密闭空间有毒有害气体检测

密闭空间中存在的危险气体及其检测

施  文
美国华瑞(RAE)科学仪器公司北京办事处  100101 北京

你会想到一只死老鼠让人毙命吗？
一个晴朗的日子，工人打开了水表井盖下去查表，危险发生了，你会估计到怎样的情况呢？对了，窒息死亡！因为事后检测得到表井底部的氧气浓度仅为5%！远远低于安全限度。可是，这个表井过去一直在进行经常性的采样检测，从未检测到氧气不足。原因是什么呢？仔细研究发现：产生这种不正常的情况是在表井底部发现的一个老鼠的粉状尸体，就是这个小小的有机体的分解消耗了大量的氧气，从而产生如此高的缺氧状态。
这是一个典型的密闭空间存在危险的例子，而进入密闭空间工作的情况我们每天都会遇到：电信工人进了电缆沟、清洁工人下了下水道、 维修工人钻入闷罐车……等等。因此，进入密闭空间的危险也必须得到人们的重视。那么，哪些环境属于密闭空间呢？
美国职业安全和健康协会（OSHA）在1993年4月的OSHA 29CFR 1910.146中规定了进入密闭空间的程序，它所定义的密闭空间是：
§    空间大小足以让工人进入其间进行工作
§    工人进出受到限制
§    结构设计不适合于工人在其中连续工作同时，密闭空间还应当具有以下特征：
§    含有，或者可能会含有危险气体（气氛）存在
§    含有可能引起侵蚀的物质
§    具有可以使进入人员陷入或窒息的结构
§    具有公认的健康危害
密闭空间的例子在我们的日常工作中处处存在：各类储罐和容器、下水道和其它地下管道、地下设施、粮食筒仓、铁路罐车、舰艇船舱、隧道、密闭运输通道
等等。
密闭空间内到底会有那些危险呢？事实上，除了坠落、磕碰等机械事故外，密闭空间对于工人的最大危险还是来自于其中的有毒有害气体。美国国家职业安全和健康研究院(NIOSH)和美国国家职业安全和健康协会(OSHA)发表的研究报告都表明很多致命的密闭空间事故的发生都同所在空间的气体组份有关。而这些危险组份既可能在工人进入密闭空间之前产生存在，也可能由于他们在其间的活动形成。可以说，缺乏在工人进入密闭空间之前和在其中工作过程中对于危险气体的检测是绝大多数密闭空间事故发生的重要原因。
密闭空间中的危险气体大致可以分为三大类：氧气水平（不足或过量）、可燃气体、有毒气体，很多情况下，一氧化碳和硫化氢被认为是致人死命的祸首。但
现实的情况可能更为复杂，某些有毒气体并不常见，但它们引起的危害可能更为致命，尤其可能对工人造成长期的身体损坏和生命威胁。比如，工人在清洗苯
罐时，可能不会遇到以上所谈到的有毒有害气体（氧气、可燃气、一氧化碳、硫化氢），但是罐中残留的苯蒸气就足以造成工人短期或长期的中毒反应（苯的立即致死量是500ppm,也就是0.05%体积比！）。
氧气不足和过量
密闭空间内的氧气不足是经常遇到的情况。氧气不足的原因很多，象微生物行为（比如开头提到的老鼠分解）、置换（其它气体，如氮气、干冰等进入空间使得空气量降低）、燃烧、氧化（比如生锈）以及吸收和吸附（如潮湿的活性炭）等。工作行为也是其中重要的原因，使用溶剂、涂料、清洁剂或者是加热工作都可能影响氧气含量。在密闭空间中的氧气浓度检测要考虑到两个浓度点：氧气浓度太低会造成窒息；而超过常量的氧气可能会引起不可想象的对燃烧或其它的化学反应的加速或提高。氧气在正常空气中的浓度大约是20.9%，其它组份(超过 78%)主要是氮气，还包括少量的水蒸气、二氧化碳和其它的微量气体。

