PID检测法在石油化工等工业生产领域VOC检测中的应用

2022-12-21 17:38

在石油、石化、化工、制药等工业生产领域，大量存在着挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，简称VOC）。按照美国环保局（EPA）的定义：全部带碳的化合物都称为有机化合物，而挥发性有机化合物是指沸点在50～260、室温下饱和蒸汽压超过133．32Pa 的易挥发性化合物，其主要成分为烃类、氧烃类、含卤烃类、氮烃及硫烃类等。

在工业领域很多危险隐患的根源是有害物质超标，而这些危险有害物质绝大部分都是VOC，在易燃易爆物料生产运输管理、化工物料泄漏、热交换流体、工业卫生、室内空气质量、环境保护、密闭空间进入、应急事故检测中，对VOC 的检测具有非常重要的作用。VOC 成分组成非常复杂，在工业现场往往也是各种不同气体混合存在，无法像常规的电化学传感器那样针对每种挥发性有机气体进行检测，因此需要能对于挥发性有机化合物总量进行精确测定的VOC检测仪器。下面工采网小编为大家介绍：

一、VOC的简介和危害

VOC是挥发性有机化合物（Volatile Organic Comounds）的英文缩写。通常指在常温下容易会发的有机化物。较常见的有苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、TVOC（6－16个碳的烷烃）、酮类等。这些化合物具有易挥发和亲油等特点，被广泛应用于鞋类、玩具、油漆和油墨、粘合剂、化妆品、室内和汽车装饰材料等工业领域。VOC对人体健康有巨大影响，会伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果，甚至可能致癌。

二、VOC的PID检测法

1、什么是PID

光电离子探测器（PHOTO IONIZATION DETECTORS）可以测量（50ppb－6000ppm）量程范围的VOC（可挥发性有机物）和一些有毒气体。许多有害物质原料都含有VOC，PID由于其对VOC的高灵敏度，成为有害物质早期危险报警、泄漏监测等不可缺少的实用工具。目前通过对灯泡以及内部IC升级，大大延长了灯泡的使用寿命。

光离子化报警器可以检测10ppb（parts billion）到10000ppm（parts per million）的VOC和其他有毒气体。PID是一个高度灵敏、适用范围广泛的检测器，PID可以看成一个“低浓度LEL检测器”。如果将有毒气体和蒸气看成是一条大江的话，即使你游入大江，LEL检测器可能还没有反应，而PID则在你刚刚湿脚的时候就已经告诉了你。

2、PID传感器的优点

1）精度高

高精度的光离子传感器可以检测到ppb级别（十亿分之一）的有机气体，一般的光离子化气体传感器可以检测到ppm级（百万分之一）的有机气体，精度超过红外传感器等大多数常用传感器；

2）对检测气体无破坏性

光离子传感器在将气体吸入后将其电离，而气体分子形成的离子在放电后又形成了原先的气体分子，对原气体分子无破坏性。

3）响应速度快、寿命长

除了气体检测系统在开机后预热的一段时间，在正常工作状态下，光离子气体传感器几乎可以实时做出反应，可以连续测试。在这检测危险气体时，对保障检测人员健康有重要意义。一般一支紫外灯的寿命在数千小时，光离子传感器在此期间均可正常工作，有很长的使用寿命。

4）应用范围广

光离子传感器对大多数有机和部分无机气体均可检测，可以广泛应用于化工、运输、军事、航天等领域。由于光离子化气体传感器对于检测物的浓度变化特别敏感，在初始个人防护确认、泄露区域确认、清除污染等方面有重要作用。

3、PID检测仪的工作原理

PID 使用了一个紫外灯（UV）光源将有机物分子电离成可被检测器检测到的正负离子（离子化）。检测器捕捉到离子化了的气体的正负电荷并将其转化为电流信号实现气体浓度的测量。当待测气体吸收高能量的紫外光时，气体分子受紫外光的激发暂时失去电子成为带正电荷的离子。气体离子在检测器的电极上被检测后，很快会电子结合重新组成原来的气体和蒸汽分子。PID 是一种非破坏性检测器，它不会改变待测气体分子，经过PID 检测的气体仍可被收集做进一步的测定。

