工業(yè)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(fā)生氧化、分解、聚合等產(chǎn)生的危險特性。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,使用條件復雜,無(wú)專(zhuān)人監督其日常使用,因此工業(yè)氣體的危險特性導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(shí)伴有發(fā)光、發(fā)熱的激烈反應,對周?chē)h(huán)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(shí)具備可燃物,助燃物和點(diǎn)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(gè)條件,如若存在點(diǎn)火源,則燃燒就無(wú)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(shí)阻止點(diǎn)火源引入其中;或在易燃氣體容易泄露的場(chǎng)所,嚴格控制點(diǎn)火源的出現。能導致易燃氣體燃燒的點(diǎn)火源種類(lèi)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(xiàn)、紅外線(xiàn)、放射線(xiàn)輻射、化學(xué)反應熱、催化作用等,必須處處注意、時(shí)刻防備。在國家標準GB16163-1996中,列入可燃氣體的工業(yè)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(diǎn)是沸點(diǎn)低,極易氣化,泄壓時(shí)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(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,而且滅火以后極有可能會(huì )發(fā)生二次燃爆危險。此外,易燃氣體會(huì )發(fā)生空間燃爆。
二、毒害性
工業(yè)氣體的毒害性通過(guò)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(zhì)性病變,導致暫時(shí)性或持久性病理?yè)p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量、暴露接觸時(shí)間長(cháng)短、作業(yè)人員防護設施用品及身體素質(zhì)等各種因素有關(guān)。有毒氣體易散發(fā)于作業(yè)場(chǎng)所的空氣中,對作業(yè)人員的影響最大。有毒氣體的氣瓶在充裝、儲運、使用過(guò)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(zhì)在作業(yè)場(chǎng)所空氣中的最高容許濃度有明確規定,可參見(jiàn)國家標準《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)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(yè)氣體的中毒傷害,必須嚴格防止有毒氣體的泄露散發(fā),同時(shí)加強對氣瓶在充裝前的檢查。
三、窒息性
在工業(yè)氣體生產(chǎn)、儲存、使用過(guò)程中,因不燃(惰性)氣體存在(缺氧)而造成窒息危害的現象經(jīng)常出現。由于大多數不燃氣體無(wú)色無(wú)味,難于發(fā)覺(jué),且化學(xué)性質(zhì)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(shí),造成局部區域氧氣含量下降;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)入其內部進(jìn)行檢修作業(yè);在狹小空間或有限場(chǎng)所,進(jìn)行長(cháng)時(shí)間窒息性氣體保護焊接作業(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。要預防工業(yè)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(fēng)和整體通風(fēng);加強作業(yè)場(chǎng)所氧含量檢測,有專(zhuān)人監護作業(yè)。按國家標準《缺氧危險作業(yè)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(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 )減緩對鋼瓶的腐蝕,則是例外)。 對含水產(chǎn)生腐蝕性的工業(yè)氣體,必須選用耐腐蝕材料制造氣瓶;或氣瓶設計時(shí)適當加大腐蝕裕度(但對應力腐蝕無(wú)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(gè)物系從一種狀態(tài)轉化為另一種狀態(tài),并在瞬間以機械功的形式放出大量能量的過(guò)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(wú)變化?;瘜W(xué)性爆炸是指由于物質(zhì)發(fā)生極其激烈的化學(xué)反應,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,可燃氣體混合物爆炸、分解爆炸就屬于化學(xué)爆炸。鑒于工業(yè)氣體的爆炸危險性極大,在工業(yè)氣體生產(chǎn)過(guò)程中就必須加強防爆技術(shù)措施。
工業(yè)氣體的爆炸危險特性主要指化學(xué)性爆炸,即由于氣體發(fā)生極迅速的化學(xué)反應而產(chǎn)生高溫、高壓所引起的爆炸。對于化學(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。對于氧氣瓶禁油,就是最常見(jiàn)的預防工業(yè)氣體爆炸的一項技術(shù)措施。但工業(yè)氣體的氧化特性,不應僅僅理解為氧氣與其他物質(zhì)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(shí)發(fā)熱燃燒。含過(guò)氧基的氧化劑比氧氣的氧化性更強(如環(huán)氧乙烷),遇胺、醇等多種有機物會(huì )發(fā)生強烈的氧化反應。
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,需要高溫條件。沒(méi)有高溫,工業(yè)氣體就不會(huì )分解。但不可忽視由于局部過(guò)熱使少量氣體產(chǎn)生分解的現象。分解反應速度很快,一旦出現分解反應,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)生強烈的爆炸。
對于容易發(fā)生聚合或有聚合傾向的工業(yè)氣體,必須絕對避免與過(guò)氧化物接觸,因為氧和過(guò)氧化物都是良好的引聚劑。聚合是一種放熱反應過(guò)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。聚合反應的氣體質(zhì)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(zhù)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(huì )消失,同時(shí)產(chǎn)生褐色的沉淀物。這個(gè)反應常被用作乙炔的定性分析。
常見(jiàn)的乙炔氧化反應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(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, 當可燃氣體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,可燃氣體恰足以使火焰蔓延的最低濃度稱(chēng)為可燃氣體的爆炸下限(也稱(chēng)燃燒下限)。同理,恰足以使火焰蔓延的最高濃度稱(chēng)為可燃氣體的爆炸上限( 也稱(chēng)燃燒上限)。上限和下限統稱(chēng)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(chēng)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。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(shí)是放熱的,在一定溫度和壓力條件下,即使沒(méi)有氧的參與,也會(huì )導致爆炸。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,壓力對乙炔的分解具有主導作用。常壓乙炔在635℃下會(huì )發(fā)生分解,但不會(huì )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(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壓力將會(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
乙炔在常溫下的熱力學(xué)性質(zhì)很不穩定,會(huì )在各種條件下聚合成鏈狀或環(huán)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(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。