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為什么氫氣相關的行業要用防爆工具,防爆工具是什么?

2019-12-05

氫氣(H2)是無色、無臭、無味、無毒的氣體,在標準狀態下每升只有0.089克,僅為空氣的1/14.5,是很輕的氣體。

它的粘度小,導熱系數高,化學活性、滲透性和擴散性強(擴散系數為0.63厘米2/秒,約為甲烷的3倍),因而在氫氣的生產、貯送和使用過程中都易出現泄漏。氫氣還是一種強的還原劑,可同許多物質進行不同程度的化學反應,生成各種類型的氫化物。氫氣有著非常廣泛的用途。

氫的著火、燃燒、爆炸性能,是它的主要特性。氫是屬Ⅱ類C級的爆炸性氣體,在空氣中的引燃溫度是560℃,空氣中氫氣濃度達4.0~75.6%時,遇有點火源就會發生猛烈爆炸。氫氣的引燃溫度雖不是低的。但由于它的點火能量僅需0.019毫焦耳,比烷烴要低一個數量級以上,所以很容易著火爆炸。金屬撞擊或摩擦所產生的火花比氫所需的點火能量大幾倍。因此在氫的生產,貯送和使用中應.采取措施,盡量避免任何點火源的存在和產生。

由于氫氣具有很強的滲透性,所以當鋼暴露于一定溫度和壓力的氫氣中時,溶解于鋼的晶格中的原子氫在緩緩的變形中引起脆化作用。它在鋼的微觀孔隙中與碳反應生成甲烷,隨著甲烷生成量的增加,使孔隙擴張成裂紋,加速了碳在微觀組織中的遷移,降低了鋼的機械性能,甚至引起材質的損壞。通常在高溫、高壓或液氮溫度下,容易引起氫脆或氫腐蝕。因此,在有氫氣的環境中工作的設備和管道因腐蝕、裂縫而造成氫氣的泄漏。氫氣的滲透性,還表現在若用橡膠袋盛裝氫氣,則氫氣可以穿過橡膠袋而漏出。所以利用橡膠墊作密封件的容器,也很容易產生氫氣的泄漏。

氫氣廣泛應用于化學、冶金、電子等工業部門。隨著液氫生產的發展,也逐步地應用于宇航,火箭事業上。近年來,在新能源的開發中,一些國家已開始重視氫能的應用。

氫在石油化學工業生產中應用廣泛。不同組分的含氫氣體可作為合成氨、甲醇、石油煉制生產的原料氣、加氫氣體等。在尼龍,塑料、農藥工業中,都需加有一定純度的氫氣。在化工典型工藝中,利用鐵粉、鋅粉等金屬和酸、堿作用產生初生態氫,使某些物質分子起還原反應,多用于染料、醫藥工業制備中間原料,有機合成工業和油脂化學工業制備化工原料或產品大都用雷內鎳、鈀炭等為催化劑使氫活化,然后加入有機物質。例如,苯在催化作用下經加氫生成環已烷,植物油在鎳觸煤作用下經加氫生成硬化油。石油化工生產中,還廣泛應用加氫催化、加氫裂化、加氫脫硫等工藝。

由于氫和氧混合燃燒,火焰溫度可達2000℃以上,因此工業上氫還可用作焊接熱源,廣泛應用于水下火焰切割,以及某些有色金屬的焊接和氫原子焊等。

制取氫氣的方法很多,目前工業上的制氫主要是礦物燃料轉化制氫和水電解制氫。其中礦物燃料轉化制氧主要是通過對天燃氣、焦爐氣,石油煉氣廠等氣體烴中含有的甲烷進行轉化制取氫氣或者通過對原油及其在精煉過程中所得到的輕油和重油用蒸氣轉化法。部分氧化法制得含氫氣體,煤氣經過一氧化碳變換和氣體精制后也可得到氫氣。此外經過焦爐氣及其它含氫氣體的深冷分離法也可制取氫氣。氫氣在市場上一般裝瓶供應用戶使用。使用氫氣較多和有一定條件的企業常自己配置氫氣站或氫氧站。

