隧道施工中有毒有害气体的检测

近几年来，各相关部门和中央建筑施工企业认真贯彻国家相关法律法规要求以及中央的领导同志关于安全生产工作的重要批示指示精神，高度重视隧道施工安全生产工作，确保了隧道施工安全生产形势基本稳定。今年9月19日，国家安全生产监管总局、交通的运输部、国务的院国资委、国家铁路局四部门联合印发了《隧道施工安全九条规定》。九条规定的推出对于进一步加强隧道施工安全生产工作、有效防范和坚决遏制重特大事故具有十分重大的现实意义。其中第五条明确规定“必须对有毒有害气体进行监测监控，加强通风管理，严禁浓度超标施工作业”。

一、隧道施工中有毒有害气体分析

隧道中存在的有毒有害气体一直是施工中的主要危险源，如果施工不当极易发生重大安全事故。隧道中有害气体主要有甲烷、一氧化C碳、二氧化碳、硫化H氢、氮气和数量不等的重烃以及微量的稀有气体等。

根据化学性质我们将这些有毒有害气体分为可燃气体与有毒气体两大类。

隧道中的可燃性气体主要成分为甲烷（CH4，瓦斯）和一些挥发性有机化合物（VOC），主要危害是气体燃烧引起爆D炸，从而对财产与人的生命造成危害。但可燃气体发生爆D炸必须具备一定的条件。一定量的可燃气体、足够的氧气与点燃的火源。以上三个条件缺一不可。通常将可燃气体发生爆D炸的气体浓度称为最D低爆D炸极限，一般用LEL表示。不同的可燃气体具有不同的LEL。所以对于可燃气体的检测一般检测它的LEL。

隧道中的有毒气体又根据他们对人体不同的作用机理分为刺激性气体、窒息性气体和急性中毒的有机气体（VOC）三大类。刺激性气体包括氯D气、光D气、双光D气、二氧化硫、氮氧化物、甲醛、氨气、臭氧等气体。刺激性气体对机体作用的特点是对皮肤、黏膜有强烈的刺激作用，其中一些同时具有强烈的腐蚀作用。窒息性气体包括一氧D化碳、硫化D氢、QINGD氢酸、二氧化碳等气体。这些化合物进入机体后导致的组织细胞缺氧。值得一提的是甲烷（CH4）也可属于窒息性气体，它本身对机体无明显的毒害，其造成的组织细胞缺氧，实际是由于吸入气中氧浓度降低所致的缺氧性窒息。急性中毒的有机D溶剂有正己烷、二氯D甲烷等。上述有机挥发性化合物同以上无机有毒气体一样，也会对人体的呼吸系统与神经系统造成危害，有的致AI，比如苯。由于有机化合物大多为可燃的物质，所以对于有机化合物的检测以前大多检测他的爆D炸性，但有机化合物的最D低爆D炸极限远远大于它的MAC（空间最D大允许浓度）的值。也就是说，对有机化合物的毒性进行检测是必要的，也是必须的。

可燃气体检测仪是工业与民用建筑中安装使用的是对单一或多种可燃气体浓度发出响应的探测器。日常使用最多的可燃性气体检测仪是催化型可燃性气体检测仪和半导体型可燃性气体检测仪两种类型。饭店、宾馆、家庭制作间等使用煤气、天然气、液化气的场所主要使用半导体型可燃性气体检测仪，散发可燃气体、可燃蒸汽的工业场所主要使用催化型可燃性气体检测仪。

　　催化型可燃气体检测仪是利用难熔金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度。当可燃气体进入探测器时，在铂丝表面引起氧化反应(无焰燃烧)，其产生的热量使铂丝的温度升高，而铂丝的电阻率便发生变化，所以当遇到高温等因素时铂丝的温度发生变化，而铂丝的电阻率便发生变化,探测的数据也会发生变化。

　　半导体型可燃气体检测仪是利用半导体表面电阻变化来测定可燃气体浓度。半导体可燃性气体检测仪用灵敏度较高的气敏半导体元件，它在工作状态时，遇到可燃气体，半导体电阻下降，下降值与可燃气体浓度有对应关系。

　　可燃气体检测仪由检测和探测两部分组成，具有检测及探测功能。可燃性气体检测仪检测部分的原理是仪器的传感器采用检测元件与固定电阻和调零电位器构成检测桥路。桥路以铂丝为载体催化元件，通电后铂丝温度上升至工作温度，空气以自然扩散方式或其它方式到达元件表面。当空气中无可燃性气体时，桥路输出为零，当空气中含有可燃性气体并扩散到检测元件上时，由于催化作用产生无焰燃烧，使检测元件温度升高，铂丝电阻增大，使桥路失去平衡，从而有一电压信号输出，这个电压的大小与可燃性气体浓度成正比，信号经放大，模数转换，通过液体显示器显示出可燃性气体的浓度。探测部分的原理是当被测可燃性气体浓度超过限定值时，经过放大的桥路输出电压与电路探测设定电压，通过电压比较器，方波发生器输出一组方波信号，控制声，光探测电路，蜂鸣器发生连续声音，发光二极管闪亮，发出探测信号。从可燃性气体检测仪原理可以看出如果出现电磁干扰会影响探测的信号，出现数据偏差;如果出现碰撞、震动从而造成设备断路会现探测失灵;如果环境过分潮湿或设备进水，也有可能会引起可燃性气体检测仪出现短路,或线路电阻值发生变化，出现探测故障。

　　它是利用一些金属氧化物半导体材料，在一定温度下，电导率随着环境气体成份的变化而变化的原理制造的。比如，酒精传感器，就是利用二氧化在高温下遇到酒精气体时，电阻会急剧减小的原理制备的。

　　半导体式气体传感器可以有效地用于：甲烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、CO、二氧化碳、乙烯、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多气体地检测。尤其是，这种传感器成本低廉，适宜于民用气体检测的需求。

　　下列几种半导体式气体传感器是成功的：甲烷(天然气、沼气)、酒精、CO(城市煤气)、H2S、氨气(包括胺类，肼类)。高质量的传感器可以满足工业检测的需要。

　　缺点：稳定性较差，受环境影响较大;尤其，每一种传感器的选择性都不是一的，输出参数也不能确定。因此，不宜应用于计量准确要求的场所。

　　目前这种传感器的主要供应商在日本(发明者)，其次是中国，最近有新加入了韩国，其他国家如美国在这方面也有相当的工作，但是始终没有汇入主流!中国在这个领域投入的人力和时间都不亚于日本，但是由于多年来国家政策导向以及社会信息闭塞等原因，我国流行于市场的半导体式气体传感器性能质量都远逊于日本产品，相信，随着市场进步，民营资本的进一步兴起，中国产的半导体式气体传感器达到和超越日本水平已经指日可待。