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SF6气体的风险和防备
揭晓工夫:2009-11-6  信息滥觞:本公司   浏览次数:9516
六氟化硫气体的风险和防备
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      六氟化硫(SF6)气体是今朝发明的六种温室气体之一。在高压电器制造行业利用着大量的SF6气体,因为利用、管理不妥或没有按准确的办法对其停止收受接管、再生处置,招致SF6气体及在高温电弧感化下发生的有毒合成物排放到大气中,给人类赖以生存的情况带来净化和毁坏,同时给电器设备的一般运转和人们 身体健康带来倒霉影响。
       1、概述
       自1900年法国化学家摩森(H.Moissan)和李博(P.Lebeau)在实验室中将硫在氟气中熄灭以制备六氟化硫(SF6)气体以来,人们已从中收益非浅。因纯SF6气体的化学稳定性,晚期用于停止野生气胸医治肺结核浮泛;同时因其优良的绝缘和灭弧机能也倍受人们的存眷。从1940年作为绝缘介质开端,迄今已被普遍地使用在电力设备中,如高压断路器、变压器、互感器、电容器、避雷器、接触器、熔断器、管道母排等。跟着SF6气体利用量的增长,范畴的扩大,准确的利用和管理SF6气体,庇护好我们赖以生存的情况及人身安全等成绩被提到了主要的议事日程上来。
       2、SF6气体的性子
       2.1 SF6气体的物理性质
       纯洁的SF6气体是一种无色、无嗅、根本无毒、不可燃的卤素化合物。其相对密度在气态时为6.16g/l(20℃,0.1MPa时),在液态时为1400g/l(20℃时);在不异形态下约是氛围相对密度的5倍。为便于运输和储存,SF6气体凡是以液态情势存在于钢瓶中。
       2.2 SF6气体的化学性质
       SF6气体的化学性质十分不变,在氛围中不熄灭,不助燃,与水、强碱、氨、盐酸、硫酸等不反响;在低于150℃时,SF6气体呈化学惰性,极少熔于水,微熔于醇。对电器设备中常用的金属及其它有机质料不发生化学感化。但是,在大功率电弧、火花放电和电晕放电感化下,SF6气体能合成和游离出多种产品,次要是SF
4和SF2,以及大批的S2、F2、S、F等。
       3 SF6气体的毒性滥觞
       从有关部门的实验及研讨成果可知,SF6气体的毒性次要来自5个方面。
       (1)SF6产物不纯,出厂时含高毒性的低氟化硫、氟化氢等有毒气体。各人知道,今朝化工行业制造SF6气体的办法次要是接纳单质硫磺与过量气态氟间接化合反响而成;即S+3F
2→SF6+Q(放出热量)。在分解的粗品中含有多种杂质,其杂质的构成和含量因原材料的纯度、消费装备的材质、工艺条件等身分的影响而有很大差别,杂质总含量可达5%。其构成有硫氟化合物,如:S2F2、SF2、SF4、S2F1O等;硫氟氧化合物如SF2、SO2F2、SOF4、S2F10O等以及质料中带入的杂质如HF、OF2、CF4、N2、O2等。为了净化粗品中的杂质,分解后的SF6气体还需求颠末水洗、碱洗、热解(去除剧毒的十氟化物)、枯燥、吸附、冷冻、蒸馏提纯等一系列净化处置历程才气获得纯度在99.8%以上的产物。然后再用压缩机加压,充入降温至-80℃阁下的钢瓶中,以液态情势存在。在利用时减压放出,呈气态突入电气设备中。
       除在上面的分解历程中发生的杂质外,另外,在气体的充装历程中还能够混入大批的氛围、水份、和矿物油等杂质,这些杂质均带有或会发生必然的毒性物资。因而,为包管SF6产物的纯度和质量,对出厂的SF6产物国际电工委员会(IEC)及很多国度均订定了质量标准,并要求生产厂家在供货时供给生物实验无毒证明书。
       (2)电器设备内的SF6气体在高温电弧发作感化时而发生的某些有毒产品。
       比方:SF6气体在电弧中的合成和与氧的反响:
       2SF6 + O
2 →2SOF2 + 8F(氟化亚硫酰)
       2SF6 + O
2 →2SOF4 + 4F(四氟化硫酰)
       SF6 →SF
4 + 2F(四氟化硫酰)
       SF6 →S + 6F(硫)
       2SOF
4 + O2 →2SO2F2 + 4F(氟化硫酰)
