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利用PID对未知环境中爆炸危险的评估


利用PID的危险确认

    光离子化检测器(Photo-ionization Detectors , PIDs)可以测量ppb级到10000ppm级的挥发性的有机化合物(Volatile Organic Compounds , VOCs) 和其他有毒气体。这个极佳的灵敏度和检测范围足以保证利用PID进行精确的、实时的工作场所可电离化学品的检测。通过比较允许浓度和PID的灵敏度,我们就有可能在已知和未知的化学环境中建立利用PID响应的气体危险评价程序。

必须清楚的两种灵敏度概念

    为了利用PID进行毒性确认,这里我们需要知道两个灵敏度的概念。

1、人员灵敏度:通常表示为暴露极限,这是由各个组织(比如:OSHA,美国职业安全和健康协会,NIOSH,美国国家职业安全和健康研究院,ACGIH,政府工业卫生美洲会议)所确认的。一般来讲,单独化合物暴露极限一般用ppm表示。

2. PID的灵敏度,这个灵敏度系数一般制造商称作校正系数(Correction Factor ,CF),有时也称作响应系数。CF是PID对于特定化合物的灵敏度同PID校正气体异丁烯灵敏度之比。它随不同厂家的产品有所区别。

其表示关系式为:

PID 灵敏度 + 人员灵敏度 = 判断 或者: CF + 暴露极限 = 判断

校正系数是关键

    校正系数是决定PID评价各类化合物和位置环境的关键,他们决定了PID检测各类化合物的灵敏度。使用CF就可以用一种标准气体而计算出其他所有气体的浓度值,从而减少校正气体的种类。PID的制造商通过对已知浓度的不同待测气体的测量得到其CF,CF可能虽不同厂家的PID仪器有些不同,因此,最好选择一家能够提供大量的CF数据的制造厂家。很多厂家会出版这类CF值表并且存储到仪器的微处理机中,比如MiniRAE2000就可以存储将近100个CF数据。

设定PID警报的三种假设:

    为了更好地理解将两种灵敏度结合起来做出决定的过程,我们假定三种利用PID做出暴露极限的情况:

1、 单一气体/蒸气

2、 组成固定的气体/蒸气混合物

3、 组成变化的气体/蒸气混合物

1)对于单独气体/蒸气的PID警报

单独气体的设定最为简单

  • 确定化合物
  • 将PID的校正系数设定在该化合物上
  • 查到相关化合物的暴露极限
  • 将PID的报警值设在该暴露极限上

        大多数的PID可以自动进行计算,所以用户所做的就是在PID仪器上选择"甲苯",那么PID量的就是甲苯的浓度值。然后设定PID的警报值为100ppm(OSHA规定的暴露值),此时,PID就会

    准确地做出甲苯的判断。比如?br>0.5CF x 100 ppmiso= 50 ppm甲苯(这里:0.5是甲苯的校正系数,100ppm是异丁烯标定后的仪器读数,50ppm是此时甲苯的实际浓度)暴露极限 = 100ppm甲苯结论 = 大气是安全的

    2) 组成固定的混合气体/蒸气的PID警报

        一般情况下,仅仅是单独气体/蒸气的实际过程不多,多数的情况是几种有毒有害气体的混合,这种复杂的有毒化合物的混合物就需要更加仔细地设置PID的警报设定点。如果混合物的组成是可以确认的,那么,单独化学品的浓度就可以通过MSDS组成表很容易地测定。然后用下式确认混合物的毒性:ELmix = 1/(X1 /EL1 + X2 /EL2 + X3 /EL3 + ... Xi/ELi)这里EL是暴露极限,X是每个单独挥发物的摩尔分数(体积百分数),同样,混合物的校正系数也可以通过下式算出:CFmix = 1 /(X1 /CF1 + X2 /CF2 + X3 /CF3 + ... Xi/CFi)

        为了对上面的公式加强了解,我们可以给出一个例子:假定你现在遇到了一个油漆味道的

    投诉,通过调研你知道油漆中含有15%的苯乙烯和85%的二甲苯。这样,暴露极限可以计算出:

