第161期
[问题来源]:
随着船上封闭(受限)场所的事故频发,更结合最近PSC对这方面的检查越来越严格,对如何正确理解和运用船用检测仪的知识需求也同步在增加，为此我们收集了部分现在常见的船用检测仪器方面的一些应用知识，希望能对船员的安全操作和迎检有所帮助。
[分析意见]:
公约中涉及的有关密闭舱室空气检测及气体检测仪校准的讨论，并不含其他行业。
一、对氧气检测仪的理解要领
1、对使用氧气含量计测量氧气体积百分比达到 21%的解读
有关测氧仪读数，目前认为空气中氧含量是20.9%，每次使用测氧仪都要注意20.9%空气零位及调零。
根据资料，下列是空气的组成及主要成份的分压(海平面0℃之干燥空气)。
从上表可见，理论上海平面空气氧含量为20.93%，且无论海拔高度如何变化氧含量始终不变，但所处位置的高度和大气压力之间呈反向对应关系，高原感觉缺氧就是因此而起，并不是因为空气中氧含量降低了。
对于个别公司仍然沿用21%的原因，是因为早期工业技术较落后，测氧仪是指针式(分辨率仅为1%)，测量时调整空气零位也是调整至21%，随着数字显示测氧仪的发展和引入，目前测氧仪分辨率一般为0.1%，这样把空气中氧含量定为20.9%是现代的主流标准。
ISGOTT和SOLAS公约引用的标准也因年代久远，采纳了空气中氧含量21%是符合当时环境条件的，而现代广泛采用了数显测氧仪在开机自检时的自动校准零位显示含氧量为20.9%，无法达到21%，因此我们应该对此现象做正确理解，不必为了20.9%或21%而争论。
但公司的体系文件应和现代科技相适应，因循守旧也同样违背TMSA的原则理念。
2、缺氧的危害
人体在缺氧环境中为了维持足够的氧气吸入量，呼吸会加快以增加通气量。但是人体本身对缺氧的反应是很不灵敏的，调节范围也很有限。以下是人体在缺氧环境中的反应(以海平面上健康人体为例)。
关于缺氧，早期有人比较了多个研究机构的结论，在16.0-19.5%的范围内，认为17%的氧浓度开始产生有害反应，考虑到测氧仪的漂移误差，认为安全数值定为18%为宜，随着人们对职业安全健康的重视，现在的测氧仪设定的报警限值一般为19.5%。
3、仪器的误差及误差的风险
目前用于(0-25)%量程的测氧仪，都是使用隔膜伽伐尼电池方式的电化学传感器，在空气中不断消耗，因此有工作寿命。
早期仪器精度为±0.7%，现在的是±0.5%(FS的25%±2% FS-FULL SCALE即满量程)。
人体对缺氧反应存在个体差异，考虑到测氧仪的分辨率及精度，测得的氧含量一般应为20.9%，有机构内部规定氧低于20.6%人员不能进入也是合理的。
二、对可燃气体检测仪的理解要领
1、(LEL)1%的基础知识
如果初步评估确定处所内可能存在可燃气体或蒸气，经适当精度的可燃气体测试仪测量，不超过可燃下限(LFL)的1%；
由于爆炸是燃烧的特殊形式，引燃和引爆的最低能量标准在概念上是相等的，即可燃下限%LFL=爆炸下限%LEL。由于ISO/IEC将%LEL作为气体检测仪的显示单位 (LEL: Lower Explosion Limit爆炸下限)，所以日常表达上也无需将其作区分。
2、可燃气体浓度的准入标准的依据和实施
根据船舶实际状态，目前采用的标准有二个：
A、 对修理船舶的标准：根据船舶检验局(89)船规字第96号《船舶清除可燃气体检验规则(1989)》规定：5%LEL,是可以进入的标准(油轮进入非油港区、及人员进入)。
B、 对于营运船舶，公约规定密闭舱室可燃气体测得值高于1%LEL时不允许人员进入。
3、操作中的注意事项
现代检测仪多数用的是催化燃烧式方式，利用铂丝(Pt)作催化元件，由检测元件(补偿元件，检测元件)与两个固定电阻组成检测电桥，当感应到可燃混合气体时，检测元件的催化燃烧会有规律的改变电阻使电桥失衡。大部分的碳氢气体，具有相同的特征规律就是活化能大致相同，使得一种催化燃烧式探测器可以检测多种可燃性气体。
%LEL是将爆炸下限(体积比浓度)分成100份，1份就是1%LEL。
可燃气体测试仪(0-100)%LEL的仪器精度为：±5%FS，使用时需在新鲜空气中调零后，显示应为0%LEL。
3.1如果测得值为1%LEL以上，人员不可进入，需先通风
船舶可燃气体测试仪是一种非选择性的气体检测，也即它检测和判定的是环境中碳氢混合气体的含量所导致的可燃(爆炸)危险程度,并不表明混合物的组分(即气体中有可能同时存在其它有毒物质)，衡量爆炸风险的浓度一般是百分比(%)级，但这种气态的物质浓度如果换算成ppm(百万分之一，即10-6),数值巨大，衡量毒性浓度就是ppm级，这二者之间差值完全不在一个数量级上。
