六氟化硫气体的危害和预防

六氟化硫气体的危害和预防

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六氟化硫（SF6）气体是目前发现的六种温室气体之一。在高压电器制造行业使用着大量的SF6气体，由于使用、管理不当或没有按正确的方法对其进行回收、再生处理，导致SF6气体及在高温电弧作用下产生的有毒分解物排放到大气中，给人类赖以生存的环境带来污染和破坏，同时给电器设备的正常运行和人们 身体健康带来不利影响。

1、概述

自1900年法国化学家摩森（H.Moissan ）和李博(P.Lebeau)在实验室中将硫在氟气中燃烧以制备六氟化硫（SF6）气体以来，人们已从中收益非浅。因纯SF6气体的化学稳定性，早期用于进行人工气胸治疗肺结核空洞；同时因其优异的绝缘和灭弧性能也倍受人们的关注。从1940年作为绝缘介质开始，迄今已被广泛地应用在电力设备中，如高压断路器、变压器、互感器、电容器、避雷器、接触器、熔断器、管道母等。随着SF6气体使用量的增加，范围的扩大，正确的使用和管理SF6气体，保护好我们赖以生存的环境及人身安全等问题被提到了重要的议事日程上来。

2、SF6气体的性质

2.1 SF6气体的物理性质

纯净的SF6气体是一种无色、无嗅、基本无毒、不可燃的卤素化合物。其相对密度在气态时为

6.16g/cm3(20℃,0.1MPa 时) ，在液态时为1400g/cm3(20℃时) ；在相同状态下约是空气相对密度的5倍。为便于运输和贮存，SF6气体通常以液态形式存在于钢瓶中。

2.2 SF6气体的化学性质

SF6气体的化学性质非常稳定，在空气中不燃烧，不助燃，与水、强碱、氨、盐酸、硫酸等不反应；在低于150℃时，SF6气体呈化学惰性，极少熔于水，微熔于醇。对电器设备中常用的金属及其它有机材料不发生化学作用。然而，在大功率电弧、火花放电和电晕放电作用下，SF6气体能分解和游离出多种产物，主要是SF4和SF2，以及少量的S2、F2、S 、F 等。

3 SF6气体的毒性来源

从有关部门的试验及研究结果可知，SF6气体的毒性主要来自5个方面。

（1）SF6产品不纯，出厂时含高毒性的低氟化硫、氟化氢等有毒气体。大家知道，目前

化工行业制造SF6气体的方法主要是采用单质硫磺与过量气态氟直接化合反应而成；即S+3F2→SF6+Q（放出热量）。在合成的粗品中含有多种杂质，其杂质的组成和含量因原材料的纯度、生产设备的材质、工艺条件等因素的影响而有很大差异，杂质总含量可达5%。其组成有硫氟化合物，如：S2F2、SF2、SF4、S2F1O 等；硫氟氧化合物如SOF2、SO2F2、SOF4、S2F10O 等以及原料中带入的杂质如HF 、OF2、CF4、N2、O2等。为了净化粗品中的杂质，合成后的SF6气体还需要经过水洗、碱洗、热解（去除剧毒的十氟化物）、干燥、吸附、冷冻、蒸馏提纯等一系列净化处理过程才能得到纯度在99.8%以上的产品。然后再用压缩机加压，充入降温至-80℃左右的钢瓶中，以液态形式存在。在使用时减压放出，呈气态冲入电气设备中。 除在上面的合成过程中产生的杂质外，另外，在气体的充装过程中还可能混入少量的空气、水分、和矿物油等杂质，这些杂质均带有或会产生一定的毒性物质。因此，为保证SF6产品的纯度和质量，对出

厂的SF6产品国际电工委员会（IEC ）及许多国家均制定了质量标准，并要求生产厂家在供货时提供生物试验无毒证明书。

（2）电器设备内的SF6气体在高温电弧发生作用时而产生的某些有毒产物。

例如：SF6气体在电弧中的分解和与氧的反应：

2SF6 + O2 →2SOF2 + 8F （氟化亚硫酰）

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）电器设备内的SF6气体分解物与其内的水分发生化学反应而生成某些有毒产物。

