气体充装安全技术(第一至第三)综述

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1、 气体充装安全知识 第一章 气体基础知识 第一节 基本知识 一、分子、原子与元素 分子（保持性质） 构成物质且保持这种物质性质的最小微粒叫分 子。一切物质都是由分子组成的。 原子（不保持性质） 分子由更小的微粒原子组成。在一定条件 下分子能够分解成成原子，但分解后的原子 将不保持原物质的性质。有些物质，如氦、 氩等，它们的 分子是由单个原子组成的，叫单原子分子。有些气体 ，如氢、氧（O2）、氯，它们是由两个原子组成的 ，叫双原子分子；由两个以上原子组成的分子叫多原 子分子，例如二氧化碳就是多原子分子（C O2 ） 。 元素（性质相同的原子） 化学中，把性质相同的同一种类原子叫做元素。元 素就是

2、同种原子的总称，化学中采用一定的字母符号 来表示各种元素符号。例如：氢的元素用H来表示。 分子式-用元素符号表示物质分子组成的式子。 H2O 二、压强 气体压强（运动的气体分子撞击容器而产生的） 单位面积上所承受的均匀分布并垂直于这个面积上的 作用力称为压强。用公式表示为： P=F/A P-压强 Pa F-均匀垂直作用力 N A-受压面积 m2 决定气体压强大小的因素有两个： 压强跟气体压缩程度有关，也就是说跟单位体 积内的分子数或气体的密度有关。 气体压强跟它的温度有关，因温度的升高标志 着气体分子运动速度的增大，速度的增大，分 子撞击器壁的次数也随着增加，所产生的作用 力也随之增大。 压力

3、单位的法定计量单位 根据国标GB3102量和单位的规定，规定 压力的计量单位帕（斯卡），单位符号为“Pa” ，它 的定义是：1Pa=1N/m2 1000Pa=103Pa=1KPa 1000000Pa=106Pa=1MPa（兆帕）=1N/mm2 常见的几种压力单位及其换算 目前，常见的压力单位有： 标准大气压。标准大气压又称物理大气压，单 位符号为“atm”。物理学上把纬度45的海 平面上大气压1.033kgf/m2或760毫米汞柱（ mmHg）称为1个标准大气压。它与Pa的关系是 ：1atm=0.101325MPa 工程大气压。 工程大气压又称公称大气压,主 要是工程上为了计算方便，把 1kg

4、f/cm2(0.098MPa)的压力称为1个工程大气压 。（通常说的一公斤压力） 单位符号为“at”。工程大气压有绝对压力（简 称“绝压”）和表压力（简称“表压”）之分。 绝对压力以压力等于零为测量起点，而表压 是从当地当时的大气压力值为测量起点，实际 上就是相对压力，简单地说，表压就是压力表 测出的压力。 绝对压力、表压力及大气压的三者关系为： P绝=P表+P大气压 有关单位换算： 1、1Pa=1N/m2;1MPa=1N/mm2 2、1kgf/mm2=9.80665MPa10MPa 3、1bar=0.1MPa 4、1atm101325Pa0.1MPa 5、1at1kg/cm2=0.09806

5、65MPa0.1MPa 6、1mmHg=133.322Pa 三、温度 表示物体冷热程度的物理量称为温度。 测量温度就要有测量温度高低的温度标准， 即平常所就的“温标”。常见的“温标”有： 华氏温标（F） 华氏温标是在标准大气压（101.325kPa）下 ，将冰的融点定为32度，水的沸点定为212度 ，两点之间等分成180格，每格即为1华氏度， 单位符号“F”表示。 摄氏温标（） 摄氏温标是我国法定的温度计量单位。它是把 冰融点定为0度，水的沸点定为100度，两点之 间等分成100格，每格为1摄氏度。单位符号为 “”。 热力学温标（K） 宇宙中温度的下限大约是-273，这个温度叫 绝对零度。把-

6、273作为零度的温标，叫做热 力学温标或绝对温标。用热力学温标表示的温 度，就是热力学温度或称绝对温度。单位符号 是“K”。 四、质量与体积 质量 质量是表示物质多少的物理量，质量的符号 “m” 单位符号“kg”（公斤）。 体积 体积的符号“v”，单位符号“m3”或“L（升） ”。 第二节 物质的状态 一、物质状态的变化 自然界中物质所呈现的形态通常有气态、 液态和固态三种。其中任何一种形态只能在一 定的条件下（温度、压力等）存在。当条件发 生变化时，即表现为状态的变化。如：我们离 不开的水在标准大气压下，当温度低于0时 为固态，当温度高于0而低于100时为液态 ，当温度高于100时为气态即水