简言之：测爆合格并不意味着对人体的健康伤害不存在了，因此应十分重视1%LEL这个国际标准。
3.2货舱内的检测点应多点多层检测
有时存在通风不足时会存在局部有蒸发气体残留。
4、操作实践
使用气体检测仪进行检测时，必须事先停止通风，环境稳定才能进行，否则可能存在失准。当检测到氧气不足时，应中止其他气体检测，主要原因有：
(1)氧气不足，易导致人员缺氧；
(2)部分复合式气检仪有氧气优先原则，当氧气不足，O2/%LEL会同时报警，启动自动中止检测；
(3)可燃气体检测仪基本都是催化燃烧检测方式的，其工作原理需要足够的氧气。
氧气严重不足时，将不再是爆炸环境(氧气是燃烧爆炸的三要素之一)。
惰气保护的液货舱室就是使氧含量降低达到安全的标准。所以，惰气保护的液货舱室的可燃气体含量检测(%VOL)，与通常所指的密闭舱室进入许可的检测不同，应使用专门的(缺氧)碳氢气体检测仪。
结论和建议
1、进入受限区域之前，需要具备有远程采样的泵吸功能四种气体检测仪(Portable multi gas detector)进行检测，使用各种单一气种的检测仪应能满足上述要求。符合 《经修订的进入船上围蔽处所建议案(A.1050(27)决议)》人员才能进入，受限区域工作过程中的个人需要持续监控环境气体的变化，所以需要随身携带个人型的四种气体监测仪(Personal multi gas detector)。
由于气体传感器有工作寿命，为了确保气体检测仪在任何时间、任何地点都处于正常的工作状态，至少需要配备2套。
按照公约《经修订的进入船上围蔽处所建议案(A.1050(27)决议)》及第XI-1/7条“围蔽处所的气体测试仪”要求：
一）所有船舶都需配备：
1.泵吸功能的四种气体检测仪2套，配备能满足远程采样的延长管；
2.个人型的四种气体监测仪至少2台。
二）有IGS系统及惰气保护液货舱的液货船：还需要再配备2台缺氧的测氧测爆仪。
三）运载有毒液货或散装货品的船舶，还需要配备相应的专用测毒检测仪或毒气检测管。
2、选型方面的考虑
2.1 符合防护防爆要求的仪器，仪器防爆等级要高于被测物危险等级。
2.2 产品需有型式批准及各项认证证书。
2.3 选用合适采样方式的仪器。如选用手表型、笔型袖珍气检仪测量密闭舱室这种较恶劣环境的，可能是不恰当的。
2.4 选用合适测量气种及量程。选用时也需考虑不同气种响应的差异，如油轮选用CH4的可燃气检测仪，可能导致示值失准，选用ppm的可燃气体检测仪将导致读数无法使用。
2.5 (0-100)%LEL的可燃气体检测仪不能用于%VOL实际浓度的测量，否则会损坏设备。
深化解读：
以下内容供有深化学习兴趣的读者参考，一般读者可略过。
1、安全衡准和计量换算
暴露在有毒蒸气或有毒气体中，读数不超过职业暴露极限(OEL)*的 50%。
各种毒气的物理化学特性，及相关的职业暴露极限可查阅相关资料。
由于各种计量单位并存，主要是我国全面实施国际单位制，但有些国家仍然使用英制单位，需注意换算。以下是不同浓度表示法的换算方法，供参考：
空气中C6H6 3.2mg/m3浓度换算成ppm的方法，下面为了说明问题特作1-5步分解说明：
1)0℃、101.3kPa条件下，空气的摩尔体积为22.40升，苯C6H6的摩尔体积也为22.40升左右，因为，一些常见气体的摩尔体积都约为22.40升。即V 0度为22.40升。
2)20℃、101.3kPa 条件下，空气及气体苯的摩尔体积为
V 20度=(273 20)/273X22.40=24.04升，即V 20度为24.04升。
3)3.2mg的气体C6H6的对应的摩尔数为
n=g/M=(3.2X10-3)/78=41X10-6mol(n是摩尔数，g是质量数，M是分子量，C6H6的分子量为78)。
4)3.2mg/m3的气体C6H6对应的体积比(V/V)浓度
=(41X10-6 X24.04)升/1000升
=(985.64/1000)X10-6
=0.98X10-6
≈1ppm
5)因为一立方空气的摩尔数为1000/24.04=41.59mol，所以
3.2mg/m3的气体C6H6对应的摩尔比(mol/mol)浓度
=(41X10-6)mol/41.59mol
=(41/41.59)X10-6
=0.98X10-6
≈1ppm
所以，C6H6 3.2mg/m3≈1ppm
苯C6H6：
接触限值：中国PC-TWA：6mg/m3；PC-STEL：10mg/m3
美国ACGIH 10ppm，32mg/m3 TWA：OSHA 1ppm，3.2 mg/m3.
