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隨著經(jīng)濟的發(fā)展和市場對標準氣體日益增長的需要，標準氣體的種類越來越多，復雜程度也越來越高，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及到石油化工、勘探、冶金、機械制造、電子、煤炭、電力、環(huán)保等領(lǐng)域（工藝氣體或標準氣體）。近年來，在標準氣體的制備過程中經(jīng)常會發(fā)生一些意想不到的事故，不僅造成了人身傷害，同時也造成了巨大的財產(chǎn)損失。因此，了解和掌握氣體及材料的性質(zhì)，合理設(shè)計充裝工藝，制定嚴格的操作程序，清楚地標識氣瓶的危害性，才能確保制備和使用標準氣體過程中的安全。

一、充裝系統(tǒng)的設(shè)計
　　不相容的氣體不能在一個充裝系統(tǒng)上充裝。要設(shè)計兩套獨立的充裝系統(tǒng)，將不相容的氣體分開。如果在一個匯流排上同時連接不相容的氣體，當閥門泄漏時，高壓的氣體會流入低壓不相容的氣體氣瓶中引起反應(yīng)而發(fā)生燃燒或爆炸，同時，操作者錯誤的操作也可能導致不堪設(shè)想的危險，酸性氣體不能和堿性氣體同時接入一個系統(tǒng)中。

二、氣體的不相容性
1、氧化性氣體和可燃氣體是不相容的。常見的氧化性氣體包括：氧氣（O₂）、笑氣（N₂O）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO₂）、三氟化氮（NF₃）、氟氣（F₂）、氯氣（CL₂）等。常見的可燃氣體包括：氫氣（H₂）、甲烷（CH₄）、其他碳氫化合物（烷烴、烯烴、炔烴等）、一氧化碳（CO）、氨（NH₃）、硫化氫（H₂S）。
2、酸性氣體和堿性氣體是不相容的。常見的酸性氣體包括：氯化氫（HCL）、溴化氫（HBr）、二氧化硫，常見的堿性氣體包括氨（NH₃）、胺（RNH₂）。
3、氧化性氣體和還原性氣體是不相容的。

三、氣體成分與材料的不相容性
氣體在某種條件下與氣瓶、閥門、管路材料不相容可導致如下危險：
1、腐蝕
　　1）濕氣腐蝕
　　例如HCL、CL₂在有水存在時很容易腐蝕鋼瓶，水分的引入可能來源于客戶使用，沒有關(guān)閉閥門，也可能在充裝過程中或水壓檢驗中；NH₃、SO₂、H₂S也有類似的腐蝕。即使是干燥的氯化氫和氯氣，高濃度時也不能儲存在鋁合金氣瓶中。
　　2）應(yīng)力腐蝕
　　在CO、CO₂、H₂O共存時，極易腐蝕碳鋼瓶。因此在制備含有CO和CO₂的標準氣體時，氣瓶要進行烘干處理，原料氣體也要使用高純氣體或不含水分的氣體。
2、生成危險的化合物
　　1）乙炔和含銅大于70%的銅合金反應(yīng)生成金屬有機化合物。
　　2）單鹵代烴CH₃CL、C₂H₅CL、CH₃Br等不能盛裝在鋁合金氣瓶中，它們會與鋁緩慢形成金屬有機鹵化物，遇水爆炸。如果氣瓶中含有水分，配制后的標準氣體中可以檢測出烷烴和氫氣。
3、爆炸反應(yīng)因氣體與閥門密封材料或管路材料不相容引起爆炸反應(yīng)。如氧化性氣體不能選用可燃密封材料的閥門。在標準氣體配制時這一點容易被忽視。其中包括如何計算標準氣體的氧化性。

四、不相容的氣體在制備中的事故回顧與分析
　　以下是所知道的近年來發(fā)生的事故： 1996-中國臺灣，N₂O/H₂， 爆炸/人員傷亡；1997-加拿大，CO/Air， 爆炸；1997-英國，CH₄/Air ， 爆炸/人員傷亡；1997-南美，CH₄/Air， 壓力表炸毀；1997-美國，4% H₂/Air，隱患事故；2003-德國，N₂O/CO，人員受傷；2004-法國，鹵代烴/Air ，隱患事故；2007-中國蘭州，CH₄/Air， 人員傷亡。
　　以上事故中，多數(shù)是配制空氣中的可燃氣體，這類氣體大多用在化工廠、煤礦中環(huán)境氣體的檢測中，事故的原因或者是錯誤的操作；或者是不相容的氣體同時接入一個系統(tǒng)中，由于閥門漏氣產(chǎn)生倒灌；或者是濃度計算錯誤；或者是錯誤的充裝順序造成的。對于一氧化碳混合氣的爆炸事故分析，人們往往重視一氧化碳的毒性而忽略了其可燃性。空氣中可燃性氣體的制備經(jīng)常發(fā)生，因此制定嚴格的操作程序是非常重要的。