       (3)电器设备内的SF6气体合成物与其内的水份发作化学反应而天生某些有毒产品。
       比方:SF6气体合成物与水的继发性反响:
       SF
4 + H2O →SOF2 + 2HF(氢氟酸)
       SOF
4 + H2O →SO2F2 + 2HF(氢氟酸)
       SOF
2 + H2O → SO2 + 2HF(二氧化硫)
       SO
2F2 + 2H2O → H2SO4 + 2HF(硫酸)
       (4)电器设备内的SF6气体及合成物与电极(Cu-W合金)及金属材料(AL、Cu)反响而天生某些有毒产品。
       比方:SF6气体及合成物与电极或其它质料反响:
       3SF6 + W → WF
6(气态)+ 3SF4
       3F + AL →ALF
3(固态粉末)
       3SOF
2 + AL2O3 →2ALF3(固态粉末)+ 3SO2
       SF6 + Cu →CuF
2(固态粉末) + SF6
       4SF6 + W + Cu →2S
2F2(气态)+3WF6(气态)+ CuF2(固态粉末)
       (5)电器设备内的SF6气体及合成物与绝缘材料反响而天生某些有毒产品。如与含有硅身分的环氧酚醛玻璃丝布板(棒、管)等绝缘件;或以石英砂、玻璃作填料的环氧树脂浇注件、模压件以及瓷瓶、硅橡胶、硅脂等起化学感化,天生SiF
4、Si(CH3)2F2等产品。
       4 SF6气体的风险
       长期以来,因为对SF6气体的利用、管理不善、而招致很多有毒的、具有腐蚀性的气体和固体合成物被排放到大气中,不单给我们赖以生存的情况形成了难以援救的净化和毁坏,同时还危及电器设备的一般运转和人们的身体健康。SF6气体的电弧合成物及反响生成物的心理特性见下表:
       SF6气体的电弧合成物及反响生成物的心理特性
       ____________________________________________________________________________
       序号 化学成分 生理学特性
       ____________________________________________________________________________
       8 WF
6 有刺激性。
       1 S
2F2 两只老鼠在10×1000μg/g的浓度中,15min内均灭亡,有刺激性。
       2 SF
4 在19μg/g的浓度中,4h内植物的死亡率为50%;在10μg/g的浓度中停止1h,植物会呈现呼吸艰难的征象。
       3 S
2F10 老鼠在0.1μg/g的浓度中停止1h未发现有中毒症状;在1μg/g的浓度中刺激肺部;在10μg/g的浓度中肺部发作腐朽。
       4 SOF
2 有刺激性。
       5 SO
2 有刺激性。
       6 HF 有刺激性。
       7 SiF
4 有刺激性,从食品中摄取后对呼吸有伤害。
       _____________________________________________________________________________
       4.1对人及植物的风险
       从医学的角度来说,各类合成物气体及生成物对人体的影响水平不但取决于其毒性的巨细,还与吸入到人体内量的巨细和每个人的身体素质有关。作为客观地判定根据,日本将每一种植物物资的许可浓度设定为五级。即:A——最低致命浓度;B——半致命浓度(50%为灭亡浓度);C——短时间停止极限,凡是为15min;D——呈现毒性反响的最低浓度;E——为天天8h,一周40h的一般劳动工夫,大多数人在此浓度下工作,均不会对安康有不良影响。
       早在1979年,上海第一医学院和上海市化工局职业病防治研究所就对持久处置或打仗SF6气体的人群停止了查询拜访及植物实验。 在对消费和利用SF6气体的两家企业的工人停止职业流行病学查询拜访中,对年齿、性别、劳动强度、专业工龄、能否抽烟等附近的工人,停止分组比较、比力,对工人们的安康状况未发现有较着的损伤。但从统计的症状发生率来看,表现出乏力、记忆力差、咽痛、胸闷的人数较多。