缺氧和富氧对人体的影响
氧气浓度(%体积)    征兆(大气压力下)
>23.5%    富氧，有强烈爆炸危险
20.9%    氧气浓度正常
19.5%    氧气最小允许浓度
15-19%    降低工作效率，并可导致头部、肺部和循环系统问题
10-12%    呼吸急促，判断力丧失，嘴唇发紫
8-10%    智力丧失，昏厥，无意识，脸色苍白，嘴唇发紫，恶心呕吐
6-8%    8分钟，100%致命，6分钟50%致命，4-5分钟经治疗可痊愈
4-6%    40秒内抽搐，呼吸停止，死亡
以上数据可能会由于个体的健康状态和体质有所不同


可燃气体和蒸气
在密闭空间中遇到的可燃气体和蒸气可能来自几个方面。地下管道间泄漏（电缆管道和城市煤气管道间）、容器内部残存、细菌分解、工作产物等等。常见的可燃气体包括：甲烷、天然气、氢气、挥发性有机化合物等等。
不论是在进入密闭空间时以及在进入工作后，我们都会遇到各种各样的可燃气体和蒸气。当它们的浓度足够时，许多物质的蒸气和气体都变成了可燃性危险气
体，如果此时遇到火源并提供一定的能量就会发生燃烧或爆炸。在密闭空间中的火源可能包括：产生热量的工作活动、打火工具、光源、电动工具、电子仪器
甚至静电。
发生燃烧或爆炸必须符合四个条件：气体中必须含有适量的氧气、适量的燃气（超过可燃气体的爆炸下限）、火源以及足够的分子能量维持火链反应。这四
个条件一般被称为“火四边体”。如果这四个其中的任何一个没有或不足，燃烧就不可能发生，这也就是为什么测量爆炸性气体的时候一定要检测氧气浓度的
原因。

有毒气体和蒸气
密闭空间内可能会存在很多的有毒气体，它既可以是在密闭空间内已经存在的，可能是在工作过程中产生的。有时，某些物质的短期突然挥发还会出现一些莫名其妙的物质，因此密闭空间内的有毒气体的种类可能是多种多样的。空气中的有毒物质一般是根据它们对于暴露在现场的工人的生理学影响进行分类。有毒物质可以对人造成两种时间段的症状：急性或慢性。因此必须制订工作场合中各类物质的暴露水平为安全防护提供依据。工人工作时间和有毒气体的存在浓度有一定的关系，超过这些规定的暴露水平就会对工人的人身安全构成极大的威胁。
下面是一些规章和法规所规定的暴露限度：
l    8小时时间统计加权平均值（TWA），即正常的工作环境允许的有毒气体浓度。
l    15分钟时间统计加权平均值的短期暴露水平（STEL），工人短期工作所允许的有毒气体浓度。
l    立即致死量（IDHL），引起工人短时间死亡的有毒气体浓度。

OSHA列出的常见有毒气体的TWA、STEL、IDHL值
毒气    TWA    STEL    IDLH
氨气(NH3)    25.0ppm    35.0ppm    500 ppm
一氧化碳(CO)    25.0ppm    --    1500
ppm
氯气 (Cl2)    0.5ppm    1.0ppm    30 ppm
氰化氢(HCN)    --    4.7ppm    50 ppm
硫化氢 (H2S)    10.0ppm    15.0 ppm    300 ppm
一氧化氮(NO)    25.0ppm    --    100 ppm
二氧化硫(SO2)    2.0ppm    5.0ppm    100 ppm
挥发性有机化合物（VOC）    10.0ppm    25.0ppm
    随物质改变

下面给出硫化氢气体的浓度和人体健康的关系：

浓度(ppm)  症状和影响                   
时间
10            允许暴露浓度          
       8小时
50-100     轻度眼部和呼吸系统不适     1 小时
100-500    显著眼部呼吸系统不适       1 小时
500-700    无知觉 致死                1/2 -
1 小时
>1000     无知觉, 死亡                   
几分钟之内


