氣體傳感器在工業(yè)安全領(lǐng)域的銷(xiāo)量是最大的，產(chǎn)值大約占到60%。工業(yè)安全類(lèi)的傳感器的全球出貨量約500萬(wàn)只。

工業(yè)安全的分類(lèi)比較多，凡是有可能產(chǎn)生氣體爆炸、窒息或中毒的場(chǎng)合都會(huì)用到，這些場(chǎng)合包括：煤礦、天然氣、鋼鐵廠、石油開(kāi)采、煉化、空氣分離、石油化工、煤化工、氨化工等。

在煤礦和天然氣工業(yè)安全領(lǐng)域的應(yīng)用

最近十年，中國(guó)煤礦的產(chǎn)能大增，隨著礦難的頻發(fā)，國(guó)家在煤礦安全上頒布了大量的法規(guī)和行政命令，因此用在煤礦里的氣體傳感器數(shù)量快速增長(zhǎng)。主要需要檢測(cè)的氣體是CH4、CO和H2S。CH4傳感器的用量每年約100萬(wàn)只，CO傳感器約10萬(wàn)只，H2S傳感器約1萬(wàn)只。因?yàn)殪F霾天和燃煤之間關(guān)系密切，國(guó)家從環(huán)保戰(zhàn)略考慮，要求減少燃煤。因此，從2013年下半年開(kāi)始，礦用儀表企業(yè)的產(chǎn)品銷(xiāo)售量呈現(xiàn)下跌趨勢(shì)。到目前為止，還看不到緩解的趨勢(shì)。

天然氣行業(yè)卻得益于國(guó)家的環(huán)保戰(zhàn)略。燃煤消減的這部分能源供給，需要天然氣、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電來(lái)填充，其中絕大部分需要天然氣來(lái)填充。天然氣行業(yè)所需要的檢測(cè)的氣體包括：CH4、CO、H2S、O2。天然氣行業(yè)利潤(rùn)較高，因此可以接受的安全儀表價(jià)格也較高，性能要求也較高。天然氣管道沿線(xiàn)都會(huì)有加壓站、每個(gè)加壓站內(nèi)幾乎都會(huì)配紅外原理的CH4檢測(cè)儀表。每個(gè)加壓站之間的距離少則1、2公里，多則7、8公里，因此計(jì)算一下中國(guó)天然氣管道就知道大概需要多少儀表了。除了管道，沿海的LNG船只的接氣站也需要配置大量的氣體監(jiān)測(cè)儀表。隨著燃?xì)馍逃密?chē)的大量推廣，車(chē)載的低成本天然氣監(jiān)測(cè)儀表的需求也是會(huì)有爆發(fā)式增長(zhǎng)的。

在石油開(kāi)采和煉化工業(yè)安全領(lǐng)域的應(yīng)用

在石油開(kāi)采、除雜質(zhì)、運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中也會(huì)用到大量氣體檢測(cè)儀表和傳感器。石油成分很復(fù)雜，不僅含有大量液態(tài)烴，還含有水、泥沙、CH4、CO、H2S，以及揮發(fā)出來(lái)的有機(jī)物氣體VOC。石油工業(yè)安全隱患有兩點(diǎn)，一是爆炸和燃燒，二是毒氣擴(kuò)散導(dǎo)致人體中毒。所用到的傳感器包括：

1. 催化燃燒原理和紅外原理的CH4傳感器，全中國(guó)所用到的量大約20萬(wàn)只，用在固定表和便攜表中。

2. 電化學(xué)原理的CO和H2S的用量差不多，各5萬(wàn)只左右。

3. 測(cè)VOC主要靠光離子化傳感器PID。和石油煉化、化工合并在一起，銷(xiāo)量約5千只。

現(xiàn)如今，石油最主要的用途還是提煉成汽油、煤油、航空煤油、柴油，這個(gè)產(chǎn)業(yè)叫煉化。在提煉的過(guò)程中，石油裂解的成分非常復(fù)雜，而且還有加氫工藝。因此，所需要測(cè)的氣體包括CH4、H2、CO、H2S、C2H6、C2H4、C3H6和很多種VOC。提煉完成的油品需要大型的儲(chǔ)油罐儲(chǔ)存，為提供漏油預(yù)警，在儲(chǔ)油罐和管線(xiàn)周邊都要安裝氣體監(jiān)測(cè)儀。油品的揮發(fā)性各不相同：汽油揮發(fā)性最強(qiáng)、柴油較弱、航空煤油最弱。要偵測(cè)到油品的泄露，最理想的還是用能夠檢測(cè)到ppb-ppm級(jí)別VOC的PID，但價(jià)格也是最貴。