例如：SF6气体分解物与水的继发性反应：

SF4 + H2O →SOF2 + 2HF （氢氟酸）

SOF4 + H2O →SO2F2 + 2HF （氢氟酸）

SOF2 + H2O → SO2 + 2HF （二氧化硫）

SO2F2 + 2H2O → H2SO4 + 2HF （硫酸）

（4）电器设备内的SF6气体及分解物与电极（Cu －W 合金）及金属材料（AL 、Cu ）反应而生成某些有毒产物。

例如：SF6气体及分解物与电极或其它材料反应：

3SF6 + W → WF6（气态）+ 3SF4

3F + AL →ALF3（固态粉末）

3SOF2 + AL2O3 →2ALF3（固态粉末）+ 3SO2

SF6 + Cu →CuF2(固态粉末) + SF6

4SF6 + W + Cu →2S2F2（气态）+3WF6（气态）+ CuF2（固态粉末）

（5）电器设备内的SF6气体及分解物与绝缘材料反应而生成某些有毒产物。如与含有硅成分的环氧酚醛玻璃丝布板（棒、管）等绝缘件；或以石英砂、玻璃作填料的环氧树脂浇注件、模压件以及瓷瓶、硅橡胶、硅脂等起化学作用，生成SiF4、Si （CH3）2F2等产物。

4 SF6气体的危害

长期以来，由于对SF6气体的使用、管理不善、而导致许多有毒的、具有腐蚀性的气体

和固体分解物被排放到大气中，不但给我们赖以生存的环境造成了难以挽救的污染和破坏，同时还危及电器设备的正常运行和人们的身体健康。SF6气体的电弧分解物及反应生成物的生理特性见下表： SF6气体的电弧分解物及反应生成物的生理特性：

序号 化学成分 生理学特性

8 WF6 有刺激性。

1 S2F2 两只老鼠在10×1000μg/g的浓度中，15min 内均死亡，有刺激性。 2 SF4 在19μg/g的浓度中，4h 内动物的死亡率为50%；在10μg/g的浓度中停留1h ，

动物会出现呼吸困难的征兆。

3 S2F10 老鼠在0.1μg/g的浓度中停留1h 未发现有中毒症状；在1μg/g的浓度中刺

激肺部；在10μg/g的浓度中肺部发生腐烂。

4 SOF2 有刺激性。

5 SO2 有刺激性。

6 HF 有刺激性。

7 SiF4 有刺激性，从食物中摄取后对呼吸有危险。

4.1对人及动物的危害

从医学的角度来讲，各种分解物气体及生成物对人体的影响程度不光取决于其毒性的

大小，还与吸入到人体内量的大小和每个人的身体素质有关。作为客观地判断依据，日本将每一种动物物质的允许浓度设定为五级。即：A ——最低致命浓度；B ——半致命浓度（50%为死亡浓度）；C ——短时间停留极限，通常为15min ；D ——出现毒性反应的最低浓度；E ——为每天8h ，一周40h 的正常劳动时间，大多数人在此浓度下工作，均不会对健康有不良影响。

早在1979年，上海第一医学院和上海市化工局职业病防治研究所就对长期从事或接触SF6气体的人群进行了调查及动物试验。

在对生产和使用SF6气体的两家企业的工人进行职业流行病学调查中，对年龄、性别、劳动强度、专业工龄、是否吸烟等相近的工人，进行分组对照、比较，对工人们的健康情况未发现有明显的损害。但从统计的症状发生率来看，表现出乏力、记忆力差、咽痛、胸闷的人数较多。

在对动物（雌性大、小鼠）进行分组急性静式染毒试验、亚急性静式染毒试验中，分别将白鼠放在不同浓度的SF6新气体或（与电弧接触过的）开断气的气体分组箱里。其结果是急性静式染毒试验未发现异常，而亚急性静式染毒试验则发现一只大鼠的肺毛细血管在电子显微镜下有轻度亚微结构改变。是否就是由SF6气体引起的，因试验的动物数量有限，还难以定论。

4.2对环境的危害

近百年来，地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化。这种全球性的气候变暖是由自然的气候波动和人类活动所增强的温室效应共同引起的。减少温室气体排放、减缓气候变化是《联合国气候变化公约》和《京都议定书》的主要目标，而我国在减少温室气体排放方面所面临的国际压力越来越大。

