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| 六氟化硫 | |
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六氟化硫，SF6氣體已有百年歷史，它是法國兩位化學家Moissan和Lebeau於1900年合成的人造惰性氣體，1940年前後，美國軍方將其用於曼哈頓計劃(核軍事)。1947年提供商用。當前SF6氣體主要用於電力工業中。SF6氣體用於4種類型的電氣設備作為絕緣和/或滅弧;SF6斷路器及GIS(在這裡指六氟化硫封閉式組合電器，國際上稱為"氣體絕緣開關設備"(Gas Insulated Switchgear))、SF6負荷開關設備，SF6絕緣輸電管線，SF6變壓器及SF6絕緣變電站。80%用於高中壓電力設備。[1]
理化性質
外觀與性狀:無色無臭氣體
相對密度(水=1):1.67(-100℃)
相對蒸氣密度(空氣=1):5.11
分子式:SF6
溶解性:微溶於水、乙醇、乙醚。
化學性質穩定。微溶於水、醇及醚，可溶於氫氧化鉀。不與氫氧化鈉、液氨、鹽酸及水起化學的反應。300℃以下乾燥環境中與銅、銀、鐵、鋁不反應。500℃以下對石英不起作用。250℃時與金屬鈉反應，-64℃時在液氨中反應。與硫化氫混合加熱則分解。200℃時，在特定的金屬如鋼及硅鋼存在下，能促使其緩慢分解。
製備
由單質氟與硫直接化合而得。反應也會生成硫的其他氟化物如十氟化二硫，可通過加熱使其歧化後，再用氫氧化鈉處理除去剩餘的四氟化硫而純化。
作用用途
六氟化硫具有良好的電氣絕緣性能及優異的滅弧性能。其耐電強度為同一壓力下氮氣的2.5倍，擊穿電壓是空氣的2.5倍，滅弧能力是空氣的100倍，是一種優於空氣和油之間的新一代超高壓絕緣介質材料。六氟化硫以其良好的絕緣性能和滅弧性能，如:斷路器、高壓變壓器、氣封閉組合電容器、高壓傳輸線、互感器等。電子級高純六氟化硫是一種理想的電子蝕刻劑，被大量應用於微電子技術領域。冷凍工業作為製冷劑，製冷範圍可在-45℃~0℃之間。電氣工業利用其很高介電強度和良好的滅電弧性能，用作高壓開關、大容量變壓器、高壓電纜和氣體的絕緣材料。
採礦工業用作反吸附劑，用於礦井煤塵中置換氧。高純SF6還因其化學惰性、無毒、不燃及無腐蝕性，還被廣泛應用於金屬冶煉(如鎂合金熔化爐保護氣體)、航空航天、醫療(X光機、激光機)、氣象(示蹤分析)、化工(高級汽車輪胎、新型滅火器)等。隨着當今科技的發展，SF6涉及的領域不斷擴展，被越來越多的基礎領域和科技領域廣泛應用。
危險性
從醫學的角度來講,各種分解物氣體及生成物對人體的影響程度不光取決於其毒性的大小,還與吸入到人體內量的大小和每個人的身體素質有關。作為客觀地判斷依據,日本將每一種動物物質的允許濃度設定為五級。即: A-- 最低致命濃度; 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-- 出現毒性反應的最低濃度; E-- 為每天 8h ,一周 40h 的正常勞動時間,大多數人在此濃度下工作,均不會對健康有不良影響。[2]
早在 1979 年,上海第一醫學院和上海市化工局職業病防治研究所就對長期從事或接觸 六氟化硫(SF6) 氣體的人群進行了調查及動物試驗。
在對生產和使用 六氟化硫(SF6) 氣體的兩家企業的工人進行職業流行病學調查中,對年齡、性別、勞動強度、專業工齡、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現有明顯的損害。但從統計的症狀發生率來看,表現出乏力、記憶力差、咽痛、胸悶的人數較多。
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 六氟化硫(SF6) 新氣體或(與電弧接觸過的)開斷氣的氣體分組箱裡。其結果是急性靜式染毒試驗未發現異常,而亞急性靜式染毒試驗則發現一隻大鼠的肺毛細血管在電子顯微鏡下有輕度亞微結構改變。是否就是由 六氟化硫(SF6) 氣體引起的,因試驗的動物數量有限,還難以定論。
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射長波輻射,從而使大氣增溫。由於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 " 。發現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 對溫室效應影響最大,占 60% ,而 六氟化硫(SF6) 氣體的影響僅占 0.1% ,但 六氟化硫(SF6) 氣體分子對溫室效應具有潛在的危害,這是因為 六氟化硫(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 六氟化硫(SF6) 氣體壽命特長,約 3400 年。現今,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 六氟化硫(SF6) 氣體相當於 1.25 億 t CO2 氣體。
全球每年生產的大約 8500t 六氟化硫(SF6) 氣體中,約有一半以上用於電力工業。而在電力工業中,高壓開關設備約占用氣量的 80% 以上。其中中壓開關的用氣量約占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 )、 六氟化硫(SF6) 封閉組合電器( GIS )、充氣櫃( C-GIS )、 六氟化硫(SF6) 氣體絕緣管道母線( GIL )中。因此,合理、正確的使用管理 六氟化硫(SF6) 氣體,減少排放量已到了非整治不可的地步.