    ELmix = 1/(0.15/50 + 0.85/100) = 87 ppmmix

  • 0.15 是 15% 苯乙烯
  • 50 是苯乙烯的暴露极限50ppm
  • 0.85 是85% 二甲苯
  • 100 是二甲苯的暴露极限100ppm

    同样,计算出混合物的CF:CFmix = 1/(0.15/0.4 + 0.85/0.6) = 0.56

  • 0.15 是 15% 苯乙烯
  • 0.4 是苯乙烯的CF
  • 0.85 是85% 二甲苯
  • 0.6 二甲苯的CF

        现在,现场得到的仪器读数(以异丁烯标定)为120ppm,将它乘以校正系数0.56,得到实际浓度是67.2ppm,计算得到的暴露极限是87ppm,这表明目前的情况还算正常;如果仪器读数是178ppm,实际浓度是100ppm,包含有15ppm的苯乙烯和85ppm的二甲苯,并且超过了暴露极限87ppm,尽管此时每个化合物的浓度没有超标,但情况不是很好。

    3) 组成不固定的混合气体/蒸气的PID警报

    选择"控制化合物"(Controlling Compound)

        很多情况下,我们可以确认化合物的存在,但它们的相对浓度一直在变化,或者说,像在处理应急事故的场合,你无法预知化合物之间的相对浓度,因此,我们必须寻求一种其他的方法来做出PID的决定。对于组成不固定的未知混合化合物的警报意味着你必须同时考虑到所有可能存在的化合物的人员灵敏度(暴露极限)和PID的灵敏度(校正系数,CF)。幸运的是,这是看起来复杂,但做起来还算容易。每一种混合物都会有一种最毒的化合物控制着整个混合物的警报点。确定了这种化合物,你就可以设定一个相对所有化合物折衷的警报点。最为基本的假定就是"如果我们在最坏的情况下都是安全的,那我们就没有什么可怕的了

    1、 将所有的化合物都用一样的计量单位表示出来

    2、 找出其中暴露极限最低的

    3、 将PID的报警点设在这个暴露极限上,那么你就会在所有的化合物情况下安全

    表1 三种化合物的混合物及其暴露极限(ppm)乙醇:1000;甲苯:100;丙酮:750

        上表是一个简单的例子,这里,乙醇表现为"最安全"的物质,而甲苯表现为"最毒的"的物质,这是因为更多的人都是从人员灵敏度来考虑问题,人们没有考虑到,就像人一样,仪器对于不同的化合物也有着不同的灵敏度。因此,表1仅仅提供了做出决定的一半理由,因为此时各类化合物的暴露极限是用不同的单位表示的。如果我们此时去比较那个化合物是"最坏的"的时候,就好像比较1000个苹果和100个菠萝,现在,我们应当作的就是用一个相同的单位来表示他们的暴露极限。因为PID是用异丁烯进行校正的,将所有化合物都用异丁烯单位表示比较容易。

    首先,先从理论上看:EL化合物: 用化学单位表示的暴露极限(ppm),除非特别指出,EL代表的都是8小时TWA

    EL异丁烯 = EL化合物(ppmv)/CF化合物

        这样,为了得到用异丁烯表示的暴露极限,我们将以化学单位表示的暴露极限除以化学单位同异丁烯单位的比。

    表 2:

        在表2中,最右边的一栏是以异丁烯单位表示的暴露极限,现在,我们可以用相同的单位来对他们进行比较了。就像人们对于乙醇和甲苯的灵敏度有差别一样,PID对于乙醇的较低灵敏度和它的较高的暴露极限的结合,使得乙醇成为这个混合物的"控制物质",在这个例子中,仍然将PID放在异丁烯校正的情况下,但警报设定为83ppm,如果PID不发出警报,那你就永远不用穿呼吸防护服。

        重要提示:在下面的讨论中,我们将异丁烯单位的暴露极限,即 EL异丁烯 = EL化合物(ppmv)/CF化合物

        将被称之为RAE单位(RU),因为它们都是由RAE的PID系数得到的,并且仅仅能应用于RAE的PID仪器上。当然,你也可以利用其他品牌的PID进行如此的分析计算。

