工业气体在国家标准-超纯气体|盐城特种气体

 工业气体在国家标准《常用危险化学品的分类及标志》(GB13690-1992)中，通常被划为第2类压缩气体和液化气体。这类化学品系指压缩、液化或加压溶解的气体。气体经加压或降低温度，可以使气体分子间的距离大大缩小而被压入钢瓶中，这种气体称为压缩气体(亦称为永久气体， 如氧气、氮气、氩气、氢气等)。对压缩气体继续加压， 适当降温，压缩气体就会变成液体的，称为液化气体(如液氯、 液氨、液体二氧化碳等)。此外，还有一种性质极为不稳定的气体，加压后需溶于溶剂中储存在钢瓶内，这种气体称为溶解气体(如溶解乙炔等)。
工业气体按其化学性质不同，可分为4 类：⑴剧毒气体，具有极强毒性，侵入人体能引起中毒甚至死亡。如氯气、氨气等。⑵易燃气体，具有易燃烧性和化学爆炸危险性，并有一定的毒性。如氢气、乙炔等。⑶助燃气体，具有助燃能力，但自身不燃烧，存在扩大火灾
的危险性，如氧气等。⑷不燃气体，对人具有窒息性，性质稳定，不燃烧，如氮气、二氧化碳和氩气。国家标准GB13690-1992中，将上述4 种气体分为3小类，即第2.1类易燃气体、第2.2类不燃气体(包括助燃气体)、第2.3类有毒气体。
工业气体按组份可分为单一品种气体的工业纯气和二元或多元气体的工业混合气。国家标准《瓶装压缩气体分类》(GB16163-1996)中，根据工业纯气在气瓶内的物理状态和临界温度进行分类，并按其化学性能、燃烧性、毒性、腐蚀性进行分组。第1类为永久气体，其临界温度〈-10℃，在充装时以及在允许的工作温度下储运和使用过程中均为气态，分为a、b两组：a组为不燃无毒和不燃有毒气体(包括氧、 氮、氩等)，b组为可燃无毒和可燃有毒气体(包括氢等)。第2 类为液化气体，其临界温度≥-10℃， 包括高压液化气体和低压液化气体。其中，高压液化气体临界温度≥-10℃、且≤70℃，在充装时为液态，但在允许的工作温度下储运和使用过程中随着温度升高至临界温度时即蒸发为气态，分为a、b、c 三组：a组为不燃无毒和不燃有毒气体(包括二氧化碳)；b组为可燃无毒和自燃有毒气体；c 组为易分解或聚合的可燃气体。低压液化气体临界温度〉70℃，在充装时以及在允许的工作温度下储运和使用过程中均为液态，也分为a、b、c三组：a组为不燃无毒和不燃有毒及酸性腐蚀气体(包括氯)；b 组为可燃无毒和可燃有毒及碱性腐蚀气体(包括氨)；c 组为易分解或聚合的可燃气体。第3类为溶解乙炔， 在压力下溶解于气瓶内溶剂的气体，仅有a组：易分解或聚合的可燃气体(包括乙炔)。此分类是混合气配制的基础。
工业混合气是近二十年来出现的新品种，用途非常广泛，但其分类尚未有统一标准。工业混合气包括自然合成和纯品配制两类。按其状态分为气态混合气和液态混合气。按其所含主要危险特性组份，一般可分为可燃性混合气、自燃性混合气、剧毒性混合气和腐蚀性混合气等。
工业气体的常见物理特性，可归纳为：可压缩性和膨胀性。一定量的气体在温度基本保持不变时，所加的压力越大其体积就会变得越小，若继续加压，气体将会压缩成液体，这就是气体的可压缩性。工业气体通常以压缩或液化状态储存于钢瓶内。气体在光照或受热后，温度升高，分子间的热运动加剧，体积增大，若在一定容器内，气体受热的温度越高，其膨胀后形成的压力越大，这就是气体受热的膨胀性。压缩气体和液化气体盛装在容器内，如受高温、日晒，气体极易膨胀，产生很大的压力，当压力超过容器的耐压强度，就会造成爆炸。因此，工业气体均具有极大的爆炸危险性。
工业气体的危险特性主要有燃烧性、毒害性、窒息性、腐蚀性、爆炸性以及可能发生氧化、分解、聚合等产生的危险特性。由于工业气体用气瓶属于移动式压力容器，流动范围广，使用条件复杂，无专人监督其日常使用，因此工业气体的危险特性导致事故的可能性及危害性会很大，必须引起足够重视。熟悉掌握工业气体的各种危险特性，对于预防事故和减少灾害，具有十分重要的作用。
一、燃烧性