7、蒸汽。 在三种形态转变过程中存在着几种不同的物 理变化过程。 气化（吸热的过程） 物质从液态变成气态的过程叫气化。在气化 过程中，要吸收大量的热。气化过程中一般有 两种方式：一是蒸发，二是沸腾。 蒸发：液体表面的气化现象叫蒸发。 蒸发现象有下列特征：液体在任意温度下 都可以蒸发；蒸发现象仅发生在液体的表面 。 沸腾：液体从内部和表面同时气化的现象叫 沸腾。液体开始沸腾时的温度叫沸点。 液化（放热的过程） 物质从气态变为液态的过程叫液化。其过程是 一个放热的过程。 凝固 物质从液态变为固态的过程叫凝固。 升华 物质从固态不经液态直接变为气态的过程叫 升华。 熔化 物质从固态变成液态的过程称为熔化

8、。开始 熔化时的温度叫熔点。 二、相平衡 物质的形态，在热力学上称之为相，气态称 为气相，液态称为液相。由液相和气相组成的 同一体系，通常是由界面分开。（内部均匀） 物质形态的改变称为相变，在相变过程中， 物 质要通过两相之间的界面，从一个相迁移另一 相中去，当宏观上物质的迁移停止时，就称为 相平衡。物质的相平衡状态取决于温度和压力 ，若有一个条件发生变化，则与其对应的相平 衡就遭到破坏，同时发生相变过程，从而建立 新的相平衡关系。（举例） 在一个密闭的容器中，气、液两相达到动态 平衡时，称为饱和状态。饱和状态下的液体为 饱和液体，其密度为饱和液体密度。在饱和液 体界面上的蒸汽称为饱和蒸汽，其

9、密度和压力 分别称为饱和蒸汽密度和饱和蒸汽压力。 三、临界状态 临界温度 只有当气体温度降低到某一温度以下时，对 其施加压力，才能使之液化。换句话说，如果 气体高于这一温度时，不论对其施加多大压力 ，都不能使之液化。这个特定的温度称为该气 体的临界温度，通常用“tc”。气体的临界温 度越高，就越容易液化。（CNG例子） 临界压力 气体在临界温度下，使其液化所需最小压 力，称为临界压力。通常用符号“PC”来表示 。 临界密度 气体在临界温度和临界压力下的密度， 称为临界密度。通常有符号“c”来表示。因 为不同气体的临界温度和临界压力各不相同， 所以它们 近似的地反映实际气体的性质。 理想气体 严

10、格遵从玻-马定律、查理定律和盖吕萨克定 律的气体，称为理想气体。 理想气体是一种理想化的模型，实际并不存 在。一般气体在压强不太大、温度不太低的条 件下，性质非常接近理想气体。因此，常常把 实际气体当作理想气体来处理。这样可以使问 题大大简化，误差也很小。 理想气体状态方程 一定质量的理想气体，其压强和体积的乘积 与热力学温度的比值是一个常数。 克拉珀龙方程 的临界密度也是不相同的。 四、气体的基本定律 玻义耳-马略特定律（温度不变） 简称玻-马定律的定义为：“温度不变时，一 定质量的气体的压强跟它的体积成反比。” 查理定律（体积不变） 查理定律的定义为：“一定质量的气体若体积 不变，则其压强

11、与热力学温度成正比。” 盖吕萨克定律（压强不变） 其定律的定义为“压强不变时，一定质量的气 体的体积跟热力学温度成正比。” 盖吕萨克定律对理想气体才能成立。它只能 近 质量为m的理想气体，其压强、体积和热力学温 度满足下列关系式： PV/T=m/MR 式中 M-气体的摩尔质量，kg/mol R-理想气体常数，R=8.314J/molk 若气体的摩尔数为“n”，克拉珀龙方程还 可写成： PV=nRT 真实气体状态方程 在气体压力较高和温度较低的条件下，运用 理想气体状态方程来计算，显然会有误差。为 纠正理想气体与真实气体之间的误差，有一种 计算简 单又有一定准确度，公式如下： PV=ZnRT 式