        注意: 这种方法设置警报的过程还是最为保守和严格的过程,需要尽可能的信息。当化合物的组成已知时,方法2中提供的方法可以提供较为准确的报警设置。

    RU值和OSHA's Z-列表的化合物

    在OSHA's Z-列表中大约有436中化学品,大概可以分为以下几类:

  • 可被离子化的化合物,270种
  • 不能被离子化的化合物,37种
  • 不能被离子化的固体和灰尘,131种

        其中,有270种化合物可以被离子化,即可以被PID检测到。RAE现在可以提供121种化合物的CF值,大约占全部可被离子化的化合物的45%。

    50/50定律

        使用RAE单位可以确保用户使用PID决定标准的操作程序(Standard Operating Procedures , SOP), 因为你能够准确的知道PID可以使用多大的读数对你和他人提供保护。表3列出了大约174种化合物在OSHA-Z, NIOSH, AGCIH中的暴露极限,它们都是法律要求强制执行的。将RAE的PID仪器设定在如下警报上可能提供的保护是:

    全面应用已经确立了PID的价值

        PID已经被证明是一种非常坚固、可靠的检测仪器,它已经被众多的应急事故反应机构用于大量的事故处理。这些应用更是确认了PID的应用价值。深奥的特殊检测技术已经很少用到了,或者用起来也不像PID那样直接和容易。

        目前,已经有很多的WMD应用事故人员使用PID作为他们反恐怖工作的重要工具,包括:

  • 在100ppm时,44种化合物,包括主要的溶剂,比如二甲苯、MEK、MPK、丙酮等
  • 在50ppm时,65种化合物,从戊基醋酸到丙酮。
  • 在25ppm时,81种化合物,从二乙胺到丙酮
  • 在10ppm时,105种化合物,从甲苯胺到丙酮
  • 在1ppm时,140种化合物,从二乙撑三胺到丙酮 (注意:如果使用1ppm作为警报点,最好使

    用ppbRAE)

        当然,设置1ppm的警报值可能提供最为安全的保护,但是它却随时可能误报。就好像"狼来了"那样,就会使用户丧失对PID的信任。RAE在出场时对仪器的设置是50ppm,它可已提供对大多数有机化合物的保护。它能提供对50多种(实际上是65种)化合物的保护,这也就是RAE的50/50原则

    Table 3: RAE Unit Alarms Points for a 10.6eV Lamp:

    Note: OSHA Z-Listed Chemicals are in bold Italicsbelow

    高于100ppm警报

    化合物 CF EX Ru-10.6 化合物 CF EX Ru-10.6
    丙酮 1.10 1000.00 909.09 煤油 0.60 500.00 833.33
    石油馏出 0.71 500.00 704.23 干洗溶剂汽油 0.71 500.00 704.23
    异丙醚 0.80 500.00 625.00 甲基环己烷 0.97 500.00 515.46
    二氯乙烯 t-1,2 0.45 200.00 444.44 甲苯 0.50 200.00 400.00
    芥子气(LCT50) 0.6 231.00 385.00 环乙烯 0.80 300.00 375.00
    二乙基醚 1.10 400.00 363.64 汽油 #1 0.85 300.00 352.94
    蒎烯,a- 0.31 100.00 322.58 汽油 92辛烷 1.00 300.00 300.00
    松节油 0.35 100.00 285.71 辛烷,n- 1.80 500.00 277.78
    蒎烯, b- 0.37 100.00 270.27 二氯乙烯 c-1,2- 0.80 200.00 250.00
    苯乙烯 0.40 100.00 250.00 甲基乙基酮 0.86 200.00 232.56
    二甲苯, m- 0.43 100.00 232.56 二甲苯,p- 0.45 100.00 222.22
    戊酮(2-) 0.93 200.00 215.05 环乙胺 1.40 300.00 214.29
    二甲苯,o- 0.49 100.00 204.08 甲基苯乙烯 (a-) 0.50 100.00 200.00
    乙基苯 0.52 100.00 192.31 氯苯 0.40 75.00 187.50
    庚烷,n-2 2.80 500.000 178.57 二甲苯 o- 0.59 100.00 169.49
    2-乙氧基乙醇 1.30 200.00 153.85 燃油,#2 0 0.66 100.00 151.52
    间戊二烯 0.69 100.00 144.93 壬烷 1.40 200.00 142.86
    硅乙烷 0.71 100.00 140.85 异己酮 0.80 100.00 125.00
    戊烷 8.40 1000.00 119.05 四氢呋喃 1.70 200.00 117.65
    乙烷 4.30 500.00 116.28 燃料油#10 0.93 100.00 107.53
    二氯苯 (o-) 0.47 50.00 106.38 乙酸叔丁酯 2.00 200.00 100.00
    氯甲苯,o- 0.50 50.00 100.00 丙烯乙二醇 1.00 100.00 100.00

