六氟化硫

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畫(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。

基本信息

概述

六氟化硫氣體六氟化硫氣體

六氟化硫為無色、無味、不燃燒,無電抗性的、相對無毒、僅有窒息性的液化氣體。液化瓶裝氣體,壓力為其蒸氣壓(202.78kgf/cm2 21.1°C)。純品基本無毒。是已知化學安定性最好的物質之一,其惰性與氮氣相似。它具有極好的熱穩定性,純態下即使在500℃以上也不分解。六氟化硫具有卓越的電絕緣性和滅弧特性,相同條件下,其絕緣能力為空氣氮氣的2.5倍以上,滅弧能力為空氣的100倍。

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製備六氟化硫(SF6)氣體,從1940年作為絕緣介質開始,迄今已被廣泛地套用在電力設備中,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。

性質

物理性質

純淨的六氟化硫(SF6)氣體是一種無嗅、基本無毒、不可燃的鹵素化合物。其相對密度在氣態時為6.16g/cm3 (20℃,0.1MPa時),在液態時為1400g/cm3 (20℃時);在相同狀態下約是空氣相對密度的5倍。為便於運輸和貯存,六氟化硫氣體通常以液態形式存在於鋼瓶中。

化學性質

六氟化硫(SF6)氣體的化學性質非常穩定,在空氣中不燃燒,不助燃,與水、強鹼、氨、鹽酸硫酸等不反應;在低於150℃時,六氟化硫氣體呈化學惰性,極少熔於水,微熔於醇。對電器設備中常用的金屬及其它有機材料不發生化學作用。然而,在大功率電弧、火花放電和電暈放電作用下,六氟化硫氣體能分解和游離出多種產物,主要是SF4和SF2,以及少量的S2、F2、S、F等。

製備

由單質氟與硫直接化合而得。

生產工藝

80年代,工業生產六氟化硫的工藝流程主要包括下述三部分:

①電解制氟:在電解槽中,在氟化鉀的存在下電解氟化氫,製得元素氟(氣態)。

②合成精製:製得的氟氣通過裝有熔融硫磺的反應器,氟與硫反應生成六氟化硫。由於反應過程中生成少量其他有毒的低氟化合物(如 S2F10、S2F10O等),反應生成的產品需經水洗、鹼洗、高溫裂解等一系列精製處理,以除去上述副產物。

③冷凍灌裝:在一定壓力下,將氣態六氟化硫冷凍成液態,裝入鋼瓶。在此過程中,還將進一步精製產品(去除空氣、水分等雜質),以獲得純度更高、符合使用要求的產品。

套用領域

六氟化硫氣瓶六氟化硫氣瓶

六氟化硫以其良好的絕緣性能和滅弧性能,被廣泛套用於電器工業,如:斷路器、高壓開關、高壓變壓器、氣封閉組合電容器、高壓傳輸線、互感器等。
冷凍工業作為致冷劑,致冷範圍可在-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。
SF6還因其化學惰性、無毒、不燃及無腐蝕性,還被廣泛套用於金屬冶煉(如鎂合金熔化爐保護氣體)、航空航天、醫療(X光機、雷射機)、氣象(示蹤分析)、化工(高級汽車輪胎、新型滅火器)等。
電子級高純六氟化硫是一種理想的電子蝕刻劑,被大量套用於微電子技術領域。
隨著當今科技的發展,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套用。

主要用於高壓開關中滅弧,在大容量變壓器和高壓電纜中作為絕緣材料使用。可在核粒子加速器及避雷器X射線設備中作為氣體的絕緣材料,利用SF6化學穩定性好,對設備不腐蝕,在冷凍工業中可作為冷凍劑(操作溫度在-45~0℃之間),SF6對α-粒子有高度的停止能力,故在放射化學中也有套用;也可作為一種反吸附劑從礦井煤塵中置換氧。

注意事項

六氟化硫應儲存於陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過50℃。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。

