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隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和市場對標(biāo)準(zhǔn)氣體日益增長的需要，標(biāo)準(zhǔn)氣體的種類越來越多，復(fù)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(jī)械制造、電子、煤炭、電力、環(huán)保等領(lǐng)域（工藝氣體或標(biāo)準(zhǔn)氣體）。近年來，在標(biāo)準(zhǔn)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(shí)也造成了巨大的財(cái)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(jì)充裝工藝，制定嚴(yán)格的操作程序，清楚地標(biāo)識氣瓶的危害性，才能確保制備和使用標(biāo)準(zhǔn)氣體過程中的安全。

一、充裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　不相容的氣體不能在一個(gè)充裝系統(tǒng)上充裝。要設(shè)計(jì)兩套獨(dú)立的充裝系統(tǒng)，將不相容的氣體分開。如果在一個(gè)匯流排上同時(shí)連接不相容的氣體，當(dāng)閥門泄漏時(shí)，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(shí)，操作者錯誤的操作也可能導(dǎo)致不堪設(shè)想的危險(xiǎn)，酸性氣體不能和堿性氣體同時(shí)接入一個(gè)系統(tǒng)中。

二、氣體的不相容性
1、氧化性氣體和可燃?xì)怏w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?xì)怏w包括：氫氣（H₂）、甲烷（CH₄）、其他碳?xì)浠�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(dǎo)致如下危險(xiǎn)：
1、腐蝕
　　1）濕氣腐蝕
　　例如HCL、CL₂在有水存在時(shí)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(yàn)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(shí)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(shí)，極易腐蝕碳鋼瓶。因此在制備含有CO和CO₂的標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)，氣瓶要進(jìn)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(xiǎn)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(jī)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(jī)鹵化物，遇水爆炸。如果氣瓶中含有水分，配制后的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)氣體配制時(shí)這一點(diǎn)容易被忽視。其中包括如何計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)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?xì)怏w，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(shí)接入一個(gè)系統(tǒng)中，由于閥門漏氣產(chǎn)生倒灌；或者是濃度計(jì)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�？諝庵锌扇夹詺怏w的制備經(jīng)常發(fā)生，因此制定嚴(yán)格的操作程序是非常重要的。

五、標(biāo)準(zhǔn)氣體潛在的危險(xiǎn)分析
1、標(biāo)識不清或沒有警示標(biāo)識
　　1）標(biāo)準(zhǔn)氣體的氣瓶應(yīng)該和純氣一樣貼警示標(biāo)簽。關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)氣體可燃性或氧化性的計(jì)算目前國內(nèi)尚無標(biāo)準(zhǔn)遵循。ISO 10156為如何計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)氣體的可燃性和氧化性提供了可以遵循的方法。
　　2）標(biāo)準(zhǔn)氣體應(yīng)和純氣一樣有成分和濃度標(biāo)簽。
　　3）不應(yīng)留有和氣體或濃度不符的標(biāo)簽，殘留的上次充裝的標(biāo)簽要清理干凈。
2、標(biāo)準(zhǔn)氣體的閥門出口螺紋應(yīng)遵循的規(guī)則
標(biāo)準(zhǔn)氣體的閥門出口螺紋應(yīng)遵循：可燃標(biāo)準(zhǔn)氣體-左旋，不燃標(biāo)準(zhǔn)氣體-右旋；目前市場上大多數(shù)生產(chǎn)廠提供的標(biāo)準(zhǔn)氣體閥門出口螺紋沒有什么區(qū)別，全部采用右旋；標(biāo)準(zhǔn)氣體應(yīng)和純氣一樣，可燃標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)氣體，應(yīng)經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算控制充裝壓力和進(jìn)樣順序，制定嚴(yán)格的操作程序，操作者應(yīng)該接受培訓(xùn)，培訓(xùn)合格后才可充裝此類氣體。