    100ppm警报

    异丙基醋酸 2.60 250.00 96.15 枯烯 0.54 50.00 92.59
    三氯乙烯 0.54 50.00 92.59 二氧杂环乙烷1.4 1.10 100.00 90.91
    乙酸乙酯 4.60 400.00 86.96 航空油 JP-5 0.60 50.00 83.33
    航空油 JP-8 0. l.60 50.00 83.33 乙醇 12.00 1000.00 83.33
    异戊烷及戊烷异构 8.20 600.00 73.17 双丙酮醇 0.70 50.00 71.43
    1,3,5三甲基苯 0.35 25.00 71.43 丙二醇单甲醚 1.40 100.00 71.43
    乙酸正丁酯(sec-) 3.00 200.00 66.67 乙丙醇 6.00 400.00 66.67
    甲基丙烯酸甲酯 1.50 100.00 66.67 乙酸正丁酯(n-) 2.60 150.00 57.69
    乙酸异丁酯 2.60 150.00 57.69 乙酸正丙酯,n- 3.50 200.00 57.14
    环己酮 0.90 50.00 55.56 醋酸另戊酯 (sec-) 2.30 125.00 54.35
    航空油JP-4 1.00 50.00 50.00        

    50ppm警报

    醋酸异戊酯 2.10 100.00 47.62 甲基叔丁醚 0.91 40.00 43.96
    四氯乙烯 0.57 25.00 43.86 醋酸正戊酯(n-) 2.30 100.00 43.48
    丁氧基乙醇 2- 1.20 50.00 41.67 仲丁醇 4.00 150.00 37.50
    1-己烯 0.80 30.00 37.50 石脑油(焦油) 2.80 100.00 35.71
    叔丁醇 2.90 100.00 34.48 乙醛 6.00 200.00 33.33
    正丙醇 6.00 200.00 33.33 乙酸甲酯 6.60 200.00 30.30
    三乙胺 0.90 25.00 27.78 异丁醇 3.80 100.00 26.32
    二乙胺 0.97 25.00 25.77        

    25ppm警报

    崩塔(LCT50) 0.8 20.00 25.00 0.42 10.00 23.81
    甲基碘 0.22 5.00 22.73 正丁醇 4.70 100.00 21.28
    六甲基二硅氮烷 0.24 5.00 20.83 石脑油(纯) 5.70 100.00 17.54
    丁硫醇 0.60 10.00 16.67 二硫化碳 1.20 20.00 16.67
    乙硫醇 0.60 10.00 16.67 甲硫醇 0.60 10.00 16.67
    环氧丙烷 6.50 100.00 15.38 二甲基乙酰胺 0.80 10.00 12.50
    二甲基甲酰胺 0.80 10.00 12.50 乙胺 0.80 10.00 12.50
    乙烯基溴 0.40 5.00 12.50 丁烷 67.00 800.00 11.94
    二溴乙烷,1,2- 1.70 20.00 11.76 甲基溴 1.70 20.00 11.76
    三甲胺 0.85 10.00 11.76 三氯苯(1,2,4-) 0.46 5.00 10.87
    苯胺 0.48 5.00 10.42 二聚环戊二烯 0.48 5.00 10.42
    丙烯酸乙酯 2.40 25.00 10.42 甲氧基乙醇2- 2.40 25.00 10.42
    对苯甲胺 0.50 5.00 10.00  

     

  • 2005/07/08

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