六氟化硫氣體的注意事項(xiàng)
六氟化硫（SF6）氣體是目前發(fā)現(xiàn)的六種溫室氣體之一。由于*以來，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，不僅，給我們賴以生存的環(huán)境造成了難以挽救的污染和破壞，與此同時(shí)，還危及電器設(shè)備的正常運(yùn)行和人們的身體健康。
由于純六氟化硫（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。
純凈的六氟化硫（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。為了便于運(yùn)輸和貯存，SF6氣體通常以液態(tài)形式存在于鋼瓶中。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。
從有關(guān)部門的試驗(yàn)及研究結(jié)果可知，SF6氣體的毒性來源主要有如下5個(gè)方面。
1）六氟化硫（SF6）氣體產(chǎn)品不純，出廠時(shí)含高毒性的低氟化硫、氟化氫等有毒氣體。*，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較大的差別，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。
由于*以來，對(duì)六氟化硫（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，不僅，給我們賴以生存的環(huán)境造成了難以挽救的污染和破壞，與此同時(shí)，還危及電器設(shè)備的正常運(yùn)行和人們的身體健康。
從醫(yī)學(xué)的角度來講，各種分解物氣體及生成物對(duì)人體的影響程度不僅僅取決于其毒性的大小，而且還與吸入到人體內(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。
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(zhǎng)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”。
六氟化硫（SF6）氣體截止目前，發(fā)現(xiàn)人類活動(dòng)排放的溫室氣體有6種，它們分別是二氧化碳、甲烷、*、氫氟碳合物、全氟化碳、六氟化硫，這當(dāng)中氟化物就有3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25K倍，同時(shí)，排放在大氣中的SF6氣體壽命特長(zhǎng)，約3400年。現(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tCO2氣體。
現(xiàn)在每年生產(chǎn)的大約8500tSF6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。
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。
從國內(nèi)的六氟化硫（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(jiǎn)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(zhǎng)。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(jiǎn)單的過濾吸附而排放到大氣中。因?yàn)椋壳皣鴥?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。
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(chǎng)等工作場(chǎng)所均沒有健全的通風(fēng)設(shè)施和監(jiān)控設(shè)備。對(duì)*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。
由于六氟化硫（SF6）氣體分解產(chǎn)生的這些有毒氣體和粉末對(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。
對(duì)充以SF6氣體作為絕緣或滅弧的電氣設(shè)備，為減少和控制其內(nèi)部的水分含量，在產(chǎn)品裝配前，除要將零部件放在相應(yīng)的烘干間內(nèi)進(jìn)行烘干處理外，同時(shí)還要求在其內(nèi)部裝設(shè)吸附劑。常用的吸附劑有活性氧化鋁和分子篩兩種，由于它們的吸附性不同，可將兩種吸附劑混合使用，吸附劑應(yīng)放置在氣流通道或容器的上方，用量為SF6氣體總重量的10%左右。正確的使用吸附劑，不但可吸收SF6氣體中的水分及SF6氣體分解物，減少SF6氣體中的水分含量及分解物的產(chǎn)生與排放。還能提高電器設(shè)備的絕緣性能和開斷性能。
目前，還未發(fā)現(xiàn)一種*代替純SF6氣體的單一替代氣體，從環(huán)保方面考慮，*有可能的替代氣體是純N2氣體；但要使純N2氣體的絕緣強(qiáng)度與純SF6氣體的絕緣強(qiáng)度等同，須將純N2氣體的壓力提高到純SF6氣體的3-4倍。因此，從安全角度考慮，電器設(shè)備的容器剛度、強(qiáng)度及其使用有待提高。
鑒于使用純N2氣體的難以操作性，國內(nèi)外的研究人員將目標(biāo)轉(zhuǎn)向N2/SF6混合氣體，在純N2氣體中混入一定百分比的純SF6氣體后，發(fā)現(xiàn)可顯著得提高絕緣強(qiáng)度，并接近于純SF6氣體的絕緣性能。關(guān)于使用N2/SF6混合氣體來替代SF6氣體的研究很多，雖然可減少純SF6氣體的使用量，但其應(yīng)用范圍受到限制，如在GCB（斷路器）和GIS（封閉組合電器）中使用的絕緣介質(zhì)，不但要求有絕緣性能，還要求有滅弧性能，而N2/SF6混合氣體要想獲得與原有設(shè)備同等的性能是極其困難的，要想直接使用是不可能的。如西門子公司為解決高寒地區(qū)（-40℃）斷路器的使用問題，將N2/SF6混合氣體的壓力提高到0.75MPa（表壓），同時(shí)也對(duì)滅弧室進(jìn)行了修改。在GIL（管道母線）中由于除故障時(shí)以外，均無電弧產(chǎn)生，且對(duì)絕緣氣體沒有滅弧要求，使采用N2/SF6混合氣體成為可能性，在這方面法國、德國已做了嘗試。但由于N2/SF6混合氣體的分離回收技術(shù)方面還有一些問題尚待解決，還難以保證SF6氣體不被排入大氣中，因此，安全、可靠的進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段還需一個(gè)過程。
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