工業(yè)氣體在國家標(biāo)準(zhǔn)-超純氣體|鹽城特種氣體

 工業(yè)氣體在國家標(biāo)準(zhǔn)《常用危險(xiǎn)化學(xué)品的分類及標(biāo)志》(GB13690-1992)中，通常被劃為第2類壓縮氣體和液化氣體。這類化學(xué)品系指壓縮、液化或加壓溶解的氣體。氣體經(jīng)加壓或降低溫度，可以使氣體分子間的距離大大縮小而被壓入鋼瓶中，這種氣體稱為壓縮氣體(亦稱為永久氣體， 如氧氣、氮?dú)狻鍤?、氫氣?。對(duì)壓縮氣體繼續(xù)加壓， 適當(dāng)降溫，壓縮氣體就會(huì)變成液體的，稱為液化氣體(如液氯、 液氨、液體二氧化碳等)。此外，還有一種性質(zhì)極為不穩(wěn)定的氣體，加壓后需溶于溶劑中儲(chǔ)存在鋼瓶內(nèi)，這種氣體稱為溶解氣體(如溶解乙炔等)。
工業(yè)氣體按其化學(xué)性質(zhì)不同，可分為4 類：⑴劇毒氣體，具有極強(qiáng)毒性，侵入人體能引起中毒甚至死亡。如氯氣、氨氣等。⑵易燃?xì)怏w，具有易燃燒性和化學(xué)爆炸危險(xiǎn)性，并有一定的毒性。如氫氣、乙炔等。⑶助燃?xì)怏w，具有助燃能力，但自身不燃燒，存在擴(kuò)大火災(zāi)
的危險(xiǎn)性，如氧氣等。⑷不燃?xì)怏w，對(duì)人具有窒息性，性質(zhì)穩(wěn)定，不燃燒，如氮?dú)?、二氧化碳和氬氣。國家?biāo)準(zhǔn)GB13690-1992中，將上述4 種氣體分為3小類，即第2.1類易燃?xì)怏w、第2.2類不燃?xì)怏w(包括助燃?xì)怏w)、第2.3類有毒氣體。
工業(yè)氣體按組份可分為單一品種氣體的工業(yè)純氣和二元或多元?dú)怏w的工業(yè)混合氣。國家標(biāo)準(zhǔn)《瓶裝壓縮氣體分類》(GB16163-1996)中，根據(jù)工業(yè)純氣在氣瓶內(nèi)的物理狀態(tài)和臨界溫度進(jìn)行分類，并按其化學(xué)性能、燃燒性、毒性、腐蝕性進(jìn)行分組。第1類為永久氣體，其臨界溫度〈-10℃，在充裝時(shí)以及在允許的工作溫度下儲(chǔ)運(yùn)和使用過程中均為氣態(tài)，分為a、b兩組：a組為不燃無毒和不燃有毒氣體(包括氧、 氮、氬等)，b組為可燃無毒和可燃有毒氣體(包括氫等)。第2 類為液化氣體，其臨界溫度≥-10℃， 包括高壓液化氣體和低壓液化氣體。其中，高壓液化氣體臨界溫度≥-10℃、且≤70℃，在充裝時(shí)為液態(tài)，但在允許的工作溫度下儲(chǔ)運(yùn)和使用過程中隨著溫度升高至臨界溫度時(shí)即蒸發(fā)為氣態(tài)，分為a、b、c 三組：a組為不燃無毒和不燃有毒氣體(包括二氧化碳)；b組為可燃無毒和自燃有毒氣體；c 組為易分解或聚合的可燃?xì)怏w。低壓液化氣體臨界溫度〉70℃，在充裝時(shí)以及在允許的工作溫度下儲(chǔ)運(yùn)和使用過程中均為液態(tài)，也分為a、b、c三組：a組為不燃無毒和不燃有毒及酸性腐蝕氣體(包括氯)；b 組為可燃無毒和可燃有毒及堿性腐蝕氣體(包括氨)；c 組為易分解或聚合的可燃?xì)怏w。第3類為溶解乙炔， 在壓力下溶解于氣瓶內(nèi)溶劑的氣體，僅有a組：易分解或聚合的可燃?xì)怏w(包括乙炔)。此分類是混合氣配制的基礎(chǔ)。
工業(yè)混合氣是近二十年來出現(xiàn)的新品種，用途非常廣泛，但其分類尚未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)混合氣包括自然合成和純品配制兩類。按其狀態(tài)分為氣態(tài)混合氣和液態(tài)混合氣。按其所含主要危險(xiǎn)特性組份，一般可分為可燃性混合氣、自燃性混合氣、劇毒性混合氣和腐蝕性混合氣等。