五、標準氣體潛在的危險分析
1、標識不清或沒有警示標識
　　1）標準氣體的氣瓶應(yīng)該和純氣一樣貼警示標簽。關(guān)于標準氣體可燃性或氧化性的計算目前國內(nèi)尚無標準遵循。ISO 10156為如何計算標準氣體的可燃性和氧化性提供了可以遵循的方法。
　　2）標準氣體應(yīng)和純氣一樣有成分和濃度標簽。
　　3）不應(yīng)留有和氣體或濃度不符的標簽，殘留的上次充裝的標簽要清理干凈。
2、標準氣體的閥門出口螺紋應(yīng)遵循的規(guī)則
標準氣體的閥門出口螺紋應(yīng)遵循：可燃標準氣體-左旋，不燃標準氣體-右旋；目前市場上大多數(shù)生產(chǎn)廠提供的標準氣體閥門出口螺紋沒有什么區(qū)別，全部采用右旋；標準氣體應(yīng)和純氣一樣，可燃標準氣體使用出口螺紋右旋的閥門，防止在生產(chǎn)過程中和客戶使用時錯接；
3、氣體接近爆炸限或充裝過程中經(jīng)過爆炸區(qū)間，沒有濃度和壓力限制作為標準氣體生產(chǎn)廠家，不僅僅提供給客戶的最終產(chǎn)品濃度在可燃（爆炸）下限以下，而且在充裝過程中也要確保操作人員的安全，對于在充裝過程中經(jīng)過爆炸區(qū)間的標準氣體，應(yīng)經(jīng)過嚴格計算控制充裝壓力和進樣順序，制定嚴格的操作程序，操作者應(yīng)該接受培訓，培訓合格后才可充裝此類氣體。

六、液態(tài)混合物的潛在危險
除了遵從和氣態(tài)混合物同樣的規(guī)則，還應(yīng)考慮：
1、充裝不能超量；
2、確認氣瓶中無余量；
3、電子秤要校準；
4、虹吸管的材質(zhì)和充裝的成分要相容。

七、生產(chǎn)過程中環(huán)境氣體的監(jiān)測
由于標準氣體品種繁多，成分復雜，易燃易爆和有毒有害氣體的泄漏，都可能產(chǎn)生事故，因此室內(nèi)安裝報警器是實現(xiàn)安全生產(chǎn)的必要條件，安全生產(chǎn)，預(yù)防為主。

總之，在標準氣體制備過程中，必須對制備的標準氣體進行研究，制定合理的充裝工藝和安全操作程序，提供必要的安全生產(chǎn)條件，將安全生產(chǎn)放在首位，減少人身傷害和財產(chǎn)損失，這樣才能創(chuàng)造和諧的社會環(huán)境。

標準氣體的制備與應(yīng)用

一、標準氣體的概念理解
1、定義：標準氣體是帶有證書的具有計量溯源性的一種或多種準確特性量值，用于校準儀器， 評價測量方法或給物質(zhì)賦值的氣體。
2、特性：
　　1）穩(wěn)定性：在規(guī)定的時間間隔和環(huán)境條件下， 標準氣體的特性量值保持在規(guī)定的范圍內(nèi)的特性、標準氣體的穩(wěn)定性表現(xiàn)在氣體對氣瓶和閥門不產(chǎn)生吸附和反應(yīng)， 氣體組分之間不發(fā)生化學反應(yīng)。
　　2） 均勻性：均勻性是物質(zhì)的一種或幾種特性具有相同組分或相同結(jié)構(gòu)的狀態(tài)、標準氣體的均勻性表現(xiàn)在不同溫度和壓力下各組分的特性量值在規(guī)定的范圍內(nèi)。氣體組分不分層，無液化。
　　3）準確性：是指標準氣體具有準確計量的標準值。其量值可以溯源。

二、標準氣體的制備過程
　　無論是采用壓力法，體積法或稱量法制備瓶裝標準氣體， 均需通過下列過程實現(xiàn)。充裝----滾動混勻----分析檢測----給出量值(檢驗報告或標準物質(zhì)證書)。通過壓力法/體積法或稱量法實現(xiàn)混合氣體充裝已不再是難題， 只要具備高精度的壓力表和高精度的天平、充裝是很容易實現(xiàn)的。如何使標準氣體量值準確和有效， 是所有標準氣體制造商和研究機構(gòu)面臨的任務(wù)。