氫氣生產廠,氫氣站和氫氧站的氫氣轉化生成間或電解間、氫氣加壓站、充瓶及空、實瓶間;凈化間,分析間及氫氣貯氣柜閘門室,氫氣瓶維修聞等處一般均為易燃易爆危險區域。特別是氫氣壓縮機、充瓶,貯氣柜閘門室等因氫氣壓力較高和管道連接處較多,氫氣泄漏可能性較大,危險性增加。此外,轉化制取氫氣的原料也大多為可燃氣體或可燃性蒸氣,也存在著爆炸的危險性。又由于氫氣具有很強的滲透性和擴散性而極易造成泄漏,所以氫氣生產廠(站)尤其應注意杜絕產生點火源i而采用防爆工具進行生產操作和設備維修是避免產生沖:(撞)擊火花,摩擦火花的重要措施。氫氣生產廠(站)常用的防爆工具品種有:防爆活扳手,防爆呆扳手、防爆管子鉗、防爆螺絲刀,各種防爆錘和防爆鏨子等。對氫氣瓶也應使用防爆氣瓶板手進行氣瓶閥門的開啟和關閉。

在氫氣的使用場所和氫氣的貯送中也應十分注意防火防爆問題,要杜絕任何點火源的存在和產生,消除造成其燃燒和爆炸的條件。氫氣的使用,許多都是在加溫和加壓情況下進行的,而氫氣的點火能量和塔炸極限又隨著溫度和壓力的不同而變化。一般情況下,壓力增加,溫度升高,則爆炸極限范圍變寬,這就很有可能發生爆炸和火災。加上氫氣具有很強的滲透性和擴散性,又很容易造成泄漏及設備腐蝕和損壞。因此,凡是使用氫氣的場所,無論是在生產過程中;還是對使用氫氣的設備進行清掃、檢修、也都應十分注意使用防爆工具進行操作,以避免沖(撞)擊和摩擦火花的產生而.引起爆炸事故6,此外,在有液氫存在的場合,如:火箭發射基地通過槽車向火箭灌裝液氫時,也需注意使用防爆工具。

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除了上述氫氣的生產、貯送,使用場所需注意使用防爆工具以外,在許多化學物質的生產、貯存,使用中都需注意氫氣的產生和存在。如:某化工廠三名工人幫助另外一化工廠處理存放多年的金屬鉀。處理時用鐵桿在桶上打孔,在處理后兩桶時,因桶內產生的氫氣漏出,被打孔時產生的火花引燃立即發生爆炸燃燒,其中一人被嚴重燒傷,燒傷面積達90%,搶救無效死亡。在化肥生產廠的合成塔,脫氣塔也都有氫氣的產生或存在。如某化學工業公司化肥廠合成車間,車間大修時,脫氣塔管道放水后,空氣進入管內與洗滌水逸出的氫氣形成混合氣體,一名工人在用鐵質工具加盲板時產生火花,將混合氣體引爆,該工人被炸死。另外在一些化工生產過程中,由于一些聚合物不穩定,也可能分解出氫氣。如在高壓下,乙烯聚合就能裂解產生氫氣。因此,在上述這樣一些場所也都需注意使用防爆工具進行操作,以避免爆炸事故的產生。

在氫氣的使用、貯送以及有氫氣在在和產生韻場所,因其情況不同,使用防爆工具的品種也不同,各單位可根據自己的需要選擇適用的防爆工具。防爆工具的生產單位還可根據用戶的需要制做各種專用工具。

在防爆工具的國家標準《銅合金工具防爆性能試驗方法》(GB1086-89)中規定氫氣作為衛類C級的試驗用氣體,以試驗制作防爆工具銅合金的防爆性能。氫氣場合應注意選擇適于Ⅱ類C級爆炸性氣體環境使用的防爆工具。

防爆工具的材質是銅合金,由于銅的良好導熱性能及幾乎不含碳的特質,使工具和物體摩擦或撞擊時,短時間內產生的熱量被吸收及傳導,另一原因由于銅本身相對較軟,摩擦和撞擊時有很好的退讓性,不易產生微小金屬顆粒,于是我們幾乎看不到火花,因此防爆工具又稱為無火花工具。

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