温室效应是指大气中的二氧化碳等气体能透过太阳短波辐射，使地球表面升温。同时阻挡地球表面向宇宙空间发射长波辐射，从而使大气增温。由于二氧化碳等气体的这一作用与“温室”的作用类似，故称之为“温室效应”，二氧化碳等气体被称为“温室气体”。目前，发现人类活动排放的温室气体有六种，它们是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳合物、全氟化碳、六氟化硫，这当中氟化物就有三种。其中CO2对温室效应影响最大，占60%，而SF6气体的影响仅占0.1%，但SF6气体分子对温室效应具有潜在的危害，这是因为SF6气体一个分子对温室效应的影响为CO2分子的25000倍，同时，排放在大气中的SF6气体寿命特长，约3400年。现今，每年排放到大气中的CO2气体约210亿，而每年排放到大气中的SF6气体相当于1.25亿t CO2气体。

现在全球每年生产的大约8500t SF6气体中，约有一半以上用于电力工业。而在电力工业中，高压开关设备约占用气量的80%以上。其中中压开关的用气量约占1/10；主要是用在126～252kV 的高压、330～800kV 的超高压领域，特别是126kV ～252kV ～550kV 的断路器（GCB ）、SF6封闭组合电器（GIS ）、充气柜（C-GIS ）、SF6气体绝缘管道母线（GIL ）中。因此，合理、正确的使用管理SF6气体，减少排放量已到了非整治不可的地步。

5 SF6气体的使用现状及存在的问题

5.1环境保护意识淡薄

目前，尚有相当一部分人缺乏环境保护知识，对SF6气体的理化性能了解不够，对其给环境所造成的危害认识不深，环境保护意识淡薄。在生产、使用SF6气体的环节中由于使用、管理不当所造成的泄露及人为的排放相当严重。

5.2回收再利用或回收处理的不好

从国内的SF6气体回收装置的生产及需求数量上来看，每年约70台左右。而销售量最大的还是简易的抽真空、充气装置。究其原因，一是由于SF6气体回收装置的价格昂贵，每台在15～30万元人民币之间，而国外进口的价格更高，使其普及受到限制；二是除电器制造行业外，该装置的利用率很低，一般只在设备安装或检修时使用，闲置时间长。作为SF6气体使用量很大的高压电器制造行业的电力部门，其SF6气体回收装置的使用和管理并不理想；尤其一些中、小企业根本没有配备SF6气体回收装置。在电力行业，35kV 以下变电站几乎没有S6气体回收装置，有的地区是几个变电站共用一台。

SF6气体的回收处理更差，废气几乎都是一放了之或经过简单的过滤吸附而排放到大气中。因为，目前国内还没有一家生产的SF6气体回收装置可对SF6气体进行再生处理。SF6气体回收装置的功能均是对电器设备进行抽真空，将设备内的SF6气体回收至气腔压力为负133Pa ，同时将废气压缩到储气罐中，储气罐的容量最大为500kg 。而这些回收的“废气”一般用于电器设备中零部件检漏，很少有送回生产厂家对其进行再生处理的。

5.3管理制度不到位

对SF6气体的使用、管理没有建立完整的规章制度。SF6产品的装配厂房、检修间及检修现场等工作场 所均没有健全的通风设施和监控设备。对长期接触或短期接触SF6气体的人员在劳动保护方面欠考虑且没纳入安全生产的管理程序。

6预防措施

由于SF6气体分解产生的这些有毒气体和粉末对人及动物上呼吸道有强烈的刺激和腐蚀作用；并对环境造成污染和破坏，产生“温室效应”。因此，为尽量减少危害，将其所带来的不利影响降到最小程度。我们可采取以下行之有效的措施加以控制和防范。

6.1规定空气中SF6气体及其毒性分解物的允许含量

对空气中SF6气体及其毒性分解产物的允许含量各国均作了相应规定，其中美国的标准要求见下表。

根据动物性试验和现场调查的结果，并参照美国政府工业卫生医师会议（ACGIH ）的建议，生产车间空气中SF6的浓度阈限值为600mg/m3；短期接触阈限值为750 mg/m3；前苏联批准的生产车间空气中SF6的最高浓度为5000 mg/m3，因此，建议国内生产、使用SF6气体的车间空气中SF6的最高浓度不超过6000 mg/m3。