光离子化检测技术在冶金焦化行业的应用

图1 PID检测器在苯灌区的应用

　　煤炭的主要加工方法是高温炼焦，从而提取有用的化学产品，回收可燃气体。在生产过程中，多种有机蒸气对工作人员的健康造成慢性侵害。同时，大量有机和无机挥发物的泄露也会对环境带来严重污染，造成能源和资源的双重浪费。

　　国家质检总局、国家标准化委员会颁布的国家标准GB 12710-2008《焦化安全规程》将于2009年12月1日开始实施，新规程将取代GB 12710-1991《焦化安全规程》，在焦化气体监控方面新增了7种有机化合物和2种氮、硫氧化物的检测。总体来看，新标准对职业安全与健康、环保提高了要求，特别是对于职业健康，新标准增加了7种致癌物质浓度的限制。在环保方面，新标准对主要大气污染物的氮、硫氧化物浓度有了更严格的限制。本文通过介绍总挥发性有机化合物(TVOC)工作场所限值标准及检测方法、光离子化检测技术(PID)在有机挥发物检测方面的特点，介绍一种冶金焦化行业保护职工健康、避免环境污染的方法。

TVOC限值标准及检测方法

　　GB 12710-2008《焦化安全规程》对焦化工作场所空气中有毒物质容许浓度的规定如表1所示。

　　从表1中可以看出，新标准增加了苯逸散物和焦挥发物，它们的主要成分是多种挥发性有机化合物的混合物，即TVOC。

表1 焦化工作场所空气中有毒物质容许浓度(单位：mg/m3)

　　目前，常用的有机挥发物的检测方法主要有电化学传感器、半导体氧化物传感器、红外传感器和最新技术的光离子化传感器(PID)。在以上几类检测技术中，由于挥发性有机化合物(VOC)的理化特性，电化学方法只能检测其中小部分有机化合物，而且其使用寿命也无法满足客户实际使用的要求;半导体氧化物传感器的检测灵敏度较高，但由于其对碳、硫、氮氧化物有较大的响应，而不能用于焦化行业;红外方法的检测稳定性、选择性较好，但无法检测多种气体;煤焦化混合芳烃中含有几十种有机物，他们的化学性质差异较大，而PID检测技术是无损坏的物理检测技术，抛开化学性质的差异，以物理(电离)的方法对多种有机化合物如苯、甲苯、二甲苯、萘、酚、酮等进行准确检测，检测精度可达1×10-9(1ppb)水平，是目前首选的VOC检测技术。

光离子化检测技术原理

　　光离子化检测器由调制电场、无极紫外光源和电离室组成，中间由可透紫外光的光窗相隔。在电离室内，待测组分的分子吸收紫外光能量发生电离，选用不同能量的紫外灯(9.8eV，10.6eV，11.7eV)，可选择性地测定各种有机化合物。有机化合物的分子在紫外光的激发作用下电离成为正负离子，在电场的作用下，在电极间发生迁移产生的电流与气体浓度成正比，高精度检测电路对变化的信号进行运算处理，实时得出现场检测数据。

　　光离子化检测器对大多数有机物可产生响应信号，不但具有较高的灵敏度，还可简便地对样品进行快速检测处理。在分析如芳烃和烯烃时，其响应灵敏度可比火焰离子化检测器高约30倍。此外，光离子化检测器还具有较宽的线性范围，无极紫外灯、电离室、电极体积小，适合便携式和固定式在线监测。它是一种非破坏性检测器，还可和色谱仪(GCRAE1000)联用，以获取更加精确的信息。它可在常压下进行操作，不需使用氢气、氮气等，简化了附属设备，实现了本质安全;检测范围非常宽，响应时间小于10s，无检测记忆，恢复快。

　　光离子化检测器(RAEGuard PID)，检测量程0～100×10-6(100ppm)对焦化有机蒸汽的校正系数(CF)见下表2。

表2 校正系数(CF)

注：此校正系数是对应于异丁烯的标定值，含义是对异丁烯的相对灵敏度。RAE Systems的仪器已经嵌入校正系数，无需换算，使用时调出此参数即可。

光离子化检测技术在冶金焦化企业的应用

　　煤焦油是焦化工业的重要产品之一，其组成极为复杂。常温下煤焦油是一种黑色黏稠液体，主要由多环芳香族化合物组成，高沸点组分较多，热稳定性较好，其中的烷基芳烃最易挥发，以苯为代表的烷基芳烃是污染物检测的重点。低浓度TVOC有毒，会抑制人体造血功能，能致使白细胞、红细胞和血小板的减少而造成多种疾病;高浓度时对皮肤和黏膜有局部刺激作用，吸入或经皮肤吸收可引起中毒，严重者将导致中毒死亡。TVOC也属于典型的致癌物质。

　　从TVOC的危害可以看出，低浓度影响人员的健康;中等浓度导致人员患慢性疾病;较高浓度还会导致爆炸事故。因此，大范围监测环境TVOC浓度是焦化企业解决安全、健康、环保的重要手段。根据GB 12710-2008《焦化安全规程》的要求，在新建项目和技改项目的实施上，或在原有系统的基础上应增加TVOC检测器——PID。PID技术可以解决新标准规定的9种焦化有机气体的检测，使企业对环境污染的程度从定性的了解向定量的管理转变，这也是一项“HSE”的对企业管理的基本要求。

　　各国TVOC标准基本在以下范围：

　　环境：0.1×10-9(0.1ppb)～1×10-6(1ppm)

　　健康：0.1×10-6(0.1ppm)～100×10-6(100ppm)

　　爆炸：1000×10-6(1000ppm)～10000×10-6(10000ppm)

　　冶金焦化行业在仪器的选择上，应根据检测目的决定仪器的量程配置。根据中国冶金企业的特点，0.1×10-6(0.1ppm)～100×10-6(100ppm)量程范围适合大多数企业环境。对于苯灌区等重大危险源的监控应选择在线式(固定式)宽量程的检测仪器，检测量程范围选择1000×10-6(1000ppm)的产品，根据企业的环境情况设置相应的报警点，这个范围既可以兼顾防范人员中毒，又可以检测意外的大量泄漏，避免爆炸事故的发生。

　　焦化污染及职业危害是冶金企业环境与劳动保护问题的重点，不仅给企业职工健康造成危害，还影响到周边生活区居民的健康，PID检测技术(见图1)将为保障职工的职业健康，建立劳动保护与环境级检测系统防范污染物扩散，发挥它的优势。

　　编辑 韩 颖