三、影響標準氣體量值穩(wěn)定的因素：
1、氣瓶和閥門材料 在氣體充裝前， 要充分考慮到氣體各組分與氣瓶材料， 閥門及密封材料的相容性， 作為標準氣體的包裝容器， 碳鋼，鋁合金材料已被廣泛應(yīng)用。不同濃度，不同組分的標準氣體是否和氣瓶材料或閥門材料相容， 直接影響到標準氣體的質(zhì)量。如氟化氫，氯化氫，氟氣，氯氣， 氯甲烷，氯乙烷，溴甲烷等與鋁產(chǎn)生反應(yīng)， 不能用鋁合金氣瓶直接盛裝。一定濃度的腐蝕性氣體不能選擇銅閥而需要選擇不銹鋼閥。
2、氣瓶處理方法 用于盛裝標準氣體的氣瓶， 內(nèi)表面需進行常規(guī)處理和特殊處理， 以保證標準氣體量值的穩(wěn)定。處理方法包括加熱除去氣瓶內(nèi)的水分， 抽真空置換除去空氣及其他雜質(zhì)氣體， 內(nèi)表面涂層使氣瓶內(nèi)表面減少與組份氣體的物理吸附或化學反應(yīng)；內(nèi)表面鈍化使氣瓶內(nèi)表面具有好的惰性， 有利于活潑性氣體混合物的量值穩(wěn)定。對于微量活潑性氣體， 正確地選擇氣瓶處理方法是制備標準氣體的關(guān)鍵。
3、組成混合氣體各組份原料氣的純度及雜質(zhì)。除了材料相容性和進行適當?shù)臍馄刻幚硗猓?原材料的純度是另一個值得注意的問題、如果原料中含有和配制組份相同的雜質(zhì)， 雜質(zhì)的準確定量就直接影響到組分的量值、如制備氮氣為背景氣的1ppm二氧化碳標準氣體， 除了要知道組分氣的純度外，還要知道高純氮氣中CO2的含量。這樣才能給出CO2的準確量值。
4、氣體組分的相容性 如果配制氮氣中NO/N2 標準氣體， 如果高純氮中含有氧或充裝中帶入氧， 那么混合氣體就變成了NO2/N2了、類似問題可總結(jié)為以下方面：
1） 酸性氣體和堿性氣體：常見的酸性氣體包括：HCl， H2S， SO， NO2， 有機酸等不能和堿性氣體如NH3及有機胺充入一個氣瓶中；
2） 還原性氣體和氧化性氣體不相容， 不能充裝在一個氣瓶中。如：H2S和SO2， H2S和NO2， H2和CL2等。
3） 可燃或自燃氣體與氧化性氣體： 如果在爆炸下限以上或最小需氧量以上將可燃氣體和氧化性氣體充入同一個氣瓶中， 會有爆炸的危險。碳氫化合物和氫氣作為可燃氣體容易被人們重視，而一氧化碳的可燃性卻常常被人們忽視， 而只是關(guān)注了它的毒性。氧氣是助燃氣體， 而NO、N2O、NO2、 F2、 CL2、NF3，等其它氧化性氣體同樣可以助燃，并和可燃性氣體起爆炸反應(yīng)。當制備可燃氣體和氧化性氣體混和氣時， 要經(jīng)過嚴格的計算包括制備濃度和制備壓力；不僅如此， 還要制定嚴格的制備工藝包括進樣順序，制備過程中混勻、分析等。

四、標準氣體的檢測
　　標準氣體的量值是否滿足要求， 分析檢測是重要的環(huán)節(jié)之一。按照制備方法充裝完成后， 量值的均勻性，穩(wěn)定性和準確性如何， 必需靠分析檢測來完成。氣相色譜法作為廣泛應(yīng)用的定量分析方法已被人們認同，分離柱已從填充柱發(fā)展到毛細管柱，大大優(yōu)化了柱效能， 而檢測技術(shù)已從常量檢測發(fā)展到微量及痕量分析。
　　常用的檢測器包括TCD、 FID、 ECD、FPD、 TSD、 HID、DID、PDID，化學分析作為經(jīng)典分析方法也常用在腐蝕性氣體的分析中， 紅外光譜法、可見--紫外光譜法、 色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)也常用在氣體分析中。

五、標準氣體的應(yīng)用
　　如何更好的使用標準氣體， 是標準氣體制造商關(guān)心的問題。通常在制備某些微量腐蝕性標準氣體或微量氧，氮標準氣體時，制備過程可謂是充滿了血和淚， 而對于客戶來說， 常常因使用不當，造成一些錯誤的結(jié)果、使用標準氣體應(yīng)該做到如下幾點：
1、選擇減壓器和輸氣管路時，一定要注意材料和氣體的相容性， 如在做微量氧，氮標準氣體時， 管路不能選擇塑料管和橡膠管路而要選擇金屬管路， 而作腐蝕性氣體時，選擇未經(jīng)處理的金屬管路會對組分產(chǎn)生吸附；
2、在合適的溫度下存放氣瓶， 對于易液化氣體，要注意貯存溫度和使用溫度， 避免在低溫下易也化氣體成分液化；
3、取樣前，對壓力調(diào)解器和管路系統(tǒng)充分清洗，確保取樣樣品和氣瓶中的組份濃度一致；
4、標準氣體取樣完成后， 要關(guān)畢氣瓶閥， 避免空氣反擴散到氣瓶中；（
5、注意標準氣體的有效期和最低允許使用壓力。