在鋼鐵冶金工業(yè)安全領(lǐng)域的應(yīng)用

鋼鐵冶金是氣體傳感器應(yīng)用的大戶(hù)，所用到的傳感器種類(lèi)不多，但數(shù)量較大。

鋼鐵冶金的流程粗分為煉焦、礦石燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄、初軋、熱軋、冷軋。在絕大多數(shù)流程中都要用到氣體，或產(chǎn)生氣體。鋼鐵冶金的原料主要是煤和鐵礦石，所用到的氣體傳感器主要是：CO、O2、H2、CO2。

從煤礦企業(yè)買(mǎi)來(lái)的煤是不能進(jìn)入高爐煉鐵的，它需要在焦?fàn)t中干餾成焦炭，為的是去除硫、氮等雜質(zhì)，并提高熱值。焦?fàn)t會(huì)產(chǎn)生大量的CO(<10%)和H2(約60%)，每小時(shí)的產(chǎn)生量以十萬(wàn)立方米計(jì)。焦?fàn)t煤氣熱值較高，每小時(shí)的產(chǎn)生量以十萬(wàn)立方米計(jì)，一般用來(lái)發(fā)電。

燒結(jié)好的鐵礦石，一般稱(chēng)為球團(tuán)礦，它和焦炭一起投入高爐中，在內(nèi)部產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，生成鐵水、CO2(約10%)、CO(約30%)、H2(約1.5%)等，如果用的是含硫多的礦石，還會(huì)產(chǎn)生SO2。高爐煤氣熱值較低，每小時(shí)的產(chǎn)生量以百萬(wàn)立方米計(jì)。

鐵水煉成鋼需要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)爐和精煉的工序，通入純氧，加生石灰，從而降低C、H、S、N、P的含量。加入合金元素后，就煉成鋼了。轉(zhuǎn)爐煤氣中CO含量約60% - 70%，熱值居中，每小時(shí)的產(chǎn)生量以萬(wàn)立方米計(jì)。

CO傳感器在鋼鐵行業(yè)大量使用，年使用量約10萬(wàn)只。另外，H2、O2也有使用，但比CO傳感器的量要小很多。鋼鐵環(huán)境比較惡劣，固定儀表需要長(zhǎng)期穩(wěn)定性較好的傳感器，而便攜表壽命較短，所以所需要的傳感器也不需要壽命特別長(zhǎng)的。

在空氣分離和燃?xì)夤I(yè)安全領(lǐng)域的應(yīng)用

空氣分離和燃?xì)忸I(lǐng)域需要的氣體傳感器往往是超小量程或大量程，高精度，高價(jià)格的傳感器和儀表。其需求量很小，主要是微量氧氣傳感器、紅外CO傳感器、紅外CO2傳感器和紅外CH4傳感器。

空氣分離企業(yè)的氣體產(chǎn)品主要是O2、N2、He、Ar。這些氣種廣泛用于鋼鐵、石化、醫(yī)療、半導(dǎo)體、民用領(lǐng)域。N2、He、Ar氣體的純度測(cè)量主要依靠測(cè)量氣體中的殘留O2來(lái)推算，O2濃度以ppm計(jì)，低的可以到1ppm。每個(gè)空分企業(yè)所用的微量氧分析儀數(shù)量為2-3臺(tái)。

和空分所用傳感器和儀表類(lèi)似的是燃?xì)忸I(lǐng)域。最常見(jiàn)的燃?xì)馍a(chǎn)廠，是用煤和水生產(chǎn)水煤氣的煤氣廠。在水煤氣中，含有高濃度的CO和H2，O2在里面如果濃度過(guò)高是有爆炸危險(xiǎn)的。因此，需要將水煤氣中的O2去除，降到6000ppm以下。在6000ppm的濃度附近，比較合適的技術(shù)是順磁氧氣傳感器。CO、CO2濃度較高，用紅外傳感器比較合適。H2濃度也很高，目前為止還沒(méi)有比較廉價(jià)且精準(zhǔn)的直接測(cè)量方法，主要靠間接的方法來(lái)推算。水煤氣生產(chǎn)過(guò)程中，CO、CO2、H2、O2的測(cè)量是在線(xiàn)式的，需要實(shí)時(shí)監(jiān)控。

