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标准气体的安全生产与管理


随着经济的发展和市场对标准气体日益增长的需要,标准气体的种类越来越多,复杂程度也越来越高,其应用领域涉及到石油化工、勘探、冶金、机械制造、电子、煤炭、电力、环保等领域(工艺气体或标准气体)。近年来,在标准气体的制备过程中经常会发生一些意想不到的事故,不仅造成了人身伤害,同事也造成了巨大的财产损失。因此,了解和掌握气体及材料的性质,合理设计充装工艺,制定严格的操作程序,清楚地标识气瓶的危害性,才能确保制备和使用标准气体
过程中的安全。

一、充装系统的设计
  不相容的气体不能在一个充装系统上充装。要设计两套独立的充装系统,将不相容的气体分开。如果在一个汇流排上同时连接不相容的气体,当阀门泄漏时,高压的气体会流入低压不相容的气体气瓶中引起反应而发生燃烧或爆炸,同时,操作者错误的操作也可能导致不堪设想的危险,酸性气体不能和碱性气体同时接入一个系统中。

二、气体的不相容性
   1、氧化性气体和可燃气体是不相容的。常见的氧化性气体包括:氧气(O2)、笑气(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氟化氮(NF3)、氟气(F2)、氯气(CL2)等。常见的可燃气体包括:氢气(H2)、甲烷(CH4)、其他碳氢化合物(烷烃、烯烃、炔烃等)、一氧化碳(CO)、氨(NH3)、硫化氢(H2S)。
   2、酸性气体和碱性气体是不相容的。常见的酸性气体包括:氯化氢(HCL)、溴化氢(HBr)、二氧化硫,常见的碱性气体包括氨(NH3)、胺(RNH2)。
   3、氧化性气体和还原性气体是不相容的。

三、气体成分与材料的不相容性
   气体在某种条件下与气瓶、阀门、管路材料不相容可导致如下危险:
1、腐蚀
  1)湿气腐蚀
  例如HCL、CL2在有水存在时很容易腐蚀钢瓶,水分的引入可能来源于客户使用,没有关闭阀门,也可能在充装过程中或水压检验中;NH3、SO2、H2S也有类似的腐蚀。即使是干燥的氯化氢和氯气,高浓度时也不能储存在铝合金气瓶中。
  2)应力腐蚀
  在CO、CO2、H2O共存时,极易腐蚀碳钢瓶。因此在制备含有CO和CO2的标准气体时,气瓶要进行烘干处理,原料气体也要使用高纯气体或不含水分的气体。
2、生成危险的化合物
  1)乙炔和含铜大于70%的铜合金反应生成金属有机化合物。
  2)单卤代烃CH3CL、C2H5CL、CH3Br等不能盛装在铝合金气瓶中,它们会与铝缓慢形成金属有机卤化物,遇水爆炸。如果气瓶中含有水分,配制后的标准气体中可以检测出烷烃和氢气。
3、爆炸反应因气体与阀门密封材料或管路材料不相容引起爆炸反应。如氧化性气体不能选用可燃密封材料的阀门。在标准气体配制时这一点容易被忽视。其中包括如何计算标准气体的氧化性。

四、不相容的气体在制备中的事故回顾与分析
以下是所知道的近年来发生的事故: 1996-中国台湾,N2O/H2, 爆炸/人员伤亡;1997-加拿大,CO/Air, 爆炸;1997-英国,CH4/Air , 爆炸/人员伤亡;1997-南美,CH4/Air, 压力表炸毁;1997-美国,4% H2/Air,隐患事故;2003-德国,N2O/CO,人员受伤;2004-法国,卤代烃/Air ,隐患事故;2007-中国兰州,CH4/Air, 人员伤亡。
  
以上事故中,多数是配制空气中的可燃气体,这类气体大多用在化工厂、煤矿中环境气体的检测中,事故的原因或者是错误的操作;或者是不相容的气体同时接入一个系统中,由于阀门漏气产生倒灌;或者是浓度计算错误;或者是错误的充装顺序造成的。对于一氧化碳混合气的爆炸事故分析,人们往往重视一氧化碳的毒性而忽略了其可燃性。空气中可燃性气体的制备经常发生,因此制定严格的操作程序是非常重要的。

五、标准气体潜在的危险分析
1、标识不清或没有警示标识
  1)标准气体的气瓶应该和纯气一样贴警示标签。关于标准气体可燃性或氧化性的计算目前国内尚无标准遵循。ISO 10156为如何计算标准气体的可燃性和氧化性提供了可以遵循的方法。
  2)标准气体应和纯气一样有成分和浓度标签。
  3)不应留有和气体或浓度不符的标签,残留的上次充装的标签要清理干净。
2、标准气体的阀门出口螺纹应遵循的规则
标准气体的阀门出口螺纹应遵循:可燃标准气体-左旋,不燃标准气体-右旋;目前市场上大多数生产厂提供的标准气体阀门出口螺纹没有什么区别,全部采用右旋;标准气体应和纯气一样,可燃标准气体使用出口螺纹右旋的阀门,防止在生产过程中和客户使用时错接;
3、气体接近爆炸限或充装过程中经过爆炸区间,没有浓度和压力限制作为标准气体生产厂家,不仅仅提供给客户的最终产品浓度在可燃(爆炸)下限以下,而且在充装过程中也要确保操作人员的安全,对于在充装过程中经过爆炸区间的标准气体,应经过严格计算控制充装压力和进样顺序,制定严格的操作程序,操作者应该接受培训,培训合格后才可充装此类气体。

六、液态混合物的潜在危险
除了遵从和气态混合物同样的规则,还应考虑:
1、充装不能超量;
2、确认气瓶中无余量;
3、电子秤要校准;
4、虹吸管的材质和充装的成分要相容。

七、生产过程中环境气体的监测
由于标准气体品种繁多,成分复杂,易燃易爆和有毒有害气体的泄漏,都可能产生事故,因此室内安装报警器是实现安全生产的必要条件,安全生产,预防为主。



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