在这里，TWA-8小时加权平均值，STEL-15分钟短时间允许暴露值
2、相关公约依据及简要介绍
海安会(MSC.1/Circ.1477)《便利选择SOLAS公约第XI-1/7条要求的围蔽处所便携式气体测试仪指南》
对进入密闭处所使用的气体检测仪器技术规格提出具体要求，为确保仪器的准确可靠，提出了“应为所有这些测试仪提供合适的校准措施”。
SOLAS第XI-1/7条的统一解释(MSC.1Circ.1561)：
-11-28海安会为了对便携式气体测试仪的合适的校准措施提供更明确的指导，批准了 SOLAS第XI-1/7条“应为所有这些测试仪提供合适的校准措施”的统一解释(MSC.1/Circ.1561通函)，可通过在船上或岸上按制造商的说明书校准便携式气体测试仪以符合SOLAS第XI-1/7条 “应为所有这些测试仪提供合适的校准措施”。同时为避免歧义，上述澄清系指 SOLAS第XI-1/7条要求的便携式气体测试仪的校准，不适用于任何制造商推荐的操作前准确度测试。
1)按照MSC.1/Circ.1485，及MSC.1/Circ.1477:
所有船舶都必须配备可测量氧气、可燃气体或蒸气、硫化氢和一氧化碳的浓度的气体检测仪，必须能够具备远程采样功能。所有船舶，适用于所有客船和500总吨及以上货船。
MSC.1/Circ.1485，SOLAS XI-1/7条“封闭处所气体测试仪”要求：SOLAS适用船舶均要求配备起码能够测量氧气、易燃气体、H2S和CO浓度的便携式装置，以便确保进入封闭处所安全。为避免船上重复配备，因此明确如根据其他规则要求配备了测量装置，可认为满足该条要求。并要求能够为所有测量仪器提供适当的校准的手段。
MSC.1/Circ.1477--便利选择SOLAS XI-1/7所要求的手提式封闭处所气体测试仪导则；该指南为选择SOLAS第XI -1/7 条要求的手提式封闭处所空气检测仪器提供方便。但该指南明确无意构成此类设备的性能标准。
该指南所指仪器系用于在进入封闭处所前和其后按适当间隔时间检测处所内空气直至工作全部完成的仪器，而非供个人在封闭处所内携带的气体测试仪。手提式封闭处所气体测试仪应能对其设计所针对的所有气体进行远程取样和探测，不受中间处所的空气或其他特征的干扰，为移动式气体测试仪，要求远程控制，不是随身携带的便携式气体探测仪。
仪器应在启动后即执行“自检”，表明工作正常。选择仪器时应考虑培训要求，任何空气检测均应由受过培训的人员进行，能测量的气体种类，该仪器应能测量和显示氧气、易燃气体蒸气(可燃下限的百分比)、一氧化碳和硫化氢气体蒸气的浓度。
其余方面要求
.1 具有可靠防护、便携、防尘防水。
.2 本质安全型。类别一般是IIC，组别具体需要检测的气体确认，如无相关数据，要求为IICT6。
.3 显示屏读数应在所有照明条件下均可读取。
.4 电池寿命至少应为10小时。
.5 设备需要定期校准。
在制造商设定的校准间隔超过后启动的报警或关闭功能，该功能应不会使处于实际使用的仪器停止运作，并且该仪器不应在报警或关闭功能启动后立刻重启。
.6 使用须知手册。
说明其各项特性和报警并解释如何进行校准、操作和维护。手册中的信息应使用船上的工作语言。
2)第XI-1/7条“围蔽处所的气体测试仪”里，应为所有这些测试仪提供合适的校准措施，“Suitable means shall be provided for the calibration of all such instruments”，翻译成“应为所有这些测试仪提供合适的校准设备”。“校准设备”往往被直接理解成配备标准气体，因为气体标准物质就是气检仪的主要计量标准。“校准设备”，或“校准措施”意思差不多，包含着硬件(标准气体等装置及配件)和软件(方法和限定的软件程序)；可能“校准措施”会更贴切SOLAS原文，由于气体检测仪的多样性，这项规定对于船舶有时是很难的。
但由于气体检测仪的特性(主要指气体检测仪的读数容易漂移，气体传感器会自然消耗，有工作寿命)，应为这些气体检测仪配备标准样气，用来测试气体检测仪的有效性是必要的。