       在对植物(雌性大、小鼠)停止分组急性静式染毒实验、亚急性静式染毒实验中,别离将白鼠放在差别浓度的SF6新气体或(与电弧打仗过的)开气绝的气体分组箱里。其结果是急性静式染毒实验未发明非常,而亚急性静式染毒实验则发明一只大鼠的肺毛细血管在电子显微镜下有轻度亚微结构改动。能否就是由SF6气体惹起的,因实验的植物数目有限,还难以定论。
       4.2对情况的风险
       近百年来,地球天气正阅历一次以全球变暖为主要特征的明显变革。这类全球性的天气变暖是由天然的天气颠簸和人类活动所加强的温室效应配合惹起的。削减温室气体排放、减缓气候变化是《联合国气候变化条约》和《京都议定书》的次要目的,而我国在削减温室气体排放方面所面对的国际压力愈来愈大。
       温室效应是指大气中的二氧化碳等气体能透过太阳短波辐射,使地球表面升温。同时阻挠地球表面向宇宙空间发射长波辐射,从而使大气增温。因为二氧化碳等气体的这一感化与“温室”的感化相似,故称之为“温室效应”,二氧化碳等气体被称为“温室气体”。今朝,发明人类活动排放的温室气体有六种,它们是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳合物、全氟化碳、六氟化硫,这傍边氟化物就有三种。此中CO2对温室效应影响最大,占60%,而SF6气体的影响仅占0.1%,但SF6气体份子对温室效应具有潜伏的风险,这是由于SF6气体一个份子对温室效应的影响为CO2份子的25000倍,同时,排放在大气中的SF6气体期限专长,约3400年。当今,每一年排放到大气中的CO2气体约210亿,而每一年排放到大气中的SF6气体相当于1.25亿t CO
2气体。
       如今全球每一年消费的约莫8500t SF6气体中,约有一半以上用于电力工业。而在电力工业中,高压开关设备约占用宇量的80%以上。此中中压开关的用宇量约占1/10;次要是用在126~252kV的高压、330~800kV的超高压范畴,特别是126kV~252kV~550kV的断路器(GCB)、SF6封锁组合电器(GIS)、充气柜(C-GIS)、SF6气体绝缘管道母线(GIL)中。因而,公道、准确的利用管理SF6气体,削减排放量已到了非整治不成的境界。
       5 SF6气体的利用近况及存在的成绩
       5.1环境保护认识稀薄
今朝,尚有相称一部分人缺少环境保护常识,对SF6气体的理化机能理解不敷,对其给情况所形成的风险熟悉不深,环境保护认识稀薄。在消费、利用SF6气体的环节中因为利用、管理不妥所形成的保守及报酬的排放相称严峻。
       5.2收受接管再利用或收受接管处置的不好
       从海内的SF6气体收受接管安装的消费及需求数目上来看,每一年约70台阁下。而销售量最大的仍是浅易的抽真空、充气安装。究其缘故原由,一是因为SF6气体收受接管安装的价钱高贵,每台在15~30万元人民币之间,而外洋进口的价钱更高,使其提高遭到限定;二是除电器制造行业外,该安装的利用率很低,普通只在装备安装或检验时利用,闲置时间长。作为SF6气体利用量很大的高压电器制造行业的电力部门,其SF6气体收受接管安装的利用和管理其实不幻想;特别一些中、小企业底子没有装备SF6气体收受接管安装。在电力行业,35kV以下变电站几乎没有SF6气体收受接管安装,有的地域是几个变电站共用一台。
       SF6气体的收受接管处置更差,废气险些都是一放了之或颠末简朴的过滤吸附而排放到大气中。由于,目前国内还没有一家消费的SF6气体收受接管安装可对SF6气体停止再生处置。SF6气体收受接管安装的功用均是对电器设备停止抽真空,将装备内的SF6气体收受接管至气腔压力为负133Pa,同时将废气紧缩到储气罐中,储气罐的容量最大为500kg。而这些收受接管的“废气”普通用于电器设备中零部件检漏,很少有送回生产厂家对其停止再生处置的。
       5.3管理制度不到位
       对SF6气体的利用、管理没有成立完好的规章制度。SF6产物的装配厂房、检验间及检验现场等事情场所均没有健全的透风设备和监控装备。对持久打仗或短时间打仗SF6气体的职员在劳动保护方面欠思索且没归入安全生产的管理程序。
       6预防措施
       因为SF6气体合成发生的这些有毒气体和粉末对人及植物上呼吸道有激烈的刺激和腐化感化;并对情况形成净化和毁坏,发生“温室效应”。因而,为只管削减风险,将其所带来的倒霉影响降到最小水平。我们可采纳以下行之有效的步伐加以掌握和防备。
