工業氣體在國家標準-超純氣體|鹽城特種氣體

 工業氣體在國家標準《常用危險化學品的分類及標志》(GB13690-1992)中，通常被劃為第2類壓縮氣體和液化氣體。這類化學品系指壓縮、液化或加壓溶解的氣體。氣體經加壓或降低溫度，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、氮氣、氬氣、氫氣等)。對壓縮氣體繼續加壓， 適當降溫，壓縮氣體就會變成液體的，稱為液化氣體(如液氯、 液氨、液體二氧化碳等)。此外，還有一種性質極為不穩定的氣體，加壓后需溶于溶劑中儲存在鋼瓶內，這種氣體稱為溶解氣體(如溶解乙炔等)。
工業氣體按其化學性質不同，可分為4 類：⑴劇毒氣體，具有極強毒性，侵入人體能引起中毒甚至死亡。如氯氣、氨氣等。⑵易燃氣體，具有易燃燒性和化學爆炸危險性，并有一定的毒性。如氫氣、乙炔等。⑶助燃氣體，具有助燃能力，但自身不燃燒，存在擴大火災
的危險性，如氧氣等。⑷不燃氣體，對人具有窒息性，性質穩定，不燃燒，如氮氣、二氧化碳和氬氣。國家標準GB13690-1992中，將上述4 種氣體分為3小類，即第2.1類易燃氣體、第2.2類不燃氣體(包括助燃氣體)、第2.3類有毒氣體。
工業氣體按組份可分為單一品種氣體的工業純氣和二元或多元氣體的工業混合氣。國家標準《瓶裝壓縮氣體分類》(GB16163-1996)中，根據工業純氣在氣瓶內的物理狀態和臨界溫度進行分類，并按其化學性能、燃燒性、毒性、腐蝕性進行分組。第1類為永久氣體，其臨界溫度〈-10℃，在充裝時以及在允許的工作溫度下儲運和使用過程中均為氣態，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℃，在充裝時為液態，但在允許的工作溫度下儲運和使用過程中隨著溫度升高至臨界溫度時即蒸發為氣態，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氣體。低壓液化氣體臨界溫度〉70℃，在充裝時以及在允許的工作溫度下儲運和使用過程中均為液態，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氣體。第3類為溶解乙炔， 在壓力下溶解于氣瓶內溶劑的氣體，僅有a組：易分解或聚合的可燃氣體(包括乙炔)。此分類是混合氣配制的基礎。
工業混合氣是近二十年來出現的新品種，用途非常廣泛，但其分類尚未有統一標準。工業混合氣包括自然合成和純品配制兩類。按其狀態分為氣態混合氣和液態混合氣。按其所含主要危險特性組份，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，所加的壓力越大其體積就會變得越小，若繼續加壓，氣體將會壓縮成液體，這就是氣體的可壓縮性。工業氣體通常以壓縮或液化狀態儲存于鋼瓶內。氣體在光照或受熱后，溫度升高，分子間的熱運動加劇，體積增大，若在一定容器內，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，如受高溫、日曬，氣體極易膨脹，產生很大的壓力，當壓力超過容器的耐壓強度，就會造成爆炸。因此，工業氣體均具有極大的爆炸危險性。
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。化學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。化學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。對于化學性質非常活潑(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。