如何选择合适的有毒有害气体检测仪：
综上所述，为了保证工人的安全，在进入任何密闭空间之前，都要对其中的气体成分进行检测，并且要在非接触情况下按以下顺序进行检测，首先确保有足够
的氧气浓度存在；不存在可燃性气体；有毒气体浓度低于OSHA的暴露限度。在密闭空间内存在的有毒气体包括：硫化氢(H2S) 和一氧化碳 (CO)，也可能存在
其他的有毒气体, 比如挥发性有机化合物气体和蒸气（VOC）。
对于各类不同的生产场合和检测要求，选择合适的气体检测仪是每一个从事安全和卫生工作的人员都必须十分注意的。
由于每一个生产部门所遇到的气体种类都是不同的。在选择气体检测仪时就要考虑到所有可能发生的情况。正确估计在工人进入密闭空间时可能遇到的各类危险气体种类，考虑到各种情况。比如，在城市公用设施中，缺氧和可燃气检测是必不可少的，考虑到可能的一氧化碳和硫化氢的存在，至少需要检测四种有毒有害气体；而如果是在工业场合，比如石化、化工行业，还需要考虑到生产过程和
工作过程中可能遇到的挥发性有机化合物（如芳香类、卤代烃等）的存在，这些物质即使在浓度很低的情况下，可能没有爆炸的危险，但却会造成工人的急性和慢性中毒，这时就需要对这些物质进行检测，比如使用RAE公司的光离子化检测器（PID）等，而绝对不要使用可燃气检测器应付，因为这可能会导致人员的伤害和死亡。
考虑到实际工作，密闭空间内的气体检测必须在人员进入密闭空间之前进行，而且要在密闭空间外进行非接触检测。此时，就必须选择带有内置采样泵的多气
体检测仪。因为密闭空间中不同部位（上、中、下）的气体分布和气体种类有很大的不同。比如：一般意义上的可燃气体的比重较轻，它们大部分分布于密闭空间的上部；而一氧化碳和空气的比重差不多，一般分布于密闭空间的中部；而象硫化氢和挥发性有机化合物（VOC）等较重气体则存在于密闭空间的下部，此时就需要通过吸气泵在外面对空间内的各个阶层进行连续检测。
一个完整的密闭空间气体检测仪应当是一个便携式并具有内置泵吸功能的多气体（复合式）检测仪---这样就可以方便地以非接触、分部位检测不同空间分布的
各类危险气体，包括氧气、无机气体和有机气体；同时它还应当具有实时数据采集显示、瞬间声光警报；体积小巧，不影响工人工作等特点，只有这样才能保证进入密闭空间的工作人员的绝对安全。需要注意的是在选择这类检测仪时，最好选择具有单独开关各个传感器功能的仪器，以防止由于一个传感器损害影响其它传感器使用。同时，为了避免由于进水等堵塞吸气泵情况发生，选择具有停泵警报的智能泵设计的仪器也要安全一些。
在进行了非接触检测并确认空间安全可以进入后，检测人员可以发放进入许可，允许工人进入密闭空间进行工作，但是，气体检测工作还不能停止，进入其中的工人和外面的守候者一定还要对空间内的气体进行连续的检测。以避免由于泄漏、毒气释放、温度变化等原因发生有毒有害气体浓度的变化造成其中人员的
伤害，这个过程要一直持续到工人离开密闭空间为止。
总之，有毒有害气体检测是保证工人进入密闭空间安全的有力措施。我们要根据具体的使用环境场合以及需要的功能，选择合适的气体检测仪。目前，可供我们选择的检测仪包括固定式/便携式、扩散式/泵吸式、单气体/多气体、无机气体/有机气体等等多种多样的组合。只有选择好了合适的气体检测仪器，才能真正做到事半功倍，防患于未然。