工業(yè)氣體的常見物理特性，可歸納為：可壓縮性和膨脹性。一定量的氣體在溫度基本保持不變時(shí)，所加的壓力越大其體積就會(huì)變得越小，若繼續(xù)加壓，氣體將會(huì)壓縮成液體，這就是氣體的可壓縮性。工業(yè)氣體通常以壓縮或液化狀態(tài)儲(chǔ)存于鋼瓶內(nèi)。氣體在光照或受熱后，溫度升高，分子間的熱運(yùn)動(dòng)加劇，體積增大，若在一定容器內(nèi)，氣體受熱的溫度越高，其膨脹后形成的壓力越大，這就是氣體受熱的膨脹性。壓縮氣體和液化氣體盛裝在容器內(nèi)，如受高溫、日曬，氣體極易膨脹，產(chǎn)生很大的壓力，當(dāng)壓力超過容器的耐壓強(qiáng)度，就會(huì)造成爆炸。因此，工業(yè)氣體均具有極大的爆炸危險(xiǎn)性。
工業(yè)氣體的危險(xiǎn)特性主要有燃燒性、毒害性、窒息性、腐蝕性、爆炸性以及可能發(fā)生氧化、分解、聚合等產(chǎn)生的危險(xiǎn)特性。由于工業(yè)氣體用氣瓶屬于移動(dòng)式壓力容器，流動(dòng)范圍廣，使用條件復(fù)雜，無專人監(jiān)督其日常使用，因此工業(yè)氣體的危險(xiǎn)特性導(dǎo)致事故的可能性及危害性會(huì)很大，必須引起足夠重視。熟悉掌握工業(yè)氣體的各種危險(xiǎn)特性，對(duì)于預(yù)防事故和減少災(zāi)害，具有十分重要的作用。
一、燃燒性
可燃?xì)怏w的燃燒往往同時(shí)伴有發(fā)光、發(fā)熱的激烈反應(yīng)，對(duì)周圍環(huán)境的破壞很大，危險(xiǎn)性十分明顯。根據(jù)燃燒條件，燃燒必須同時(shí)具備可燃物，助燃物和點(diǎn)火源。而對(duì)易燃?xì)怏w而言，一旦泄露，與空氣接觸，就已存在兩個(gè)條件，如若存在點(diǎn)火源，則燃燒就無法避免。由此可知，要消除易燃?xì)怏w的燃燒危險(xiǎn)性，就必須嚴(yán)防易燃?xì)怏w泄露到空氣中，同時(shí)阻止點(diǎn)火源引入其中；或在易燃?xì)怏w容易泄露的場所，嚴(yán)格控制點(diǎn)火源的出現(xiàn)。能導(dǎo)致易燃?xì)怏w燃燒的點(diǎn)火源種類很多，主要有：撞擊、摩擦、絕熱壓縮、沖擊波、明火、加熱、高溫、熱輻射、電火花、電弧、靜電、雷擊、紫外線、紅外線、放射線輻射、化學(xué)反應(yīng)熱、催化作用等，必須處處注意、時(shí)刻防備。在國家標(biāo)準(zhǔn)GB16163-1996中，列入可燃?xì)怏w的工業(yè)純氣品種多達(dá)四十余種，其中，以可燃性液化氣體居多。液化氣體的特點(diǎn)是沸點(diǎn)低，極易氣化，泄壓時(shí)閃蒸且擴(kuò)散，與空氣混合形成易燃、易爆氣體，火災(zāi)危險(xiǎn)性極大。易燃?xì)怏w釀成火災(zāi)的嚴(yán)重后果不堪設(shè)想：人員受到直接輻射熱或沾附可燃性液化氣體，就會(huì)燒傷或死亡，其他可燃物會(huì)受到大量輻射熱，形成大面積火災(zāi)，而且滅火以后極有可能會(huì)發(fā)生二次燃爆危險(xiǎn)。此外，易燃?xì)怏w會(huì)發(fā)生空間燃爆。
二、毒害性
