如何利用超声波检测技术防止发生危险事故

　　　　图1Schoeller公司生产厂中次氯酸钠灌装管道上安装的非接触卡装式超声波液体介质识别检测仪

　　　　操作人员就算再仔细也有可能用错化学药品，从而造成事故。尤其是在使用次氯酸钠时，次氯酸钠与酸反应非常容易发生危险事故。Clamp-On超声波连续检测系统的非接触式检测为化工企业的安全生产提供了理想的保护措施。
　　　　2012年1月在布吕尔市发生了严重的化工事故，这一事故再次告诉人们：就算是简单而且易于检查的生产操作，例如往储罐中添加液体原材料，也会隐藏着很多事故隐患。在这些操作中会因用错了化工原材料而带来非常严重，甚至致命的后果。因此，化工生产领域中负责安全生产的专业机构长期与工业领域中的检测技术专家一起合作，告诫人们如何避免这类化工原材料使用时的错误。
　　　　在布吕尔市，操作人员由于误操作把次氯酸钠与盐酸混合在一起，两者反应释放出有毒的氯气。结果造成39人受伤，其中7人重伤。2007年在法兰克福发生的类似事故造成一名职工身亡，从那以后有害材料委员会(AGS)制定了次氯酸钠安全生产操作方案(TRGS500的附件4)。在方案提出的众多要求中包括利用检测设备对灌装过程进行监测，例如利用酸碱度(pH)检测传感器或者温度计进行监控。而奥地利Vorarlberg州的企业利用非接触式的超声波连续监测系统对次氯酸钠的进行检测和监控。
　　　　主动式的安全保护装置
　　　　次氯酸钠是一种应用非常广泛的化学产品，除了应用于化工领域之外，还常常应用在其他的工业领域中，例如消毒用的消毒液和清洁用的漂白剂。Schoeller公司利用次氯酸钠对羊毛进行氯化处理。为了避免在洗涤时羊毛相互纠缠，羊毛纤维的端部需要用氯溶液软化。这里所用的氯溶液是次氯酸钠加酸后反应生成的次氯酸溶液。
　　　　为了防止因供货时把不同的化学品原材料弄混淆而导致严重事故，Schoeller公司灌装、输送次氯酸钠液体的管道使用的是左旋螺纹的连接接头。在储罐车与灌装管道连接之前，要对储罐车中的液体进行取样化验，例行入库检验。技术和生产安全措施都很容易被忽略。因此，他们在Hard市新建的储罐设备中采用了脊柱保护系统，这一系统可以在发生事故时对人员和环境进行保护的被动式安全防护措施。除此以外，他们还按照TRGS500附件4的要求采用了主动式的安全防护装置，使用了次氯酸钠灌装监控设备。

　　　　图2不同浓度的次氯酸钠、硫酸、烧碱、盐酸、硝酸和水中的超声波速度。超声波在不同浓度的次氯酸钠液体中的传播速度只与烧碱有部分重叠，完全可以忽略不计

　　　　非接触式的液体介质识别
　　　　Schoeller公司与环境和食品安全研究所的专家一起研究决定采用超声波技术实现液体介质的自动识别。在前期的试验验证中，TRGS500附件4中建议的温度测量和酸碱度(pH值)检测等方法没有很好的工艺兼容性，不是理想的解决方案。例如pH值的检测电极在次氯酸钠溶液中磨损非常严重，产生了高额的维护保养费用。而温度测量的可靠性得到不到保障，温度测量有时甚至发现不了明显的灌装错误。Schoeller公司的实际使用情况证明，只有Flexim公司研发生产的超声波检测仪能够准确地完成次氯酸钠灌装时的监控任务。
　　　　这家柏林的检测技术供应商有着20多年非接触流量检测仪器设备的生产经验。他们研发生产的Fluxus便携式超声波流量计所能完成的检测任务不仅仅包括流量检测，超声波检测仪能够根据顺着液体介质流向与逆着液体介质流向检测到的超声波信号的时间差还能测定液体介质的体积流量。同时它的检测数据转换器还能采集卡装在管道上的两个超声波信号发生器的运行时间数据。通过这些超声波信号运行时间数据和卡装处管道的几何尺寸，能够准确地测定介质中超声波信号的传播速度。这一速度是能够代表管道中被测介质温度、浓度的特征数据。可靠区分次氯酸钠溶液与可能混淆液体介质的超声波速度测定方法的可行性已经得到了专家们的证实。
　　　　无磨损实现了免维护
　　　　只有当超声波介质识别系统的检测到的信号处于理论值允许的范围内时，才会发出声学信号，才允许开启灌装阀。当停电时，灌装阀自行关闭(安全自保)。由于Fluxus便携式超声波流量计采用的是卡装技术，因此可以方便的安装在灌装管道的外部，不会因管道内部液体介质的流动而磨损，可以实现免维修。
　　　　相距不到10km的Collini公司也在自己新的储罐设备中采用了非常类似的灌装安全保护措施。在过去的10年里，这家企业在环境保护技术、安全保护技术方面的投资已高达2000万欧元，Collini公司的污水清洁设备在全世界都是技术领先的产品。
　　　　Collini公司利用次氯酸钠清洁电镀生产的污水。当重新灌装次氯酸钠灌装时，Collini公司的工程技术人员也在寻找主动式的灌装安全保护解决方案，他们同样选择了Flexim公司。在他们新建的储罐设备中使用的是PioxS型超声波过程分析仪及流量计。这一仪器同样也是以超声波在不同液体介质中的传播速度和传播时间为基础的检测仪器。只有当检测到的超声波传播速度在允许的理论范围之内(1790~1890m/s)，才允许接通灌装管道。超声波在酸性介质中的传播速度明显低于这一范围，因此可以迅速地分析故障根源，有效地防止危险事故的发生。
　　　　Flexim公司的负责人ChristianHalper先生对这些最先采用他们技术企业表示感谢，并坚信会有更多的企业会采用他们的技术。他又在不久前刚刚完成了两个防止化学品错灌的安全防护项目。ChristianHalper先生认为：这一检测技术的应用潜力非常巨大。