健康危害:純品無毒。但生產的產品中可能混雜有毒的低氟化硫、氟化氫，十氟化二硫。
燃爆危險:該品不燃。
急救措施
吸入:迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸。就醫。
消防措施
危險特性:若遇高熱，容器內壓增大，有開裂和爆炸的危險。
有害燃燒產物:氧化硫、氟化氫。
滅火方法:該品不燃。切斷氣源。噴水冷卻容器，可能的話將容器從火場移至空曠處。
泄漏應急處理
應急處理:迅速撤離泄漏污染區人員至上風處，並進行隔離，嚴格限制出入。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿一般作業工作服。儘可能切斷泄漏源。合理通風，加速擴散。如有可能，即時使用。漏氣容器要妥善處理，修復、檢驗後再用。
處置與儲存
操作注意事項:密閉操作，局部排風。操作人員必須經過專門培訓，嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴過濾式防毒面具(半面罩)。遠離易燃、可燃物。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。避免與氧化劑接觸。搬運時輕裝輕卸，防止鋼瓶及附件破損。配備泄漏應急處理設備。
儲存注意事項:儲存於陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。應與易(可)燃物、氧化劑分開存放，切忌混儲。儲區應備有泄漏應急處理設備。
防護
就人體而言，防護的重點是眼部和呼吸道;其次是人體的皮膚，至此，我們就可以針對性地選擇相應的防護用品及裝備。 呼吸系統是生命存活的三大要素之首，必須首先考慮。由於泄漏污染區可能有多種有毒氣體的存在。若採用過濾式防毒面具，因其是負壓式，防護安全係數較低，人吸氣時帶入毒氣的可能性較大，對於有多種毒氣存在，毒性較大且其濃度不確定的場所，選用過濾式面具是不合適的。採用正壓式空氣呼吸器可以完全隔絕毒氣，不考慮毒氣種類的多少、濃度的高低，所以正壓式空氣呼吸器是首選的防護產品。但在選擇正壓式空氣呼吸器品種時，應考慮毒氣是否直接致人死亡這一因素，以便正確選用。 當出現有毒氣體泄漏後，現場人員應就近採用防護器具--如逃生器，並迅速撤離泄漏污染源，中毒人員脫離現場至空氣新鮮處，必要時採用氧氣復甦儀或人工呼吸就地搶救;應急處理人員必須佩帶空氣呼吸器、穿戴相應的防護服和手套後進入事故區，對現場通風對流，稀釋擴散。進入高濃度區域作業，必須有人監護。
運輸信息
包裝方法:鋼質氣瓶
運輸注意事項:鐵路運輸時需經生物試驗證明合格，根據合格證託運。採用剛瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放，並應將瓶口朝同一方向，不可交叉;高度不得超過車輛的防護欄板，並用三角木墊卡牢，防止滾動。嚴禁與易燃物或可燃物、氧化劑等混裝混運。夏季應早晚運輸，防止日光曝曬。鐵路運輸時要禁止溜放。
法規信息
化學危險物品安全管理條例 (1987年2月17日國務院發布)，化學危險物品安全管理條例實施細則 (化勞發[1992] 677號)，工作場所安全使用化學品規定 ([1996]勞部發423號)等法規，針對化學危險品的安全使用、生產、儲存、運輸、裝卸等方面均作了相應規定;常用危險化學品的分類及標誌 (GB 13690-92)將該物質劃為第2.2 類不燃氣體;車間空氣中六氟化硫衛生標準(GB 8777-88)，規定了車間空氣中該物質的最高容許濃度及檢測方法。
