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SF6氣體泄漏的危害和預(yù)防措施
點(diǎn)擊次數(shù)：1807 發(fā)布時(shí)間：2016-5-31
SF6氣體泄漏的危害和預(yù)防措施
1,、概述
自1900年法國化學(xué)家摩森（H.Moissan）和李博（P.Lebeau）在實(shí)驗(yàn)室中將硫在氟氣中燃燒以制備SF6（六氟化硫）氣體以來,，人們已從中收益非淺。因純SF6氣體的化學(xué)穩(wěn)定性,，早期用于進(jìn)行人工氣胸治療肺結(jié)核空洞,；同時(shí)因其優(yōu)異的絕緣和滅弧性能也倍受人們的關(guān)注,。從1940年作為絕緣介質(zhì)開始,，迄今已被廣泛地應(yīng)用在電力設(shè)備中,，如高壓斷路器,、變壓器,、互感器、電容器,、避雷器,、接觸器、熔斷器,、管道母等,。隨著SF6氣體使用量的增加，范圍的擴(kuò)大,，正確的使用和管理SF6氣體,，保護(hù)好我們賴以生存的環(huán)境及人身安全等問題被提到了重要的議事日程上來。
2,、SF6氣體的性質(zhì)
2.1 SF6氣體的物理性質(zhì)
純凈的SF6氣體是一種無色,、無嗅、基本無毒,、不可燃的鹵素化合物,。其相對(duì)密度在氣態(tài)時(shí)為6.16g/cm3（20℃,0.1MPa時(shí)），在液態(tài)時(shí)為1400g/cm3（20℃時(shí)）,；在相同狀態(tài)下約是空氣相對(duì)密度的5倍,。為便于運(yùn)輸和貯存，SF6氣體通常以液態(tài)形式存在于鋼瓶中,。
2.2 SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)
SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定,，在空氣中不燃燒，不助燃,，與水,、強(qiáng)堿、氨、鹽酸,、硫酸等不反應(yīng),；在低于150℃時(shí)，SF6氣體呈化學(xué)惰性,，極少熔于水,，微熔于醇。對(duì)電器設(shè)備中常用的金屬及其它有機(jī)材料不發(fā)生化學(xué)作用,。然而,，在大功率電弧、火花放電和電暈放電作用下,，SF6氣體能分解和游離出多種產(chǎn)物,，主要是SF4和SF2，以及少量的S2,、F2,、S、F等,。
3 SF6氣體的毒性來源
從有關(guān)部門的試驗(yàn)及研究結(jié)果可知,，SF6氣體的毒性主要來自5個(gè)方面。
（1）SF6產(chǎn)品不純,，出廠時(shí)含高毒性的低氟化硫,、氟化氫等有毒的氣體。大家知道,，目前化工行業(yè)制造SF6氣體的方法主要是采用單質(zhì)硫磺與過量氣態(tài)氟直接化合反應(yīng)而成,；即S+3F2→SF6+Q（放出熱量）。在合成的粗品中含有多種雜質(zhì),，其雜質(zhì)的組成和含量因原材料的純度,、生產(chǎn)設(shè)備的材質(zhì)、工藝條件等因素的影響而有很大差異,，雜質(zhì)總含量可達(dá)5%,。其組成有硫氟化合物，如：S2F2,、SF2,、SF4、S2F1O等,；硫氟氧化合物如SOF2,、SO2F2、SOF4,、S2F10O等以及原料中帶入的雜質(zhì)如HF,、OF2,、CF4、N2,、O2等,。為了凈化粗品中的雜質(zhì)，合成后的SF6氣體還需要經(jīng)過水洗,、堿洗,、熱解（去除劇毒的十氟化物）、干燥,、吸附,、冷凍、蒸餾提純等一系列凈化處理過程才能得到純度在99.8%以上的產(chǎn)品,。然后再用壓縮機(jī)加壓，充入降溫至-80℃左右的鋼瓶中,，以液態(tài)形式存在,。在使用時(shí)減壓放出，呈氣態(tài)沖入電氣設(shè)備中,。