       6.1划定氛围中SF6气体及其毒性合成物的许可含量
       对氛围中SF6气体及其毒性合成产品的许可含量列国均作了响应划定,此中美国的尺度要求见下表。
       按照动物性实验和现场查询拜访的成果,并参照美国政府产业卫生医师集会(ACGIH)的倡议,消费车间氛围中SF6的浓度阈限值为600mg/m3;短时间打仗阈限值为750 mg/m3;前苏联核准的消费车间氛围中SF6的最高浓度为5000 mg/m3,因而,倡议国内生产、利用SF6气体的车间氛围中SF6的最高浓度不超过6000 mg/m3。
       我国在GB/T8905-1996《六氟化硫电气设备中气体管理和查验导则》中等效接纳了IEC480:1974《电气设备中六氟化硫气体导则》和IEC376:1971《新六氟化硫气体的标准和验收》。并明白划定,操纵间氛围中SF6气体浓度极限值为:
氛围中SF6气体的许可浓度不大于1000μL/L(6g/m3)或氛围中氧含量应大于18%;短时间打仗,氛围中SF6气体的许可浓度不大于1250μL/L(7.5g/m3)氛围中SF6气体及其毒性合成产品的许可含量(美国尺度)        ___________________________________________________________
       序号 毒性气体及固体称号 许可含量
       ___________________________________________________________
       1 SF6 1000μg/g
       2 SF
4 0.1μg/g
       3 SOF
4 2.5 mg/m3
       4 SOF
2 2.5 mg/m3
       5 SO
2 2μg/g
       6 SO
2F2 5μg/g
       7 S
2F10 0.025μg/g
       8 S
2F10O 0.5μg/g
       9 SiF
4 2.5 mg/m3
       10 HF 3μg/g
       11 CF
4 2.5 mg/m3
       12 CS
2 10μg/g
       13 ALF
3 2.5 mg/m3
       14 CuF
2 2.5 mg/m3
       15 Si(CH
3)2F2 1 mg/m3
       ___________________________________________________________
       6.2削减和掌握SF6气体中的水份含量
       对充以SF6气体作为绝缘或灭弧的电气设备,为削减和掌握其内部的水份含量,在产物装配前,除要将零部件放在响应的烘干间内停止烘干处置外,同时还要求在其内部装设吸附剂。常用的吸附剂有活性氧化铝和分子筛两种,因为它们的吸附性差别,可将两种吸附剂混淆利用,吸附剂应安排在气流通道或容器的上方,用量为SF6气体总重量的10%阁下。准确的利用吸附剂,不单可吸取SF6气体中的水份及SF6气体合成物,削减SF6气体中的水份含量及合成物的发生与排放。还能提高电器设备的绝缘性能和开断机能。
       因而,我国尺度GB/T8905-1996划定了在20℃时SF6电器设备水份含量的许可值,见下表。 SF6电器设备中水分含量的许可值
       ________________________________________________________________
       隔 室 有电弧合成物的隔室 无电弧合成物的隔室
       _______________________________________________________________
       产物运转许可值 ≤300μL/L 100≤μL/L
       产物交代验收值 ≤150μL/L 500≤μL/L
       _______________________________________________________________
       6.3 增强SF6气体及合成物的收受接管和处置
       以SF6气体作为绝缘和灭弧的电器设备,鄙人列四种状况下必需对其内的SF6气体及合成物停止收受接管或中和处置。
