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工業氣體危險特性概述

2017-07-14 21:52:31    瀏覽次數:    

工業氣體的危險特性主要有燃燒性、毒害性、窒息性、腐蝕性、爆炸性以及可能發生氧化、分解、聚合等產生的危險特性。由于工業氣體用氣瓶屬于移動式壓力容器,流動范圍廣,使用條件復雜,無專人監督其日常使用,因此工業氣體的危險特性導致事故的可能性及危害性會很大,必須引起足夠重視。熟悉掌握工業氣體的各種危險特性,對于預防事故和減少災害,具有十分重要的作用。

一、燃燒性

可燃氣體的燃燒往往同時伴有發光、發熱的激烈反應,對周圍環境的破壞很大,危險性十分明顯。根據燃燒條件,燃燒必須同時具備可燃物,助燃物和點火源。而對易燃氣體而言,一旦泄露,與空氣接觸,就已存在兩個條件,如若存在點火源,則燃燒就無法避免。由此可知,要消除易燃氣體的燃燒危險性,就必須嚴防易燃氣體泄露到空氣中,同時阻止點火源引入其中;或在易燃氣體容易泄露的場所,嚴格控制點火源的出現。能導致易燃氣體燃燒的點火源種類很多,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、化學反應熱、催化作用等,必須處處注意、時刻防備。在國家標準GB16163-1996中,列入可燃氣體的工業純氣品種多達四十余種,其中,以可燃性液化氣體居多。液化氣體的特點是沸點低,極易氣化,泄壓時閃蒸且擴散,與空氣混合形成易燃、易爆氣體,火災危險性極大。易燃氣體釀成火災的嚴重后果不堪設想:人員受到直接輻射熱或沾附可燃性液化氣體,就會燒傷或死亡,其他可燃物會受到大量輻射熱,形成大面積火災,而且滅火以后極有可能會發生二次燃爆危險。此外,易燃氣體會發生空間燃爆。

二、毒害性

工業氣體的毒害性通過吸入途徑侵入人體,與人體組織發生化學或物理化學作用,從而造成對人體器官的損害,并破壞人體的正常生理機能,引起功能或器質性病變,導致暫時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、侵入人體的途徑及侵入數量、暴露接觸時間長短、作業人員防護設施用品及身體素質等各種因素有關。有毒氣體易散發于作業場所的空氣中,對作業人員的影響最大。有毒氣體的氣瓶在充裝、儲運、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)破損導致有毒氣體外溢所引起的人體急性中毒。國家對有毒物質在作業場所空氣中的最高容許濃度有明確規定,可參見國家標準《工作場所有害因素職業接觸限值》(GBZ2-2002)。 但這一規定只能作為慢性吸入中毒的衛生標準,不能用作預防急性中毒的衡量尺度。要避免工業氣體的中毒傷害,必須嚴格防止有毒氣體的泄露散發,同時加強對氣瓶在充裝前的檢查。

三、窒息性

在工業氣體生產、儲存、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象經常出現。由于大多數不燃氣體無色無味,難于發覺,且化學性質穩定不易分解,窒息危害性很大。壓力容器泄漏,大量窒息性氣體擴散未及時,造成局部區域氧氣含量下降;密閉容器經窒息性氣體置換及吹掃后,未放入空氣,作業人員立即進入其內部進行檢修作業;在狹小空間或有限場所,進行長時間窒息性氣體保護焊接作業;低溫容器局部保溫失效,大量低溫液體氣化升壓自動泄放或低溫液化氣體外泄等諸種情況,均會發生窒息危害。要預防工業氣體窒息危害,必須嚴密防止容器破損而大量氣體泄露;一旦容器破損氣體泄露,必須加強局部強制排風和整體通風;加強作業場所氧含量檢測,有專人監護作業。按國家標準《缺氧危險作業安全規程》(GB8958-1988) 采取安全防護措施,配備安全防護用品。

  四、腐蝕性 

  純品工業氣體大多屬于非腐蝕性介質,但由于工業氣體不純,就會產生腐蝕性介質。在工業氣體中,水份對介質影響很大,極易產生具有腐蝕性的化學物質。因此,在工業氣體充裝前,必須進行干燥處理,以消除腐蝕影響( 但含水氨會減緩對鋼瓶的腐蝕,則是例外)。 對含水產生腐蝕性的工業氣體,必須選用耐腐蝕材料制造氣瓶;或氣瓶設計時適當加大腐蝕裕度(但對應力腐蝕無效),瓶閥等附件亦應采用相應的耐腐材料;嚴格控制氣體中的含水量;氣瓶定檢后應徹底干燥除水,消除隱患。

五、爆炸性

  爆炸是指一個物系從一種狀態轉化為另一種狀態,并在瞬間以機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性爆炸兩種。物理性爆炸是物質因狀態和壓力發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化學成分及性質均無變化;瘜W性爆炸是指由于物質發生極其激烈的化學反應,產生高溫、高壓并釋放出大量的熱量而引起的爆炸;瘜W性爆炸以后的物質性質和成分均發生變化。在工業氣體生產中,可燃氣體混合物爆炸、分解爆炸就屬于化學爆炸。鑒于工業氣體的爆炸危險性極大,在工業氣體生產過程中就必須加強防爆技術措施。