六、液態(tài)混合物的潛在危險(xiǎn)
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(rèn)氣瓶中無余量；
3、電子秤要校準(zhǔn)；
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(biāo)準(zhǔn)氣體品種繁多，成分復(fù)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(bào)警器是實(shí)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(biāo)準(zhǔn)氣體制備過程中，必須對制備的標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)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(cái)產(chǎn)損失，這樣才能創(chuàng)造和諧的社會環(huán)境。

標(biāo)準(zhǔn)氣體的制備與應(yīng)用

一、標(biāo)準(zhǔn)氣體的概念理解
1、定義：標(biāo)準(zhǔn)氣體是帶有證書的具有計(jì)量溯源性的一種或多種準(zhǔn)確特性量值，用于校準(zhǔn)儀器， 評價(jià)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(shí)間間隔和環(huán)境條件下， 標(biāo)準(zhǔn)氣體的特性量值保持在規(guī)定的范圍內(nèi)的特性、標(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確性：是指標(biāo)準(zhǔn)氣體具有準(zhǔn)確計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)值。其量值可以溯源。

二、標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)氣體， 均需通過下列過程實(shí)現(xiàn)。充裝----滾動混勻----分析檢測----給出量值(檢驗(yàn)報(bào)告或標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書)。通過壓力法/體積法或稱量法實(shí)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(shí)現(xiàn)的。如何使標(biāo)準(zhǔn)氣體量值準(zhǔn)確和有效， 是所有標(biāo)準(zhǔn)氣體制造商和研究機(jī)構(gòu)面臨的任務(wù)。

三、影響標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)氣體是否和氣瓶材料或閥門材料相容， 直接影響到標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)氣體的氣瓶， 內(nèi)表面需進(jìn)行常規(guī)處理和特殊處理， 以保證標(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行適當(dāng)?shù)臍馄刻幚硗猓?原材料的純度是另一個(gè)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(zhǔn)確定量就直接影響到組分的量值、如制備氮?dú)鉃楸尘皻獾?ppm二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)氣體， 除了要知道組分氣的純度外，還要知道高純氮?dú)庵蠧O2的含量。這樣才能給出CO2的準(zhǔn)確量值。
4、氣體組分的相容性 如果配制氮?dú)庵蠳O/N2 標(biāo)準(zhǔn)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(jī)酸等不能和堿性氣體如NH3及有機(jī)胺充入一個(gè)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(gè)氣瓶中。如：H2S和SO2， H2S和NO2， H2和CL2等。
3） 可燃或自燃?xì)怏w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?xì)怏w和氧化性氣體充入同一個(gè)氣瓶中， 會有爆炸的危險(xiǎn)。碳?xì)浠�合物和氫氣作為可燃�(xì)怏w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?xì)怏w， 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(dāng)制備可燃?xì)怏w和氧化性氣體混和氣時(shí)， 要經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算包括制備濃度和制備壓力；不僅如此， 還要制定嚴(yán)格的制備工藝包括進(jìn)樣順序，制備過程中混勻、分析等。

四、標(biāo)準(zhǔn)氣體的檢測
　　標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(rèn)同，分離柱已從填充柱發(fā)展到毛細(xì)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)氣體的應(yīng)用
　　如何更好的使用標(biāo)準(zhǔn)氣體， 是標(biāo)準(zhǔn)氣體制造商關(guān)心的問題。通常在制備某些微量腐蝕性標(biāo)準(zhǔn)氣體或微量氧，氮標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)，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(dāng)，造成一些錯誤的結(jié)果、使用標(biāo)準(zhǔn)氣體應(yīng)該做到如下幾點(diǎn)：
1、選擇減壓器和輸氣管路時(shí)，一定要注意材料和氣體的相容性， 如在做微量氧，氮標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)， 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(shí)，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(biāo)準(zhǔn)氣體取樣完成后， 要關(guān)畢氣瓶閥， 避免空氣反擴(kuò)散到氣瓶中；（
5、注意標(biāo)準(zhǔn)氣體的有效期和最低允許使用壓力。