严格按照GB50493-2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》的要求，设置可燃气体和有毒气体检测报警装置，并与强制通风设施进行联锁。若离心机一旦发生泄漏，检测报警仪可在设定的安全浓度范围内发出警报，可做到早发现，早排除，早控制，防止事故发生和蔓延扩大。检测报警仪中可燃气体传感器，可以采用催化燃烧式可燃气体传感器TGS6812，TGS6812-D00是催化燃烧式的可燃气体传感器，可以检测100%LEL水平的可燃气体，此传感器具有精度高，耐久性与稳定性好，快速响应、线性输出的特点，不仅可监测氢气，还可以用于检测甲烷与LP气体。TGS6812-D00的盖帽内有吸附剂，对有机蒸汽的交叉灵敏度很低。此外，此传感器对硅化合物的耐受性更佳，更适应恶劣环境。

审核编辑黄宇