可燃气体的燃烧往往同时伴有发光、发热的激烈反应，对周围环境的破坏很大，危险性十分明显。根据燃烧条件，燃烧必须同时具备可燃物，助燃物和点火源。而对易燃气体而言，一旦泄露，与空气接触，就已存在两个条件，如若存在点火源，则燃烧就无法避免。由此可知，要消除易燃气体的燃烧危险性，就必须严防易燃气体泄露到空气中，同时阻止点火源引入其中；或在易燃气体容易泄露的场所，严格控制点火源的出现。能导致易燃气体燃烧的点火源种类很多，主要有：撞击、摩擦、绝热压缩、冲击波、明火、加热、高温、热辐射、电火花、电弧、静电、雷击、紫外线、红外线、放射线辐射、化学反应热、催化作用等，必须处处注意、时刻防备。在国家标准GB16163-1996中，列入可燃气体的工业纯气品种多达四十余种，其中，以可燃性液化气体居多。液化气体的特点是沸点低，极易气化，泄压时闪蒸且扩散，与空气混合形成易燃、易爆气体，火灾危险性极大。易燃气体酿成火灾的严重后果不堪设想：人员受到直接辐射热或沾附可燃性液化气体，就会烧伤或死亡，其他可燃物会受到大量辐射热，形成大面积火灾，而且灭火以后极有可能会发生二次燃爆危险。此外，易燃气体会发生空间燃爆。
二、毒害性
工业气体的毒害性通过吸入途径侵入人体，与人体组织发生化学或物理化学作用，从而造成对人体器官的损害，并破坏人体的正常生理机能，引起功能或器质性病变，导致暂时性或持久性病理损害，甚至危及生命。瓶装气体中有一部分属于有毒气体。有毒气体的毒性影响，与有毒气体的本身性质、侵入人体的途径及侵入数量、暴露接触时间长短、作业人员防护设施用品及身体素质等各种因素有关。有毒气体易散发于作业场所的空气中，对作业人员的影响最大。有毒气体的气瓶在充装、储运、使用过程中，其主要危害是由于有毒气体泄露造成人体慢性中毒或由于气瓶(包括瓶阀)破损导致有毒气体外溢所引起的人体急性中毒。国家对有毒物质在作业场所空气中的最高容许浓度有明确规定，可参见国家标准《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2-2002)。 但这一规定只能作为慢性吸入中毒的卫生标准，不能用作预防急性中毒的衡量尺度。要避免工业气体的中毒伤害，必须严格防止有毒气体的泄露散发，同时加强对气瓶在充装前的检查。
三、窒息性
在工业气体生产、储存、使用过程中，因不燃(惰性)气体存在(缺氧)而造成窒息危害的现象经常出现。由于大多数不燃气体无色无味，难于发觉，且化学性质稳定不易分解，窒息危害性很大。压力容器泄漏，大量窒息性气体扩散未及时，造成局部区域氧气含量下降；密闭容器经窒息性气体置换及吹扫后，未放入空气，作业人员立即进入其内部进行检修作业；在狭小空间或有限场所，进行长时间窒息性气体保护焊接作业；低温容器局部保温失效，大量低温液体气化升压自动泄放或低温液化气体外泄等诸种情况，均会发生窒息危害。要预防工业气体窒息危害，必须严密防止容器破损而大量气体泄露；一旦容器破损气体泄露，必须加强局部强制排风和整体通风；加强作业场所氧含量检测，有专人监护作业。按国家标准《缺氧危险作业安全规程》(GB8958-1988) 采取安全防护措施，配备安全防护用品。
四、腐蚀性 
纯品工业气体大多属于非腐蚀性介质，但由于工业气体不纯，就会产生腐蚀性介质。在工业气体中，水份对介质影响很大，极易产生具有腐蚀性的化学物质。因此，在工业气体充装前，必须进行干燥处理，以消除腐蚀影响( 但含水氨会减缓对钢瓶的腐蚀，则是例外)。 对含水产生腐蚀性的工业气体，必须选用耐腐蚀材料制造气瓶；或气瓶设计时适当加大腐蚀裕度(但对应力腐蚀无效)，瓶阀等附件亦应采用相应的耐腐材料；严格控制气体中的含水量；气瓶定检后应彻底干燥除水，消除隐患。
五、爆炸性
爆炸是指一个物系从一种状态转化为另一种状态，并在瞬间以机械功的形式放出大量能量的过程。爆炸有物理性爆炸和化学性爆炸两种。物理性爆炸是物质因状态和压力发生突变等物理变化而形成的，前述压缩气体及液化气体超压引起的爆炸就属于物理性爆炸。物理性爆炸前后的物质化学成分及性质均无变化。化学性爆炸是指由于物质发生极其激烈的化学反应，产生高温、高压并释放出大量的热量而引起的爆炸。化学性爆炸以后的物质性质和成分均发生变化。在工业气体生产中，可燃气体混合物爆炸、分解爆炸就属于化学爆炸。鉴于工业气体的爆炸危险性极大，在工业气体生产过程中就必须加强防爆技术措施。