環境影響
雖然六氟化硫本身對人體無毒、無害，但它卻是一種溫室效應氣體，其單分子的溫室效應是二氧化碳的2.2萬倍，是《京都議定書》中被禁止排放的6種溫室氣體之一。
根據IPCC提出的諸多溫室氣體的GWP(全球變暖潛能)指標，六氟化硫的GWP值最大，500年的GWP值為32400，且由於六氟化硫高度的化學穩定性，其在大氣中存留時間可長達3200年。
當今世界六氟化硫的排放量極少，對溫室效應的貢獻相比於二氧化碳而言完全可以忽略;但出於長久的環保和安全考慮，如何合理、正確的回收淨化六氟化硫氣體，是必須解決的問題。
安全信息
危險品標誌:XiIrritant刺激性物品
R37刺激呼吸系統。
S38通風不良時，須佩戴適當的呼吸器。
危險類別:2.2
危害:Irritant
注意事項
六氟化硫氣體具有優良的絕緣與滅弧性能，廣泛地應用在電子、電氣設備中，其典型的應用是在供電部門的輸變電所、電廠等的高壓開關櫃內用作氣體絕緣。隨着六氟化硫電氣設備的迅速發展，越來越多的人接觸着六氟化硫氣體和電弧作用後的六氟化硫分解物。
氣體毒性來源
六氟化硫氣體的毒性主要來自5個方面。
1、電器設備內的六氟化硫氣體在高溫電弧發生作用時而產生的某些有毒產物。
2、六氟化硫產品不純，出廠時含高毒性的低氟化硫、氟化氫等有毒氣體。
3、電器設備內的六氟化硫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物。
4、電器設備內的六氟化硫氣體分解物與其內的水分發生化學反應而生成某些有毒產物。
5、電器設備內的六氟化硫氣體及分解物與絕緣材料反應而生成某些有毒產物。如與含有硅成分的環氧酚醛玻璃絲布板(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等產物。
毒性氣體
1、氟化亞硫酰( SOF2 )
無色劇毒氣體，能侵襲肺部，引起肺組織急性水腫，影響氣體交換，使肺部缺氧充血而導致窒息性死亡，它有強烈的噁心臭味，可作為警告信號之用。白鼠和兔子的致死濃度為 10 × 10 -6 和 50 × 10 -6 ( V/V )。
2、氟化硫酰( SO2F2 )
攣性化合物，無色無臭，在較高濃度下對肺組織有刺激作用，引起肺泡出血。白鼠和兔子的致死濃度為 200 × 10 -6 和 400 × 10 -6( V/V )。
3、四氟化硫( SF4 )
無色氣體，有類似 SO2的刺激性臭味，毒性與光氣相當，對肺有侵害作用。
4、二氟化硫( SF2 )
沸點 35 ℃，極不穩定，受熱後更加活潑，易水解生成 S 、 O2 、 HF 等，其毒性於 HF 相當
5、氟化硫( S2F2 )
常溫下為無色氣體，具有很強的毒性，遇水後生成 HF ，對呼吸系統有類似光氣的破壞性作用。
6、氟化氫( HF )
無色氣體或液體，具有強烈的刺激性臭味，極易溶解於水，形成氫氟酸，對一般材料具有較強的腐蝕性。 HF 對皮膚、粘膜有強烈的刺激作用，並能引起肺水腫、肺炎等。
7、十氟化二硫( S2F10 )
常溫常壓下為無色易揮發液體，系劇毒物質，毒性約為 SOF2 的 300 倍。S2F10主要侵襲肺住址，引起肺出血和肺水腫。白鼠的致死濃度為 1 × 10 ( V/V )。