       (1)在新产品开发时,做过绝缘实验和开断实验的试品;
       (2)检验停止过的电器设备;
       (3)处置发作毛病的电器设备;
       (4)裁减、改换掉的电器设备。
       在对SF6气体及合成物停止收受接管或中和处置时,要严厉按以下步调停止:
       ①在翻开装备前,必需先收受接管气体,并抽真空;
       ②对装备内部停止完全透风;
       ③工作人员应带放毒面具和橡皮手套;
       ④将金属氟化物粉尘集合起来,装入塑料袋并深埋。对电器设备内的吸附剂和收受接管安装
       吸附罐中吸附剂,按CB/T8905-1996《六氟化硫电气设备中气体管理和查验导则》的划定“由消费合成气体的装备中改换下来的吸附剂不要再生”由此我们可按以下办法停止处置:
       (a)按20ml/g的比例将吸附剂放入当浓度为IN的氢氧化钠溶液中,搅拌浸泡24h,将吸附剂内部可溶于水和可水解、碱解的SF6气体合成物转移到氢氧化钠溶液中。
       (b)对浸泡过吸附剂的氢氧化钠溶液要用当量浓度为0.1N的硫酸停止中和,在溶液呈中性时,方可排放。
       (c)对排放后盈余吸附剂及固体物资经水洗后可作为一般垃圾处理或深埋掉。
       6.4提高产品设计程度,低落保守率
       在产品设计上接纳新技术、新工艺,提高制造程度,力图将年漏气率由1%降到0.5%以下,次要从以下三点动手。
       (1)应只管不消SF6气体或削减SF6气体的利用量,经由过程改动产品结构,削减充气隔 室或空间,开辟氛围绝缘、固体绝缘的电器设备,如环氧树脂绝缘的(干式)变压器、电压互感器、电流互感气、真空断路器,氛围断路器,负荷开关;将断路器的灭弧室充以SF6气体,绝缘拉杆部门接纳氛围绝缘;将罐式断路器改为瓷柱式等。
       (2)在包管产物电气机能的前提下,只管低落充气压力。如许不单有利于密封,还能够削减漏气点。
       (3)在产物的密封构造及质料高低工夫,接纳新材料、新工艺、削减SF6气体的保守。如电器设备动力输入处的直动密封或动弹密封接纳波纹管构造,靠波纹管的蠕变来供给直动所需的路程或动弹所需的转角。
       6.5接纳其它替代气体或混合气体
       今朝,还未发明一种完整替代纯SF6气体的单一替换气体,从环保方面思索,唯一有可能的替换气体是纯N
2气体;但要使纯N2气体的绝缘强度与纯SF6气体的绝缘强度同等,须将纯N2气体的压力提高到纯SF6气体的3-4倍。因而,从安全角度思索,电器设备的容器刚度、强度及其利用有待提高。
       鉴于利用纯N
2气体的难以操作性,国内外的研究人员将目的转向N2/SF6混合气体,在纯N2气体中混入必然百分比的纯SF6气体后,发明可明显得提高绝缘强度,并靠近于纯SF6气体的绝缘性能。关于利用N2/SF6混合气体来替换SF6气体的研讨许多,固然可削减纯SF6气体的利用量,但其使用范畴遭到限定,如在GCB(断路器)和GIS(封锁组合电器)中利用的绝缘介质,不单要求有绝缘性能,还要求有灭弧机能,而N2/SF6混合气体要想得到与原有装备划一的机能是极端艰难的,要想间接利用是不可能的。如西门子公司为处理高寒地域(-40℃)断路器的利用成绩,将N2/SF6混合气体的压力提高到0.75MPa(表压),同时也对灭弧室停止了修正。在GIL(管道母线)中 因为除毛病时之外,均无电弧发生,且对绝缘气体没有灭弧要求,使接纳N2/SF6混合气体成为可能性,在这方面法国、德国已做了测验考试。但因为N2/SF6混合气体的别离收受接管手艺方面还有一些成绩尚待处理,还难以包管SF6气体不被排入大气中,因而,安全、可靠的进入实践使用阶段还需一个历程。
       7结束语
       因为SF6电气手艺装备的大量利用,不可避免地给人类赖以生存环境带来净化和毁坏,同时也给人们的身体健康带来倒霉影响。因而,早在1992年国际上就开端研讨全球变暖成绩,并在1997年的京都集会(COP3)上肯定了温室气体的减少目的。但迄今为止,还未找到比SF6气体的综合机能更好的零丁气体和混合气体。跟着人们环境保护认识的加强,在此后相称长一段期间,少用和不消SF6气体的电器设备才是高压电器制造行业的发展方向。

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