工業(yè)氣體的毒害性通過吸入途徑侵入人體，與人體組織發(fā)生化學(xué)或物理化學(xué)作用，從而造成對(duì)人體器官的損害，并破壞人體的正常生理機(jī)能，引起功能或器質(zhì)性病變，導(dǎo)致暫時(shí)性或持久性病理損害，甚至危及生命。瓶裝氣體中有一部分屬于有毒氣體。有毒氣體的毒性影響，與有毒氣體的本身性質(zhì)、侵入人體的途徑及侵入數(shù)量、暴露接觸時(shí)間長短、作業(yè)人員防護(hù)設(shè)施用品及身體素質(zhì)等各種因素有關(guān)。有毒氣體易散發(fā)于作業(yè)場所的空氣中，對(duì)作業(yè)人員的影響最大。有毒氣體的氣瓶在充裝、儲(chǔ)運(yùn)、使用過程中，其主要危害是由于有毒氣體泄露造成人體慢性中毒或由于氣瓶(包括瓶閥)破損導(dǎo)致有毒氣體外溢所引起的人體急性中毒。國家對(duì)有毒物質(zhì)在作業(yè)場所空氣中的最高容許濃度有明確規(guī)定，可參見國家標(biāo)準(zhǔn)《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ2-2002)。 但這一規(guī)定只能作為慢性吸入中毒的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，不能用作預(yù)防急性中毒的衡量尺度。要避免工業(yè)氣體的中毒傷害，必須嚴(yán)格防止有毒氣體的泄露散發(fā)，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)氣瓶在充裝前的檢查。
三、窒息性
在工業(yè)氣體生產(chǎn)、儲(chǔ)存、使用過程中，因不燃(惰性)氣體存在(缺氧)而造成窒息危害的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。由于大多數(shù)不燃?xì)怏w無色無味，難于發(fā)覺，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定不易分解，窒息危害性很大。壓力容器泄漏，大量窒息性氣體擴(kuò)散未及時(shí)，造成局部區(qū)域氧氣含量下降；密閉容器經(jīng)窒息性氣體置換及吹掃后，未放入空氣，作業(yè)人員立即進(jìn)入其內(nèi)部進(jìn)行檢修作業(yè)；在狹小空間或有限場所，進(jìn)行長時(shí)間窒息性氣體保護(hù)焊接作業(yè)；低溫容器局部保溫失效，大量低溫液體氣化升壓自動(dòng)泄放或低溫液化氣體外泄等諸種情況，均會(huì)發(fā)生窒息危害。要預(yù)防工業(yè)氣體窒息危害，必須嚴(yán)密防止容器破損而大量氣體泄露；一旦容器破損氣體泄露，必須加強(qiáng)局部強(qiáng)制排風(fēng)和整體通風(fēng)；加強(qiáng)作業(yè)場所氧含量檢測，有專人監(jiān)護(hù)作業(yè)。按國家標(biāo)準(zhǔn)《缺氧危險(xiǎn)作業(yè)安全規(guī)程》(GB8958-1988) 采取安全防護(hù)措施，配備安全防護(hù)用品。
四、腐蝕性 
純品工業(yè)氣體大多屬于非腐蝕性介質(zhì)，但由于工業(yè)氣體不純，就會(huì)產(chǎn)生腐蝕性介質(zhì)。在工業(yè)氣體中，水份對(duì)介質(zhì)影響很大，極易產(chǎn)生具有腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)。因此，在工業(yè)氣體充裝前，必須進(jìn)行干燥處理，以消除腐蝕影響( 但含水氨會(huì)減緩對(duì)鋼瓶的腐蝕，則是例外)。 對(duì)含水產(chǎn)生腐蝕性的工業(yè)氣體，必須選用耐腐蝕材料制造氣瓶；或氣瓶設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)加大腐蝕裕度(但對(duì)應(yīng)力腐蝕無效)，瓶閥等附件亦應(yīng)采用相應(yīng)的耐腐材料；嚴(yán)格控制氣體中的含水量；氣瓶定檢后應(yīng)徹底干燥除水，消除隱患。