工業氣體的爆炸危險特性主要指化學性爆炸,即由于氣體發生極迅速的化學反應而產生高溫、高壓所引起的爆炸。對于化學性質非;顫(主要指容易氧化、分解或聚合)的工業氣體,需要特別予以注意。對于氧氣瓶禁油,就是最常見的預防工業氣體爆炸的一項技術措施。但工業氣體的氧化特性,不應僅僅理解為氧氣與其他物質的化合,應從更廣義的氧化性去認識。對于氯氣,同樣具有氧化性,它可氧化活潑金屬和氫氣,生成氯化物,同時發熱燃燒。含過氧基的氧化劑比氧氣的氧化性更強(如環氧乙烷),遇胺、醇等多種有機物會發生強烈的氧化反應。

在工業氣體中,分解爆炸的可能性比氧化爆炸小得多。發生分解反應,需要高溫條件。沒有高溫,工業氣體就不會分解。但不可忽視由于局部過熱使少量氣體產生分解的現象。分解反應速度很快,一旦出現分解反應,便會放出大量熱量而使溫度急劇升高,加快分解速度,直至發生強烈的爆炸。

對于容易發生聚合或有聚合傾向的工業氣體,必須絕對避免與過氧化物接觸,因為氧和過氧化物都是良好的引聚劑。聚合是一種放熱反應過程,氣體聚合時放熱會使氣體壓力異常升高,造成極大的危險。聚合反應的氣體質量越大,反應越猛烈,危險性就越大。

為加深對氧化、分解和聚合反應的爆炸危險特性的理解,現以乙炔為例作著重介紹。

1.氧化反應

乙炔對于氧化劑的反應很靈敏。如將乙炔通入高錳酸鉀溶液,溶液的紫色很快就會消失,同時產生褐色的沉淀物。這個反應常被用作乙炔的定性分析。

常見的乙炔氧化反應是乙炔在空氣或氧氣中的燃燒,燃燒時的氧一乙炔火焰溫度可達3200℃以上。乙炔的燃燒熱雖然比乙烷、乙烯等略低,但在完全燃燒時的耗氧量卻最少,產生物中水含量相對較低,水蒸發所需熱量損耗較少,因此乙炔燃燒時能夠得到更高的溫度,這就是乙炔廣泛應用于氣割、氣焊的原因所在。到目前為此,尚未有更理想的物質替代乙炔,獲得高溫熱源用于氣割、氣焊。

乙炔和空氣混合,形成具有爆炸性混合氣體。發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, 當可燃氣體濃度低于某一最低濃度或高于某一最高濃度時,火焰便不能蔓延,燃燒或爆炸也就不能進行。在點火源作用下,可燃氣體恰足以使火焰蔓延的最低濃度稱為可燃氣體的爆炸下限(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氣體的爆炸上限( 也稱燃燒上限)。上限和下限統稱為爆炸極限或燃燒極限。 上限和下限之間的可燃氣體濃度稱為爆炸范圍。從乙炔─空氣混合氣體的氧化爆炸情況,可以得知發生氧化爆炸大都在爆炸下限或略高于爆炸下限。因此,對爆炸下限的技術控制更為重要。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,則隨時有燃燒、爆炸危險。因此,對濃度在上限以上的可燃氣體混合物,通常仍是危險的。另外,如果乙炔─空氣混合物中的氧含量增加,則爆炸極限相應擴大。乙炔的爆炸波傳播速度最快可達3000米/秒,爆炸壓力最高可達58.8MPa(即600at)。

2.分解反應

乙炔分解時是放熱的,在一定溫度和壓力條件下,即使沒有氧的參與,也會導致爆炸。這就是乙炔的分解爆炸,其產物為碳黑和氫。常壓乙炔不會分解,加壓乙炔則極易分解。壓力越高,越會發生分解爆炸,且分解溫度隨壓力的升高而迅速下降。因此,壓力對乙炔的分解具有主導作用。常壓乙炔在635℃下會發生分解,但不會導致爆炸。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能量與初始溫度、壓力有關。如果激發能量很大,則引發乙炔分解爆炸的初始壓力將會降低。此外,乙炔在雜質的催化作用下,分解爆炸的初始溫度會明顯下降。

3.聚合反應

乙炔在常溫下的熱力學性質很不穩定,會在各種條件下聚合成鏈狀或環狀結構的化合物,但它與乙烯不同,一般不能聚合成高分子化合物。乙炔聚合時會放熱,溫度越高,聚合速度越快,熱量的積聚會進一步加速聚合,同時發生聚合物分解,其結果會引起爆炸。乙炔的聚合放熱,也可能會引發乙炔直接分解爆炸。


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