除在上面的合成過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)外,，另外，在氣體的充裝過程中還可能混入少量的空氣,、水分,、和礦物油等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)均帶有或會(huì)產(chǎn)生一定的毒性物質(zhì),。因此,，為保證SF6產(chǎn)品的純度和質(zhì)量，對(duì)出廠的SF6產(chǎn)品電工委員會(huì)（IEC）及許多國家均制定了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),，并要求生產(chǎn)廠家在供貨時(shí)提供生物試驗(yàn)無毒證明書,。
（2）電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體在高溫電弧發(fā)生作用時(shí)而產(chǎn)生的某些有毒產(chǎn)物。
例如：SF6氣體在電弧中的分解和與氧的反應(yīng)：
2SF6 + O2 →2SOF2 + 8F（氟化亞硫酰）
2SF6 + O2 →2SOF4 + 4F（四氟化硫酰）
SF6 →SF4 + 2F（四氟化硫酰）
SF6 →S + 6F（硫）
2SOF4 + O2 →2SO2F2 + 4F（氟化硫酰）
（3）電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體分解物與其內(nèi)的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成某些有毒產(chǎn)物,。
例如：SF6氣體分解物與水的繼發(fā)性反應(yīng)：
SF4 + H2O →SOF2 + 2HF（氫氟酸）
SOF4 + H2O →SO2F2 + 2HF（氫氟酸）
SOF2 + H2O → SO2 + 2HF（二氧化硫）
SO2F2 + 2H2O → H2SO4 + 2HF（硫酸）
（4）電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體及分解物與電極（Cu－W合金）及金屬材料（AL,、Cu）反應(yīng)而生成某些有毒產(chǎn)物。
例如：SF6氣體及分解物與電極或其它材料反應(yīng)：
3SF6 + W → WF6（氣態(tài)）+ 3SF4
3F + AL →ALF3（固態(tài)粉末）
3SOF2 + AL2O3 →2ALF3（固態(tài)粉末）+ 3SO2
SF6 + Cu →CuF2（固態(tài)粉末） + SF6
4SF6 + W + Cu →2S2F2（氣態(tài)）+3WF6（氣態(tài)）+ CuF2（固態(tài)粉末）
（5）電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體及分解物與絕緣材料反應(yīng)而生成某些有毒產(chǎn)物,。如與含有硅成分的環(huán)氧酚醛玻璃絲布板（棒,、管）等絕緣件；或以石英砂,、玻璃作填料的環(huán)氧樹脂澆注件,、模壓件以及瓷瓶、硅橡膠,、硅脂等起化學(xué)作用,，生成SiF4、Si（CH3）2F2等產(chǎn)物。
4 SF6氣體的危害
長期以來,，由于對(duì)SF6氣體的使用,、管理不善、而導(dǎo)致許多有毒的,、具有腐蝕性的氣體
和固體分解物被排放到大氣中,，不但給我們賴以生存的環(huán)境造成了難以挽救的污染和破壞，同時(shí)還危及電器設(shè)備的正常運(yùn)行和人們的身體健康,。SF6氣體的電弧分解物及反應(yīng)生成物的特性見下表：
SF6氣體的電弧分解物及反應(yīng)生成物的特性：
序號(hào) 化學(xué)成分 特性
8 WF6 有刺激性,。
1 S2F2 兩只老鼠在10×1000μg/g的濃度中，15min內(nèi)均死亡,，有刺激性,。
2 SF4 在19μg/g的濃度中，4h內(nèi)動(dòng)物的死亡率為50%,；在10μg/g的濃度中停留1h,，
動(dòng)物會(huì)出現(xiàn)呼吸困難的征兆。
3 S2F10 老鼠在0.1μg/g的濃度中停留1h未發(fā)現(xiàn)有中毒癥狀,；在1μg/g的濃度中刺
激肺部,；在10μg/g的濃度中肺部發(fā)生腐爛。
4 SOF2 有刺激性,。
5 SO2 有刺激性,。
6 HF 有刺激性。
7 SiF4 有刺激性,，從食物中攝取后對(duì)呼吸有危險(xiǎn),。
4.1對(duì)人及動(dòng)物的危害