12、中Z为压缩因子，又称压缩系数。 第二章 瓶装气体 第一节 常用术语 压缩气体 永久气体、液化气体和溶解气体的统 称。 永久气体 临界温度小于-10的气体。如氧、氮 等。 液化气体 临界温度大于或等于-10的气体，是 高 压液化气体和低压液化气体统称。 高压液化气体 临界温度大于等于-10，且小 于等于70的气体。如二氧化碳、乙烯等。 低压液化气体 临界温度大于70的气体。如氨 、液化石油气、氯等。（丙烷为92.67 ） 溶解气体 在压力下溶解于瓶内溶剂中的气体。 如溶解于瓶内丙酮中的乙炔。（我国只有一种 ） 吸附气体 吸附于气瓶内吸附剂中的气体。这是 一种以固态形式替代压缩状态或深泠液化状态

13、形式贮运的气体，目前只有氢气一种。 瓶装气体 以压缩、液化、溶解、吸附形式装瓶 贮运的气体。 可燃性气体 凡遇火、受热或与氧化性气体接触 能燃烧或爆炸的气体，统称为可燃性气体。 氧化性（助燃性）气体 自身不燃烧，但能帮助 和维持燃烧的气体。如氧、氯等。 自燃气体 在低于100温度下与空气或氧化性气 体接触即能自发燃烧的气体。 毒性气体 泛指会引起人体正常功能损伤的气体 。如氯、硫化氢、一氧化碳等。 特种气体 为满足特定用途的气体。包括单一气 体和混合气体。 混合气体 含有两种或两种以上有效组分，或虽 属非有效组分但其含量超过规定限量的气体。 第二节 瓶装气体的分类 一、分类标准 国内对瓶装气体

14、的分类 我们国家对瓶装气体分类有国家标准， GB16163瓶装压缩气体分类中的规定我国 目前有80种。 瓶装气体分类的原则 瓶装气体的分类原则：根据压缩气体在气瓶 内的物理状态和临界温度进行分类，按其化学 性能、 燃烧性、毒性、腐蚀性进行分组。 分类标准中把瓶装压缩气体分为三大类：永 久气体、液化气体（含高压液化气体和低压液 化气体）和溶解气体。 二、单一气体 永久气体 是在充装时以及在允许的工作温度下贮运和使 用过程中均为气态。 永久气体又分以下两组： 不燃无毒和不燃有毒气体。有11种，包括氮、 氩、（不燃无毒）；三氟化硼（不燃有毒） 可燃无毒和可燃有毒气体。有4种，如氢、甲 烷（） 易燃无

15、毒）一氧化碳（易燃有毒）。 液化气体 1、高压液化气体分成以下三组： 不燃无毒和不燃有毒气体。有9种，如二氧化 碳、不燃无毒气体；氯化氢为不燃毒气体。 可燃无毒和自燃有毒气体。有5种，乙烷等为 可燃无毒气体；磷化氢为自燃有毒气体。 易分解或聚合的可燃气体。有2种。 2、低压液化气体分成以下三组 不燃无毒和可燃有毒、酸性腐蚀气体。有17种 。 可燃无毒和可燃有毒、碱性腐蚀气体。有25种 ，如丙烷等。 易分解或聚合的可燃气体。有6种。 溶解气体 目前我国的溶解气体只有一种，即溶解乙炔气 。 三、混合气与特种气 混合气 混合气包括自然合成和人工制成的混合气。混 合气按其瓶内的状态分为气态混合气和液态

16、混 合气两组。 气态混合气。又分为两组：不燃混合气体， 包括稀有气体及空气混合气体：可燃混合气 体（可燃性气体组分在2%以上），包括城市 煤气、水煤气以及气态可燃气体的混合气体。 液态混合气体。又分为两组：不燃混合气体 ： 如：制冷剂、环氧乙烷 可燃混合气体，包括液化石油气（LPG）以及 丙烷、丁烷等的混合气体。 特种气 特种气也称为稀有气体。主要包括电子气体和 标准气体两大类： 电子气体：主要应用于微电子技术的气体。 标准气体：标准气体属于标准物质。主要应用 于实验室、化验室和计量所。 第三节 瓶装气体的的危险性 一、燃烧性与爆炸性 燃烧、爆炸的基本概念 1、燃烧、爆炸的共同点 燃烧和爆炸本质上都是可燃物质的氧化反应 。 可燃物质、助燃物、点火源三个基本条件互 相作用，燃烧才能发生。火源是指一定温度和 热量的能源。三个基本条件又称燃烧三要素。 2、燃烧与爆炸的异同