8、三氟化鋁( AIF3 )
白色粉末狀，通常吸附了大量的有毒氣態分解產物，故應被視為具有強烈腐蝕性和毒性的物質。 ALF3 粉塵可刺激皮膚引起皮疹，對呼吸系統及肺部均有侵襲作用。
9、十氟化二硫一氧( S2F10O )
劇毒物質，對肺組織強烈侵襲作用。白鼠的致死濃度為 20 × 10 ( V/V )。
個體防護措施
(1)工作現場應強力通風，檢修人員應在上風位置;
(2)配戴好防毒面具和防護手套;
(3)將排出的氣體進行回收、或用導管將氣體排入下水溝內，不宜直接向大氣排放;
(4)工間休息前或工作結束後，臉、頸、臂和手要用肥皂和大量的水徹底洗淨;
(5)如不慎接觸到劑量較大的氣體時，應立即洗淨，更換衣服，及時去醫院觀察治療。
監測
純淨的SF6氣體雖然無毒，但在工作場所要防止SF6氣體的濃度上升到缺氧的水平。SF6氣體的密度大約是空氣的五倍、SF6氣體如有泄漏必將沉積於低洼處，如電纜溝中。濃度過大會出現使人窒息的危險，設計戶內通風裝置時要考慮到這一情況。
在電弧作用下SF6的分解物如SF4，S2F2，SF2，SOF2，SO2F2，SOF4和HF等，它們都有強烈的腐蝕性和毒性。因此在電力系統GIS等應用SF6的工作場所，要加裝SF6氣體泄漏監測設備，SF6氣體監測的主要方法有一下四種:
1)電化學技術(TGS830、TGS832)費加羅傳感器或鹵素氣體傳感器。
電化學技術的原理是被檢測氣體接觸到200°C左右高溫的催化劑表面，並與之發生相應的化學反應，從而產生電信號的改變，以此來發現被檢測氣體。電化學技術其成本低、壽命長、結構簡單，可以連續工作的特點。
2)高壓擊穿技術。
電擊穿技術是從SF6在電力上的典型應用--作為絕緣氣體應用在GIS開關櫃中演變而來的。其工作原理是根據SF6氣體絕緣的特性，從置於被檢測空氣中的高壓電極間電壓的變化來判斷空氣中是否含有SF6氣體。因其結構相對簡單，成本低，檢測精度相對高的特點。
3)紅外光譜技術(IAC510)
紅外光譜吸收技術(又稱激光技術)的原理是SF6作為溫室氣體，對特定波段的紅外光有很強烈的吸收特性。紅外光譜技術的特點是成本高，結構複雜，靈敏度高，不受環境的影響和干擾，對環境的溫度和濕度的變化所帶來的檢測誤差很小，由於其是採用主動抽取測試點氣體的原理，帶來的效果是發現泄漏早，反應迅速。同時系統結構對工程實施中的布線也帶來了很大的方便。
4)電子捕獲ECD原理
電子捕獲檢測器(electron capture detector)，簡稱ECD。 電子捕獲檢測器也是一種離子化檢測器，它是一個有選擇性的高靈敏度的檢測器，它只對具有電負性的物質，如含鹵素、硫、磷、氮的物質有信號，物質的電負性越強，也就是電子吸收係數越大，檢測器的靈敏度越高，而對電中性(無電負性)的物質，如烷烴等則無信號。
聲音影響
當吸入六氟化硫時，六氟化硫會充滿聲帶的周圍。當我們發聲，聲帶震動的時候，被帶動震動的不是平常我們說話時的空氣而是六氟化硫。因為六氟化硫的分子量比空氣的平均分子量大，震動的頻率較空氣低，所以就會出現比平時低沉渾厚的聲音。
可能看到這你會問:是不是別的比空氣分子量大的氣體都可以實現這種效果呢?答案是是的，而且不同密度的氣體會產生不同的變聲效果!但是，前提是六氟化硫是無毒的，而許多神奇的大分子量氣體都是有毒的。小朋友們可千萬不要嘗試使用其它的氣體來給自己變聲!