在半導(dǎo)體工業(yè)安全領(lǐng)域的應(yīng)用

以硅材料為主體的半導(dǎo)體工業(yè)中，涉及到種類(lèi)繁多的氣體，實(shí)現(xiàn)氣相淀積、離子注入、等離子刻蝕、鈍化保護(hù)等工藝過(guò)程。

半導(dǎo)體工業(yè)中的安全隱患主要是有毒氣體和腐蝕性氣體。其中，毒性較強(qiáng)的氣體包括鍺烷(GeH4)、磷烷(PH3)、砷烷(AsH3)、氫化銻(SbH3)、三氟化磷(PH3)等，毒性較弱但具有刺激性的氣體包括氨氣(NH3)、硅烷(SiH4)、三氟化硼(BF3)、四氟化硫(SF4)等，具有強(qiáng)腐蝕性的氣體包括SiF4、HF等。其中，用于硅及其化合物氣相淀積最常用的硅烷在室溫下濃度超過(guò)1%時(shí)在空氣中會(huì)發(fā)生自燃，容易引起火災(zāi)；而用于外延、摻雜等工藝的磷烷、砷烷，則具有強(qiáng)烈的血溶性毒性，是和硅烷一起作為半導(dǎo)體工業(yè)中最主要的檢測(cè)氣體；在III-V族材料刻蝕中常常用到氯基的氣體，容易引起眼及上呼吸道刺激癥狀，一般報(bào)警點(diǎn)在8ppm左右；還有一些氣體，例如SF6，主要用于硅及其化合物的刻蝕，雖然純品無(wú)毒，但在高溫電弧作用下會(huì)分解成一系列有毒的氣體，包括SF4、S2F2、HF等，因此這些含硫或含氟的有毒氣體也是半導(dǎo)體工業(yè)中重點(diǎn)監(jiān)控的對(duì)象。

由于半導(dǎo)體工業(yè)中的危害性氣體種類(lèi)繁多，每個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的工廠都會(huì)需要大量的氣體報(bào)警儀，目前該領(lǐng)域中應(yīng)用的氣敏元件絕大多數(shù)是電化學(xué)氣體傳感器。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些研究所、高校也開(kāi)始陸續(xù)開(kāi)始建立中小規(guī)模的半導(dǎo)體加工線(xiàn)，加上電化學(xué)傳感器一般的使用壽命在1年左右，使得這類(lèi)氣體傳感器的年需求量呈迅猛上升趨勢(shì)，每年都有15%左右的增長(zhǎng)。在半導(dǎo)體工業(yè)中所使用的傳感器數(shù)量隨著半導(dǎo)體工業(yè)的波動(dòng)周期而波動(dòng)。國(guó)內(nèi)尚無(wú)一廠家提供專(zhuān)門(mén)針對(duì)半導(dǎo)體領(lǐng)域的安全儀表，國(guó)外的廠家有霍尼韋爾和日本的理研。

在煤化工工業(yè)安全領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著石油價(jià)格的走高，煤化工的經(jīng)濟(jì)價(jià)值得到了凸顯。拿一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字做例子，1.5億噸煤可以轉(zhuǎn)化成2800萬(wàn)噸成品油，外加205萬(wàn)噸聚烯烴，效益可想而知。

煤化工的技術(shù)路線(xiàn)主要是三條：煤干餾、煤氣化和煤直接液化。

1 煤干餾產(chǎn)品鏈

煤干餾的產(chǎn)物是焦炭、半焦、煤焦油和煤氣。我們這里主要介紹一下焦?fàn)t煤氣，一般每噸干煤可生產(chǎn)焦?fàn)t氣300-350立方米。其主要成分為氫氣(55% - 60%)和甲烷(23% - 27%)。高溫干餾煤氣H2量高，可用于生產(chǎn)甲醇、合成氨。甲烷可用于生產(chǎn)人工天然氣。在這個(gè)領(lǐng)域電化學(xué)的H2、CO傳感器，催化燃燒和紅外的甲烷傳感器都會(huì)用到。少量高端傳感器用于化學(xué)分析，大量中低端的傳感器用于檢漏。

2煤氣化產(chǎn)品鏈

煤氣化技術(shù)下游產(chǎn)品有氫氣、一氧化碳、合成氨和甲醇。從CO和H2出發(fā)，可以制取幾乎所有的基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)品，如甲醇、甲醛、甲酸、甲胺、乙酸、乙酸酯、乙二醇、乙二酸、光氣和農(nóng)藥除草劑等。而合成氨主要下游是尿素。在這個(gè)領(lǐng)域電化學(xué)的H2、CO、NH3、環(huán)氧乙烷ETO和光氣傳感器都會(huì)用到。紅外的HC化合物氣體的傳感器也會(huì)用到，隨著成本的不斷降低，紅外技術(shù)會(huì)越用越多。