五、爆炸性
爆炸是指一個(gè)物系從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種狀態(tài)，并在瞬間以機(jī)械功的形式放出大量能量的過程。爆炸有物理性爆炸和化學(xué)性爆炸兩種。物理性爆炸是物質(zhì)因狀態(tài)和壓力發(fā)生突變等物理變化而形成的，前述壓縮氣體及液化氣體超壓引起的爆炸就屬于物理性爆炸。物理性爆炸前后的物質(zhì)化學(xué)成分及性質(zhì)均無變化。化學(xué)性爆炸是指由于物質(zhì)發(fā)生極其激烈的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生高溫、高壓并釋放出大量的熱量而引起的爆炸?；瘜W(xué)性爆炸以后的物質(zhì)性質(zhì)和成分均發(fā)生變化。在工業(yè)氣體生產(chǎn)中，可燃?xì)怏w混合物爆炸、分解爆炸就屬于化學(xué)爆炸。鑒于工業(yè)氣體的爆炸危險(xiǎn)性極大，在工業(yè)氣體生產(chǎn)過程中就必須加強(qiáng)防爆技術(shù)措施。
工業(yè)氣體的爆炸危險(xiǎn)特性主要指化學(xué)性爆炸，即由于氣體發(fā)生極迅速的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生高溫、高壓所引起的爆炸。對(duì)于化學(xué)性質(zhì)非?；顫?主要指容易氧化、分解或聚合)的工業(yè)氣體，需要特別予以注意。對(duì)于氧氣瓶禁油，就是最常見的預(yù)防工業(yè)氣體爆炸的一項(xiàng)技術(shù)措施。但工業(yè)氣體的氧化特性，不應(yīng)僅僅理解為氧氣與其他物質(zhì)的化合，應(yīng)從更廣義的氧化性去認(rèn)識(shí)。對(duì)于氯氣，同樣具有氧化性，它可氧化活潑金屬和氫氣，生成氯化物，同時(shí)發(fā)熱燃燒。含過氧基的氧化劑比氧氣的氧化性更強(qiáng)(如環(huán)氧乙烷)，遇胺、醇等多種有機(jī)物會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)。
在工業(yè)氣體中，分解爆炸的可能性比氧化爆炸小得多。發(fā)生分解反應(yīng)，需要高溫條件。沒有高溫，工業(yè)氣體就不會(huì)分解。但不可忽視由于局部過熱使少量氣體產(chǎn)生分解的現(xiàn)象。分解反應(yīng)速度很快，一旦出現(xiàn)分解反應(yīng)，便會(huì)放出大量熱量而使溫度急劇升高，加快分解速度，直至發(fā)生強(qiáng)烈的爆炸。
對(duì)于容易發(fā)生聚合或有聚合傾向的工業(yè)氣體，必須絕對(duì)避免與過氧化物接觸，因?yàn)檠鹾瓦^氧化物都是良好的引聚劑。聚合是一種放熱反應(yīng)過程，氣體聚合時(shí)放熱會(huì)使氣體壓力異常升高，造成極大的危險(xiǎn)。聚合反應(yīng)的氣體質(zhì)量越大，反應(yīng)越猛烈，危險(xiǎn)性就越大。
為加深對(duì)氧化、分解和聚合反應(yīng)的爆炸危險(xiǎn)特性的理解，現(xiàn)以乙炔為例作著重介紹。