工业气体的爆炸危险特性主要指化学性爆炸，即由于气体发生极迅速的化学反应而产生高温、高压所引起的爆炸。对于化学性质非常活泼(主要指容易氧化、分解或聚合)的工业气体，需要特别予以注意。对于氧气瓶禁油，就是最常见的预防工业气体爆炸的一项技术措施。但工业气体的氧化特性，不应仅仅理解为氧气与其他物质的化合，应从更广义的氧化性去认识。对于氯气，同样具有氧化性，它可氧化活泼金属和氢气，生成氯化物，同时发热燃烧。含过氧基的氧化剂比氧气的氧化性更强(如环氧乙烷)，遇胺、醇等多种有机物会发生强烈的氧化反应。
在工业气体中，分解爆炸的可能性比氧化爆炸小得多。发生分解反应，需要高温条件。没有高温，工业气体就不会分解。但不可忽视由于局部过热使少量气体产生分解的现象。分解反应速度很快，一旦出现分解反应，便会放出大量热量而使温度急剧升高，加快分解速度，直至发生强烈的爆炸。
对于容易发生聚合或有聚合倾向的工业气体，必须绝对避免与过氧化物接触，因为氧和过氧化物都是良好的引聚剂。聚合是一种放热反应过程，气体聚合时放热会使气体压力异常升高，造成极大的危险。聚合反应的气体质量越大，反应越猛烈，危险性就越大。
为加深对氧化、分解和聚合反应的爆炸危险特性的理解，现以乙炔为例作着重介绍。
1.氧化反应
乙炔对于氧化剂的反应很灵敏。如将乙炔通入高锰酸钾溶液，溶液的紫色很快就会消失，同时产生褐色的沉淀物。这个反应常被用作乙炔的定性分析。
常见的乙炔氧化反应是乙炔在空气或氧气中的燃烧，燃烧时的氧一乙炔火焰温度可达3200℃以上。乙炔的燃烧热虽然比乙烷、乙烯等略低，但在完全燃烧时的耗氧量却最少，产生物中水含量相对较低，水蒸发所需热量损耗较少，因此乙炔燃烧时能够得到更高的温度，这就是乙炔广泛应用于气割、气焊的原因所在。到目前为此，尚未有更理想的物质替代乙炔，获得高温热源用于气割、气焊。
乙炔和空气混合，形成具有爆炸性混合气体。发生氧化爆炸的条件基本上取决于乙炔在空气中的含量( 即乙炔气浓度)。在混合气体中， 当可燃气体浓度低于某一最低浓度或高于某一最高浓度时，火焰便不能蔓延，燃烧或爆炸也就不能进行。在点火源作用下，可燃气体恰足以使火焰蔓延的最低浓度称为可燃气体的爆炸下限(也称燃烧下限)。同理，恰足以使火焰蔓延的最高浓度称为可燃气体的爆炸上限( 也称燃烧上限)。上限和下限统称为爆炸极限或燃烧极限。 上限和下限之间的可燃气体浓度称为爆炸范围。从乙炔─空气混合气体的氧化爆炸情况，可以得知发生氧化爆炸大都在爆炸下限或略高于爆炸下限。因此，对爆炸下限的技术控制更为重要。在容器(包括气瓶)或管路中，乙炔浓度在爆炸上限以上，若空气能引入(如回火状况)时，则随时有燃烧、爆炸危险。因此，对浓度在上限以上的可燃气体混合物，通常仍是危险的。另外，如果乙炔─空气混合物中的氧含量增加，则爆炸极限相应扩大。乙炔的爆炸波传播速度最快可达3000米/秒，爆炸压力最高可达58.8MPa(即600at)。
2.分解反应
乙炔分解时是放热的，在一定温度和压力条件下，即使没有氧的参与，也会导致爆炸。这就是乙炔的分解爆炸，其产物为碳黑和氢。常压乙炔不会分解，加压乙炔则极易分解。压力越高，越会发生分解爆炸，且分解温度随压力的升高而迅速下降。因此，压力对乙炔的分解具有主导作用。常压乙炔在635℃下会发生分解，但不会导致爆炸。若把乙炔压力提高到0.15MPa，则分解温度下降至580℃。乙炔分解的最小激发能量与初始温度、压力有关。如果激发能量很大，则引发乙炔分解爆炸的初始压力将会降低。此外，乙炔在杂质的催化作用下，分解爆炸的初始温度会明显下降。
3.聚合反应
乙炔在常温下的热力学性质很不稳定，会在各种条件下聚合成链状或环状结构的化合物，但它与乙烯不同，一般不能聚合成高分子化合物。乙炔聚合时会放热，温度越高，聚合速度越快，热量的积聚会进一步加速聚合，同时发生聚合物分解，其结果会引起爆炸。乙炔的聚合放热，也可能会引发乙炔直接分解爆炸。