SF6氣體泄漏的危害和預防措施

1、概述
        自1900年法國化學家摩森（H.Moissan）和李博（P.Lebeau）在實驗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氣體的化學穩(wěn)定性，早期用于進行人工氣胸治療肺結(jié)核空洞；同時因其優(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，迄今已被廣泛地應用在電力設備中，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，范圍的擴大，正確的使用和管理SF6氣體，保護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。其相對密度在氣態(tài)時為6.16g/cm3（20℃,0.1MPa時），在液態(tài)時為1400g/cm3（20℃時）；在相同狀態(tài)下約是空氣相對密度的5倍。為便于運輸和貯存，SF6氣體通常以液態(tài)形式存在于鋼瓶中。
2.2  SF6氣體的化學性質(zhì)
        SF6氣體的化學性質(zhì)非常穩(wěn)定，在空氣中不燃燒，不助燃，與水、強堿、氨、鹽酸、硫酸等不反應；在低于150℃時，SF6氣體呈化學惰性，極少熔于水，微熔于醇。對電器設備中常用的金屬及其它有機材料不發(fā)生化學作用。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)部門的試驗及研究結(jié)果可知，SF6氣體的毒性主要來自5個方面。
（1）SF6產(chǎn)品不純，出廠時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。在使用時減壓放出，呈氣態(tài)沖入電氣設備中。
        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，對出廠的SF6產(chǎn)品電工委員會（IEC）及許多國家均制定了質(zhì)量標準，并要求生產(chǎn)廠家在供貨時提供生物試驗無毒證明書。
（2）電器設備內(nèi)的SF6氣體在高溫電弧發(fā)生作用時而產(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：
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）電器設備內(nèi)的SF6氣體分解物與其內(nèi)的水分發(fā)生化學反應而生成某些有毒產(chǎn)物。
例如：SF6氣體分解物與水的繼發(fā)性反應：
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：
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）電器設備內(nèi)的SF6氣體及分解物與絕緣材料反應而生成某些有毒產(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SF6氣體的使用、管理不善、而導致許多有毒的、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，同時還危及電器設備的正常運行和人們的身體健康。SF6氣體的電弧分解物及反應生成物的特性見下表：
SF6氣體的電弧分解物及反應生成物的特性：

序號           化學成分         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)動物的死亡率為50%；在10μg/g的濃度中停留1h，

      動物會出現(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，從食物中攝取后對呼吸有危險。

4.1對人及動物的危害
從醫(yī)學的角度來講，各種分解物氣體及生成物對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)，日本將每一種動物物質(zhì)的允許濃度設定為五級。即：A——zui低致命濃度；B——半致命濃度（50%為死亡濃度）；C——短時間停留極限，通常為15min；D——出現(xiàn)毒性反應的zui低濃度；E——為每天8h，一周40h的正常勞動時間，大多數(shù)人在此濃度下工作，均不會對健康有不良影響。
        早在1979年，上海*醫(yī)學院和上海市化工局職業(yè)病防治研究所就對長期從事或接觸SF6氣體的人群進行了調(diào)查及動物試驗。
        在對生產(chǎn)和使用SF6氣體的兩家企業(yè)的工人進行職業(yè)流行病學調(diào)查中，對年齡、性別、勞動強度、專業(yè)工齡、是否吸煙等相近的工人，進行分組對照、比較，對工人們的健康情況未發(fā)現(xiàn)有明顯的損害。但從統(tǒng)計的癥狀發(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。
        在對動物（雌性大、小鼠）進行分組急性靜式染毒試驗、亞急性靜式染毒試驗中，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未發(fā)現(xiàn)異常，而亞急性靜式染毒試驗則發(fā)現(xiàn)一只大鼠的肺毛細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，因試驗的動物數(shù)量有限，還難以定論。
4.2對環(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和人類活動所增強的溫室效應共同引起的。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，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”，二氧化碳等氣體被稱為“溫室氣體”。目前，發(fā)現(xiàn)人類活動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，這當中氟化物就有三種。其中CO2對溫室效應影響zui大，占60%，而SF6氣體的影響僅占0.1%，但SF6氣體分子對溫室效應具有潛在的危害，這是因為SF6氣體一個分子對溫室效應的影響為CO2分子的25000倍，同時，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)境保護意識淡薄
目前，尚有相當一部分人缺乏環(huán)境保護知識，對SF6氣體的理化性能了解不夠，對其給環(huán)境所造成的危害認識不深，環(huán)境保護意識淡薄。在生產(chǎn)、使用SF6氣體的環(huán)節(jié)中由于使用、管理不當所造成的泄露及人為的排放相當嚴重。
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氣體回收裝置的價格昂貴，每臺在15～30萬元人民幣之間，而國外進口的價格更高，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，一般只在設備安裝或檢修時使用，閑置時間長。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)是幾個變電站共用一臺。
        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。因為，目前國內(nèi)還沒有一家生產(chǎn)的SF6氣體回收裝置可對SF6氣體進行再生處理。SF6氣體回收裝置的功能均是對電器設備進行抽真空，將設備內(nèi)的SF6氣體回收至氣腔壓力為負133Pa，同時將廢氣壓縮到儲氣罐中，儲氣罐的容量zui大為500kg。而這些回收的“廢氣”一般用于電器設備中零部件檢漏，很少有送回生產(chǎn)廠家對其進行再生處理的。
5.3管理制度不到位
      對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設施和監(jiān)控設備。對長期接觸或短期接觸SF6氣體的人員在勞動保護方面欠考慮且沒納入安全生產(chǎn)的管理程序。

6  預防措施
        由于SF6氣體分解產(chǎn)生的這些有毒的氣體和粉末對人及動物上呼吸道有強烈的刺激和腐蝕作用；并對環(huán)境造成污染和破壞，產(chǎn)生“溫室效應”。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規(guī)定，其中美國的標準要求見下表。
        根據(jù)動物性試驗和現(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。