1.氧化反應(yīng)
乙炔對(duì)于氧化劑的反應(yīng)很靈敏。如將乙炔通入高錳酸鉀溶液，溶液的紫色很快就會(huì)消失，同時(shí)產(chǎn)生褐色的沉淀物。這個(gè)反應(yīng)常被用作乙炔的定性分析。
常見的乙炔氧化反應(yīng)是乙炔在空氣或氧氣中的燃燒，燃燒時(shí)的氧一乙炔火焰溫度可達(dá)3200℃以上。乙炔的燃燒熱雖然比乙烷、乙烯等略低，但在完全燃燒時(shí)的耗氧量卻最少，產(chǎn)生物中水含量相對(duì)較低，水蒸發(fā)所需熱量損耗較少，因此乙炔燃燒時(shí)能夠得到更高的溫度，這就是乙炔廣泛應(yīng)用于氣割、氣焊的原因所在。到目前為此，尚未有更理想的物質(zhì)替代乙炔，獲得高溫?zé)嵩从糜跉飧?、氣焊?br/>乙炔和空氣混合，形成具有爆炸性混合氣體。發(fā)生氧化爆炸的條件基本上取決于乙炔在空氣中的含量( 即乙炔氣濃度)。在混合氣體中， 當(dāng)可燃?xì)怏w濃度低于某一最低濃度或高于某一最高濃度時(shí)，火焰便不能蔓延，燃燒或爆炸也就不能進(jìn)行。在點(diǎn)火源作用下，可燃?xì)怏w恰足以使火焰蔓延的最低濃度稱為可燃?xì)怏w的爆炸下限(也稱燃燒下限)。同理，恰足以使火焰蔓延的最高濃度稱為可燃?xì)怏w的爆炸上限( 也稱燃燒上限)。上限和下限統(tǒng)稱為爆炸極限或燃燒極限。 上限和下限之間的可燃?xì)怏w濃度稱為爆炸范圍。從乙炔─空氣混合氣體的氧化爆炸情況，可以得知發(fā)生氧化爆炸大都在爆炸下限或略高于爆炸下限。因此，對(duì)爆炸下限的技術(shù)控制更為重要。在容器(包括氣瓶)或管路中，乙炔濃度在爆炸上限以上，若空氣能引入(如回火狀況)時(shí)，則隨時(shí)有燃燒、爆炸危險(xiǎn)。因此，對(duì)濃度在上限以上的可燃?xì)怏w混合物，通常仍是危險(xiǎn)的。另外，如果乙炔─空氣混合物中的氧含量增加，則爆炸極限相應(yīng)擴(kuò)大。乙炔的爆炸波傳播速度最快可達(dá)3000米/秒，爆炸壓力最高可達(dá)58.8MPa(即600at)。
2.分解反應(yīng)
乙炔分解時(shí)是放熱的，在一定溫度和壓力條件下，即使沒有氧的參與，也會(huì)導(dǎo)致爆炸。這就是乙炔的分解爆炸，其產(chǎn)物為碳黑和氫。常壓乙炔不會(huì)分解，加壓乙炔則極易分解。壓力越高，越會(huì)發(fā)生分解爆炸，且分解溫度隨壓力的升高而迅速下降。因此，壓力對(duì)乙炔的分解具有主導(dǎo)作用。常壓乙炔在635℃下會(huì)發(fā)生分解，但不會(huì)導(dǎo)致爆炸。若把乙炔壓力提高到0.15MPa，則分解溫度下降至580℃。乙炔分解的最小激發(fā)能量與初始溫度、壓力有關(guān)。如果激發(fā)能量很大，則引發(fā)乙炔分解爆炸的初始?jí)毫?huì)降低。此外，乙炔在雜質(zhì)的催化作用下，分解爆炸的初始溫度會(huì)明顯下降。
3.聚合反應(yīng)
乙炔在常溫下的熱力學(xué)性質(zhì)很不穩(wěn)定，會(huì)在各種條件下聚合成鏈狀或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物，但它與乙烯不同，一般不能聚合成高分子化合物。乙炔聚合時(shí)會(huì)放熱，溫度越高，聚合速度越快，熱量的積聚會(huì)進(jìn)一步加速聚合，同時(shí)發(fā)生聚合物分解，其結(jié)果會(huì)引起爆炸。乙炔的聚合放熱，也可能會(huì)引發(fā)乙炔直接分解爆炸。