有些产品制造商针对海上使用的特点，提供(推荐)了校准工具包(Calibration kits)：内有定制的四合一混合标准气体，恒流阀，及标定罩、程序说明书(CD)，可以较方便的完成现场模式校准操作。
也有些产品制造商提供了BUMP TEST测试气体，用于BUMP TEST验证。(注意BUMP TEST,不能代替CALIBRATION)
但有相当的气检仪产品，制造商不会提供这些校准设备的，更声明校准需经厂商的专业技术人员及授权的机构才能操作。因为非专业的操作可能会导致更严重的失准。
校准(Calibration):在规定的条件下，为确定测量仪器所指示的量值与对应的计量标准所复现的量值之间关系的一组操作。它的目的就是为了量值溯源性。在这里，“规定的条件下”显得非常重要，它直接关系结果的不确定度。校准需要合符要求的标准物质(标准气体)、经培训的人员、正确操作程序方法，数据结果必须可以溯源，结果不确定度应得到控制并符合规定。
具体的校准操作可以调整和不调整。调整就是发现原来有偏差直接调准它；不调整就是知道偏差就行了，使用时用修正值进行修正。
目前，由于船舶流动性，及气体检测仪的多样性，样品气体也有多种：
有标准气体(Standard gas)也叫气体标准物质，是一种计量标准，有标准物质证书(或定级证书)，分一、二级两种，一级精度高于二级。但是一级标准气体一般用在校准实验室，不一定方便现场使用。
第二，标定气体Span gas，用来现场标定，或SPAN调整的。SPAN GAS都要有溯源分析报告(证书)，可以溯源。
第三，测试气体Test gas，通常订制用来做测试试验的，这种有可能精度差一些。
样品气体的标签，都有标注名称，组分，浓度，平衡气，填充压力，容积，不确定度(精度)，有效期限，生产许可或分析报告等等信息。超过有效期的气体，其标识的浓度可能会发生变化，不能使用。
目前，我国的标准气体需要生产许可证的，进口SPAN GAS标定气体则主要有美国CALGAZ(AIR LIQUIDE),及各大气检仪制造商定制的SPAN GAS.
校准的目的是验证设备的有效性，样品气体需选优。
使用时需在规定的条件下(这里有厂商推荐的方法，也有规范规程规定的方法)，以确保操作的准确可靠。
基于此，海安会批准了 SOLAS第XI-1/7条“应为所有这些测试仪提供合适的校准措施”的统一解释(MSC.1/Circ.1561通函)，可通过在船上或岸上按制造商的说明书校准便携式气体测试仪以符合SOLAS第XI-1/7条 “应为所有这些测试仪提供合适的校准措施”。同时为避免歧义，上述澄清系指 SOLAS第XI-1/7条要求的便携式气体测试仪的校准，不适用于任何制造商推荐的操作前准确度测试。
需配备校准措施，但也可通过在船上或岸上按制造商的说明书校准便携式气体测试仪以符合这项规定。
澄清时同步说明，“此项校准，并不是指操作前准确度测试。”
所以，气体检测仪，需按有关法规及ISO/IEC国际标准还有产品说明书的要求，由有资质的机构进行周期(通常为1年，也有半年一次)的校准，持有有效期内的校准证书。另外，配备合适的标准气体、效验气体，用来校准、测试验证气体检测仪的有效性。
厂商说明书提供的现场校准模式，往往是一种简易验证有效性的简单操作，并不能代表气检仪全面计量性能。全面计量性能的检测校准需按照有关检定校准规程逐项进行。
例如，对可燃气体检测仪，现场几乎只校准50%LEL一个点，全面计量检定校准则需检查多个测量点及其他多个项目的。对于部分个人型气体检测仪现场模式氧气开机自检后，无需再校准；但按照规程来校准显然不是这样。
船上配备标准气体所做的校准测试不能代替岸上单位的年度校准及发证。
船上配备标准气体主要用于验证气体检测仪的有效性，即操作前准确度测试。
特别参考提示
有关进入封闭(受限)场所的国家标准正在制定中，可能颁布的标准是：
1、氧气含量为19.5-23.5%;
2、 有毒气体标准按照职业接触限值，(相关内容可参阅本论坛发表的129《加装燃油要测苯吗》);
3、对于OCIMF和CDI制定的检查标准，作为行业要求，只要不违背科学作法，应遵守。
为此读者不必过多争议，理解和执行即可。
专家审稿：方玉林(CCS)
END