3煤直接液化

煤直接液化的產(chǎn)物有汽油、柴油和航空煤油。其產(chǎn)品和石油化工重合、但成本較石油化工低。測(cè)這些低揮發(fā)性的烴，主要靠紅外傳感器和光離子化PID傳感器。

除此之外，煤化工還可以制以下大宗商品：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、苯和苯酚。這幾種產(chǎn)品在單體的階段，主要靠紅外傳感器和PID來(lái)檢漏。

在石油化工工業(yè)安全領(lǐng)域的應(yīng)用

石油化工包括以下四大生產(chǎn)過(guò)程：基本有機(jī)化工生產(chǎn)過(guò)程、有機(jī)化工生產(chǎn)過(guò)程、高分子化工生產(chǎn)過(guò)程和精細(xì)化工生產(chǎn)過(guò)程。

基本有機(jī)化工生產(chǎn)過(guò)程是以石油和天然氣為起始原料，經(jīng)過(guò)煉制加工制得三烯(乙烯、丙烯、丁烯)、三苯(苯、甲苯、二甲苯)、乙炔和萘等基本有機(jī)原料。

有機(jī)化工生產(chǎn)過(guò)程是在“三烯、三苯、乙炔、萘”的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)各種合成步驟制得醇、醛、酮、酸、脂、醚、腈等有機(jī)原料。

高分子化工生產(chǎn)過(guò)程是在有機(jī)原料的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)各種聚合、縮合步驟制得合成纖維、合成樹(shù)脂、合成橡膠(即三大合成材料)等最終產(chǎn)品。

石油化工是精細(xì)化工的基礎(chǔ)，精細(xì)化工的原料大部分來(lái)自廉價(jià)的石油化工。精細(xì)化工為石油化工提供高檔末端材料，如催化劑、表面活性劑、油品添加劑、三大合成材料用助劑等。精細(xì)化工生產(chǎn)多項(xiàng)工業(yè)和尖端技術(shù)所需要的工程材料和功能性材料，取得高附加值。所以，一般認(rèn)為精細(xì)化成都已成為衡量石化工業(yè)水平的尺度。

按照生產(chǎn)乙烯的能力，我們對(duì)全球的石化“巨頭”作一個(gè)排名，分別是：陶氏化學(xué)、?？松梨?、殼牌、Sabic、等星、英國(guó)石油、雪佛龍菲利普斯、中國(guó)石化、阿托菲納、諾瓦。

有機(jī)化工原料種類(lèi)繁多，按照產(chǎn)能對(duì)排名前20位的物種進(jìn)行排序，并將測(cè)量其氣體的技術(shù)列在旁邊，供大家參考：

1.乙烯：紅外、電化學(xué)、催化燃燒； 

2.乙二醇：紅外、電化學(xué)、光離子化；

3.丙烯：紅外、電化學(xué)；

4.苯：紅外、光離子化；

5.苯乙烯：紅外、光離子化；

6.對(duì)二甲苯：紅外、光離子化；

7.環(huán)氧乙烷：紅外、電化學(xué)；

8.丁二烯：紅外、光離子化；

9.醋酸：紅外、光離子化；

10.苯酚：紅外、光離子化；

11.丙烯腈：紅外；

12.環(huán)氧丙烷：紅外、電化學(xué)；

13.醋酸乙烯：紅外、光離子化；

14.丙烯酸：紅外；

15.Alpha-烯烴：紅外；

16.鄰二甲苯：紅外、光離子化；

17.甲基丙烯酸甲酯：紅外、光離子化；

18.順丁烯二酸酐：紅外；

19.甲乙酮：紅外、光離子化；

20.1,4-丁二醇：紅外、光離子化。

以上有機(jī)產(chǎn)品，從產(chǎn)能最大的乙烯(全球產(chǎn)能是一億多噸)，到排名最后的一位1,4-丁二醇，也有100-200萬(wàn)噸。這些物種，絕大多數(shù)都是有毒有害的，有的是致癌的。因此，氣體監(jiān)測(cè)儀表需要在這些氣體或液體泄漏的時(shí)候，在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)出警報(bào)，通知人員迅速撤離。所以說(shuō)，工業(yè)安全，最終是要保證工業(yè)環(huán)境中人員的安全。