從醫(yī)學(xué)的角度來講，各種分解物氣體及生成物對(duì)人體的影響程度不光取決于其毒性的
大小,，還與吸入到人體內(nèi)量的大小和每個(gè)人的身體素質(zhì)有關(guān),。作為客觀地判斷依據(jù)，日本將每一種動(dòng)物物質(zhì)的允許濃度設(shè)定為五級(jí),。即：A——zui低致命濃度,；B——半致命濃度（50%為死亡濃度）；C——短時(shí)間停留極限,，通常為15min,；D——出現(xiàn)毒性反應(yīng)的zui低濃度；E——為每天8h,，一周40h的正常勞動(dòng)時(shí)間,，大多數(shù)人在此濃度下工作，均不會(huì)對(duì)健康有不良影響,。
早在1979年,，上海*醫(yī)學(xué)院和上海市化工局職業(yè)病防治研究所就對(duì)長期從事或接觸SF6氣體的人群進(jìn)行了調(diào)查及動(dòng)物試驗(yàn),。
在對(duì)生產(chǎn)和使用SF6氣體的兩家企業(yè)的工人進(jìn)行職業(yè)流行病學(xué)調(diào)查中，對(duì)年齡,、性別,、勞動(dòng)強(qiáng)度、專業(yè)工齡,、是否吸煙等相近的工人,，進(jìn)行分組對(duì)照、比較,，對(duì)工人們的健康情況未發(fā)現(xiàn)有明顯的損害,。但從統(tǒng)計(jì)的癥狀發(fā)生率來看，表現(xiàn)出乏力,、記憶力差,、咽痛、胸悶的人數(shù)較多,。
在對(duì)動(dòng)物（雌性大,、小鼠）進(jìn)行分組急性靜式染毒試驗(yàn)、亞急性靜式染毒試驗(yàn)中,，分別將白鼠放在不同濃度的SF6新氣體或（與電弧接觸過的）開斷氣的氣體分組箱里。其結(jié)果是急性靜式染毒試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)異常,，而亞急性靜式染毒試驗(yàn)則發(fā)現(xiàn)一只大鼠的肺毛細(xì)血管在電子顯微鏡下有輕度亞微結(jié)構(gòu)改變,。是否就是由SF6氣體引起的，因試驗(yàn)的動(dòng)物數(shù)量有限,，還難以定論,。
4.2對(duì)環(huán)境的危害
近百年來，地球氣候正經(jīng)歷一次以變暖為主要特征的顯著變化,。這種性的氣候變暖是由自然的氣候波動(dòng)和人類活動(dòng)所增強(qiáng)的溫室效應(yīng)共同引起的,。減少溫室氣體排放、減緩氣候變化是《聯(lián)合國氣候變化公約》和《京都議定書》的主要目標(biāo),，而我國在減少溫室氣體排放方面所面臨的壓力越來越大,。
溫室效應(yīng)是指大氣中的二氧化碳等氣體能透過太陽短波輻射，使地球表面升溫,。同時(shí)阻擋地球表面向宇宙空間發(fā)射長波輻射,，從而使大氣增溫。由于二氧化碳等氣體的這一作用與“溫室”的作用類似,，故稱之為“溫室效應(yīng)”,，二氧化碳等氣體被稱為“溫室氣體”。目前,，發(fā)現(xiàn)人類活動(dòng)排放的溫室氣體有六種,，它們是二氧化碳,、甲烷、氧化亞氮,、氫氟碳合物,、全氟化碳、六氟化硫,，這當(dāng)中氟化物就有三種,。其中CO2對(duì)溫室效應(yīng)影響zui大，占60%,，而SF6氣體的影響僅占0.1%,，但SF6氣體分子對(duì)溫室效應(yīng)具有潛在的危害，這是因?yàn)镾F6氣體一個(gè)分子對(duì)溫室效應(yīng)的影響為CO2分子的25000倍,，同時(shí),，排放在大氣中的SF6氣體壽命特長，約3400年?，F(xiàn)今,，每年排放到大氣中的CO2氣體約210億，而每年排放到大氣中的SF6氣體相當(dāng)于1.25億t CO2氣體,。
現(xiàn)在每年生產(chǎn)的大約8500t SF6氣體中,，約有一半以上用于電力工業(yè)。而在電力工業(yè)中,，高壓開關(guān)設(shè)備約占用氣量的80%以上,。其中中壓開關(guān)的用氣量約占1/10；主要是用在126～252kV的高壓,、330～800kV的超高壓領(lǐng)域,，特別是126kV～252kV～550kV的斷路器（GCB）、SF6封閉組合電器（GIS）,、充氣柜（C-GIS）,、SF6氣體絕緣管道母線（GIL）中。因此,，合理,、正確的使用管理SF6氣體，減少排放量已到了非整治不可的地步,。