相對而言，當吸入比空氣分子量小的氣體時，聲音則會變得清脆尖銳。如:吸入氦氣。
六氟化硫氣體對人類環境的影響
近百年來,地球氣候正經歷一次以全球變暖為主要特徵的顯著變化。這種全球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國際壓力越來越大。
電性能
關於六氟化硫氣體的電性能，我們將分別討論它在常溫下的電氣絕緣性能和高溫下的滅弧性能。
在均勻電場中，工頻電壓的作用下，六氟化硫氣體、油和氮氣相比，六氟化硫氣體的介質強度大約是氮氣的五倍，而且當壓力大於8個大氣壓時，其介質強度就能夠超過變壓器油。
下面我們討論影響六氟化硫氣體擊穿電壓的因素:
六氟化硫氣體的擊穿電壓除了與壓力有關以外，還與電極表面的光潔度和潔淨度有關;電極表面越潔淨、越光潔，其擊穿電壓就越高。
在同一壓力下，六氟化硫氣體的擊穿電壓隨着觸頭開距的增大而增大，但不是一個線性的關係，而是有一點飽和的意思，而且壓力越大飽和越嚴重;所以我們在實踐中不能單靠增大觸頭開距來加強絕緣。
此外，六氟化硫氣體的擊穿電壓還與電極的幾何形狀和觸頭面積有關;如果電極形狀使得電場越均勻，其擊穿電壓就越高，這在這裡要注意，和真空開關不同，電極材料對六氟化硫氣體的擊穿電壓沒有比較明顯的影響。
六氟化硫氣體之所以有比較好的絕緣性能，是因為六氟化硫氣體具有負電性，就是說六氟化硫分子能夠吸附氣體中的自由電子，而變成負離子，這種負離子的質量遠遠大於自由電子的質量，因此運動速度大大降低，此外，間隙中自由電子的數量減少了，就難以形成擊穿通道。所以其絕緣性能比較好。另外，這種負電性在高溫下，也就是在滅弧時也是十分有利的。
六氟化硫氣體的熄弧性能也是非常好的，這有以下幾個方面的原因:
六氟化硫氣體在電弧的作用下會發生分解和游離，有多原子結構分子分解為單原子或帶電粒子的氣體，在2000℃左右開始分解為低氟化物，4000℃左右開始游離，6000℃左右時游離的最迅速，當溫度高於10000℃時，六氟化硫氣體就全部游離了;這種內部的變化將影響氣體的導熱、導電性能，使它的導熱、導電性能大大增強。
氣體導熱性能增強，電弧的散熱就加快了，這樣就有利於電弧熄滅後間隙中的絕緣介質迅速降溫，有利於低氟化物複合成六氟化硫，同時有利於恢復絕緣，大大降低了電弧的復燃，有利於熄弧。
對於氣體導電性能增強有利於熄弧的原因，可能有點不太好理解，導電性能增強了只會有利於燃弧，怎麼會有利於熄弧呢?原因是這樣的:導電性能增強了確實有利於燃弧，通過幾種氣體電弧的伏安特性曲線可以發現，六氟化硫氣體的伏安特性曲線最低，也就是說，在電流相同的情況下，六氟化硫氣體的電弧電壓最低，而電弧能量就是Uh*I，也最低，電弧在電流很小的情況下也能維持，不會發生斷裂，這樣就不會發生截流現象，這也是六氟化硫氣體比較優越的地方;我們知道現在的六氟化硫斷路器都是在電弧電流過零時熄滅的，電弧在燃弧時電弧能量小，電弧的溫度和分解的氣體就相對也較少，這對於電流過零後間隙的絕緣強度的恢復非常有利，使得熄弧後很難發生重燃或復燃，所以六氟化硫氣體既有利於燃弧，又有利於熄弧。
此外，六氟化硫氣體的負電性(吸附自由電子的特性)和二次複合特性(在電弧中分解的低價氟化物在熄弧後迅速還原成六氟化硫分子)，這些特性也使得六氟化硫氣體無論是在起始介質強度、介質恢復速度還是最終的介質強度都是比較高的。