危險性概述

健康危害:純品基本無毒。但產品中如混雜低氟化硫、氟化氫,特別是十氟化硫時,則毒性增強。

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。

操作

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,防止鋼瓶及附屬檔案破損。配備泄漏應急處理設備。

瓶裝氣體產品為高壓充裝氣體,使用時應經減壓降壓後方可使用。包裝的氣瓶上均有使用的年限,凡到期的氣瓶必須送往有部門進行安全檢驗,方能繼續使用。每瓶氣體在使用到尾氣時,應保留瓶內余壓在0.5MPa,最小不得低於0.25MPa余壓,應將瓶閥關閉,以保證氣體質量和使用安全。

儲運

瓶裝氣體產品在運輸儲存、使用時都應分類堆放,嚴禁可燃氣體與助燃氣體堆放在一起,不準靠近明火和熱源,應做到勿近火、勿沾油臘、勿爆曬、勿重拋、勿撞擊,嚴禁在氣瓶身上進行引弧或電弧,嚴禁野蠻裝卸。

介電性能

六氟化硫介電性能:六氟化硫是一種強電負性氣體。它的分子極易吸附自由電子形成負離子,削弱氣體中碰撞電離過程。因此,其介電強度約為空氣的2.5倍(0.1兆帕,均勻場);在0.3~0.4兆帕時,其介電強度與0.1兆帕下的常用絕緣油相似。因此常取代充油電纜中的絕緣油用於高落差場合。六氟化硫的最突出特點是滅弧性能優良,約為空氣的100倍,因為在放電時它的分子吸附大量電子後使電弧電導迅速下降。六氟化硫氣體的有效電離係數(電子電離係數與電子附著係數之差,後者為電子在電場力作用下穿過單位距離附著於中性分子的數目)隨電場的增大而激增,因此六氟化硫氣體在不均勻電場中其優越性減弱,即使局部微小的電場畸變也會使其擊穿強度大大降低。所以在設計六氟化硫氣體絕緣裝置時,應使電極間電場儘量均勻,電極表面光潔度要高,在安裝和運行中要設法去除各種導電微粒,以充分利用其優良的絕緣特性。

套用:由於六氟化硫的優良性能,從50年代末開始廣泛用作高壓斷路器的滅弧介質和絕緣介質。60年代中期發展起來的六氟化硫氣體絕緣的金屬封閉式組合電器占地面積比常規配電裝置小得多,且其運行不受環境條件影響,因此,不但廣泛用於受地位限制的水電站和超高壓電力系統,也開始用於城市配電網。用六氟化硫氣體絕緣的管道母線其介質損耗小,傳輸容量大,而且不受高差限制,六氟化硫絕緣的電器還具有防火、防爆的優點。

熱導率

溫度(K)熱導率(10-4瓦/米.K)溫度(K)熱導率(10-4瓦/米.K)
300 155 500272
350 184 600333
400 213 700395
450 243
六氟化硫的化學性質不活潑,很穩定,對熱也較穩定.不燃燒.有低毒性,有窒息性.在空氣中六氟化硫的允許濃度為1000PPM.無腐蝕性.可以使用銅、鋁、不鏽鋼等金屬材料

中國環境標準中規定的溫室氣體

溫室氣體指大氣中能吸收地面反射的太陽輻射,並重新發射輻射的一些氣體。它們能夠使地球表面變得更暖。除了水蒸氣、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和臭氧(O3)外,中國環境標準中還指出了其他溫室氣體,如氧化亞氮、六氟化硫、氫氟碳化物等。
氧化亞氮| 六氟化硫| 氫氟碳化物| 全氟碳化物| 氟氯碳化物| 三氯一氟甲烷| 二氯二氟甲烷| 一氯三氟甲烷| 五氯一氟乙烷| 四氯二氟乙烷| 三氯三氟乙烷| 1,2-二氯四氟一烷 | 一氯五氟乙烷| 七氯一氟丙烷| 六氯二氟丙烷| 五氯三氟丙烷| 四氯四氟丙烷| 三氯五氟丙烷| 二氯六氟丙烷| 一氯七氟丙烷| 氫氯氟碳化物| 氯七氟丙烷

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