5 SF6氣體的使用現(xiàn)狀及存在的問題
5.1環(huán)境保護(hù)意識(shí)淡薄
目前,，尚有相當(dāng)一部分人缺乏環(huán)境保護(hù)知識(shí)，對(duì)SF6氣體的理化性能了解不夠,，對(duì)其給環(huán)境所造成的危害認(rèn)識(shí)不深,，環(huán)境保護(hù)意識(shí)淡薄。在生產(chǎn),、使用SF6氣體的環(huán)節(jié)中由于使用,、管理不當(dāng)所造成的泄露及人為的排放相當(dāng)嚴(yán)重,。
5.2回收再利用或回收處理的不好
從國內(nèi)的SF6氣體回收裝置的生產(chǎn)及需求數(shù)量上來看，每年約70臺(tái)左右,。而銷售量zui大的還是簡易的抽真空,、充氣裝置。究其原因,，一是由于SF6氣體回收裝置的價(jià)格昂貴,，每臺(tái)在15～30萬元人民幣之間，而國外進(jìn)口的價(jià)格更高,，使其普及受到限制,；二是除電器制造行業(yè)外，該裝置的利用率很低,，一般只在設(shè)備安裝或檢修時(shí)使用,，閑置時(shí)間長。作為SF6氣體使用量很大的高壓電器制造行業(yè)的電力部門,，其SF6氣體回收裝置的使用和管理并不理想,；尤其一些中、小企業(yè)根本沒有配備SF6氣體回收裝置,。在電力行業(yè),，35kV以下變電站幾乎沒有S6氣體回收裝置，有的地區(qū)是幾個(gè)變電站共用一臺(tái),。
SF6氣體的回收處理更差,，廢氣幾乎都是一放了之或經(jīng)過簡單的過濾吸附而排放到大氣中。因?yàn)?，目前國?nèi)還沒有一家生產(chǎn)的SF6氣體回收裝置可對(duì)SF6氣體進(jìn)行再生處理。SF6氣體回收裝置的功能均是對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行抽真空,，將設(shè)備內(nèi)的SF6氣體回收至氣腔壓力為負(fù)133Pa,，同時(shí)將廢氣壓縮到儲(chǔ)氣罐中，儲(chǔ)氣罐的容量zui大為500kg,。而這些回收的“廢氣”一般用于電器設(shè)備中零部件檢漏,，很少有送回生產(chǎn)廠家對(duì)其進(jìn)行再生處理的。
5.3管理制度不到位
對(duì)SF6氣體的使用,、管理沒有建立完整的規(guī)章制度,。SF6產(chǎn)品的裝配廠房、檢修間及檢修現(xiàn)場等工作場 所均沒有健全的通風(fēng)設(shè)施和監(jiān)控設(shè)備,。對(duì)長期接觸或短期接觸SF6氣體的人員在勞動(dòng)保護(hù)方面欠考慮且沒納入安全生產(chǎn)的管理程序,。
6 預(yù)防措施
由于SF6氣體分解產(chǎn)生的這些有毒的氣體和粉末對(duì)人及動(dòng)物上呼吸道有強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用；并對(duì)環(huán)境造成污染和破壞,，產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”,。因此,，為盡量減少危害，將其所帶來的不利影響降到zui小程度,。我們可采取以下行之有效的措施加以控制和防范,。
6.1規(guī)定空氣中SF6氣體及其毒性分解物的允許含量
對(duì)空氣中SF6氣體及其毒性分解產(chǎn)物的允許含量各國均作了相應(yīng)規(guī)定，其中美國的標(biāo)準(zhǔn)要求見下表,。
根據(jù)動(dòng)物性試驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果,，并參照美國政府工業(yè)衛(wèi)生醫(yī)師會(huì)議（ACGIH）的建議，生產(chǎn)車間空氣中SF6的濃度閾限值為600mg/m3,；短期接觸閾限值為750 mg/m3,；前蘇聯(lián)批準(zhǔn)的生產(chǎn)車間空氣中SF6的zui高濃度為5000 mg/m3，因此,，建議國內(nèi)生產(chǎn),、使用SF6氣體的車間空氣中SF6的zui高濃度不超過6000 mg/m3。