4、PID紫外灯的选择

光离子化传感器上可以使用的紫外灯（UV）有9．8eV、10．6eV、11．7eV三种。其中11．7eV的UV灯由于所发出的光的电离能（IP）最高，故PID检测范围最宽。但是所有11．7eV的紫外灯都是用氟化锂材料作为高能紫外线输出窗口。

氟化锂晶体材料在灯管玻璃上的封装是相当困难的。当它不使用时，在空气中氟化锂晶体材料会吸收水分，导致窗口涨大，削弱了通过它的紫外线的强度。氟化锂晶体材料也会因为UV的照射而逐渐老化，导致整个仪器损坏。这些因素共同作用导致了11．7eV灯寿命的缩短。

一个10．6eV的紫外灯可持续使用12－24个月，而一个11．7eV的灯只能持续使用2－6个月。同时11．7eV的紫外灯的造价进进高于9．8eV和10．6eV，进一步降低了其实用性。11．7eV的紫外灯一般只有当化合物（二氯甲烷，四氯化碳）的电离电位超过10．6eV时才使用。

同时，9．8和10．6eV具有很多11．7eV的紫外灯不具有的特点：9．8和10．6eV的PID有更强的针对特性：低电离能意味着能检测到较少的化学物质。9．8和10．6eV的PID持续使用不少于一年：它的使用寿命和一氧化碳传感器相当。9．8和10．6eV的PID更加灵敏，11．7eV的灯灵敏度较低，主要是出于它的窗口材料氟化锂晶体对11．7eV的紫外光有阻碍作用。出射光能量的降低使得被测物质难以充分电离，因此，要求11．7eV的PID高精度地检测出准确的数据是很难实现的。基于上述原因，应该选择10．6eV的紫外灯作为PID光源。

5、PID 检测仪的标定气体

检测仪的标定是建立在对于一个已知浓度的已知气体相应的离子电流的基础上。其它气体的仪器响应是和它们本身的性质有关的，一个10ppm 的读数表明仪器产生了一个与10ppm 标定气体相同的离子电流。其它气体得到这个读数的实际浓度可能多于也可能少于这个值。

由于PID 读数总是和标定气体有关，因此这个读数应当表述为标定气体相关的ppm 单位，而不能直接使用实际的测量浓度值，除非检测的污染物同标定气体一样，或者仪器的读数已经得到校正。通常PID 使用异丁烯进行标定，原因是在PID可检测的VOC中，传感器对于异丁烯的响应灵敏度处于平均水平，比较容易获得，在低浓度时无毒、不易燃。

6、PID 校正系数

由于挥发性有机化合物种类繁多，使用PID 检测仪测量VOC 时，除了进行总量（TVOC）以外，还可以测量某种特定的气体，这时就需要使用校正系数（CF，或称为响应系数）。它用在当以一种标准气体（一般使用异丁烯）校正PID 后，通过CF 直接计算得到另一种气体的浓度，这样一次标定可以测定多种气体。校正系数也代表了某种特点气体测量的灵敏度，CF值越低，该种气体或蒸汽被PID 检测的灵敏度就越高。

以10．6 eV 灯的PID为例，苯对异丁烯的CF 值是0．53，它的检测灵敏度大概是CF为9．9 的乙烯的18倍。通常情况下，PID可以很好地测定CF为10以下的各种物质，而CF越大，对该气体的检测精度越差。

7、工采网技术工程师推荐英国Alphasense PID传感器PID－A1，PID－AH

产品精度和分辨率高，可以有效的检测VOC浓度，广泛应用于工业安全检测、石油化工、室内空气检测等。

1）、大量程光离子PID气体传感器PID－A1产品简介：

PID气体传感器PID－A1是大量程的PID传感器，最高可以检测6000ppm的VOC气体，4系大小，非常适合化工、石油等工业领域的应用。

2）、大量程光离子PID气体传感器PID－A1主要特性：

1、 A系列标准尺寸，带有微型聚光光源。

2、线性量程：300ppm

3、工作环境：－40～55，相对湿度0－95％

4、供电电压：3．2－3．6V（调节器未用）；3．2－10．0V（调节器使用）

5、输出电压：零点（＞50 mV）～Vmax（供电电压－0．1V ＠调节器使用）

6、功耗，90mW（3．3V供电）