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一、乙炔乙炔屬于碳?xì)浠衔?，又名電石氣，化學(xué)分子式為C2H2，在常溫和常壓下是無色無味的氣體。工業(yè)用乙炔因含有硫化氫(H2S)、磷化氫(PH3)和氨(NH3)等雜質(zhì)，故具有特殊的刺激性臭味和一定的毒性。

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，乙炔的密度為1．17kg／m3，易與空氣均勻?昆合形成爆炸性混合物。

乙炔的液化溫度為－82．4～－83．6℃，液態(tài)和固態(tài)乙炔，受摩擦或沖擊會發(fā)生爆炸。

乙炔微溶于水，能溶于苯、汽油，易溶于丙酮。其在丙酮中的溶解度與乙炔的壓力和溫度有關(guān)，如在1MPa、10℃時溶解度為293g／kg。

1．乙炔的燃燒特性

乙炔是可燃?xì)怏w，它與空氣混合燃燒時所產(chǎn)生的火焰溫度可達(dá)2350℃，乙炔與氧氣混合燃燒溫度可達(dá)3000～3300℃。

(1)乙炔完全燃燒的反應(yīng)式為

2C2H2＋5O2＝4CO2＋2H2O＋Q

乙炔的高熱值(在0℃和0．1MPa下)為Q＝58520kJ／m3；低熱值(換算到20℃和0．1MPa)為Q＝52668kJ／m3；

(2)乙炔的自燃點(diǎn)為335℃，易受熱自燃。

(3)火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，在空氣中傳播的最高速度?．87m／s，在氧氣中為13．5m／s。

(4)點(diǎn)火能量小，僅0．019mJ，容易發(fā)火。

由此可見，乙炔是一種具有爆炸性危險的氣體。乙炔分子不穩(wěn)定，很易分解，隨著乙炔的分解即放出它在生成時所吸收的全部熱量。

2．乙炔的爆炸特性

乙炔是不飽和的碳?xì)浠衔铮砂l(fā)生分解反應(yīng)和聚合反應(yīng)，具有爆炸的危險性。

乙炔的爆炸性首先取決于乙炔在一瞬間的壓力和溫度，同時，乙炔爆炸的可能性也決定于其中含有的雜質(zhì)、水分、催化劑以及火源的性質(zhì)、形狀和散熱的條件等。

一般來說，當(dāng)溫度超過200～300℃時，就開始聚合反應(yīng)，形成其他更復(fù)雜的化合物，如苯(C6H6)、苯乙烯(C8H8)、甲苯(C6H5CH3)等。聚合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，氣體溫度越高，聚合反應(yīng)越大，放出的熱量會促使更進(jìn)一步聚合。當(dāng)溫度高于500℃時，未聚合的乙炔分子就會發(fā)生爆炸性分解，生成碳和氫氣。如果這種分解是在乙炔發(fā)生器或乙炔瓶等密閉容器內(nèi)進(jìn)行時，由于溫度和壓力的急劇增高就會引起爆炸。

增加壓力也能促使和加速乙炔的聚合和分解反應(yīng)。溫度和壓力對乙炔的聚合反應(yīng)和爆炸分解的關(guān)系由圖2-4中的曲線表示。從圖中可以看出：當(dāng)壓力為0．15MPa，溫度超過580℃時，就能形成分解爆炸。

圖2-4 乙炔的聚合和分解爆炸范圍

乙炔與空氣混合能形成爆炸性?昆合物乙炔濃度，爆炸極限為2．55％～80％，自燃點(diǎn)為305％；與氧氣混合有更寬的爆炸濃度范圍，其爆炸極限為2．8％～93％，自燃點(diǎn)為300℃；與氯氣混合在日光照射下或加熱即發(fā)生爆炸；乙炔還能和氟、溴等化合，發(fā)生燃燒爆炸。

乙炔與銅、銀接觸會生成乙炔銅(Cu2C2)和乙炔銀(Ag2C2)等爆炸化合物，當(dāng)受到摩擦沖擊時就會發(fā)生爆炸。工業(yè)用乙炔含有磷化氫和硫化氫，磷化氫的自燃點(diǎn)較低，溫度為100～149℃時就會發(fā)生自燃，容易引起發(fā)生器乙炔和空氣混合氣的著火爆炸事故。磷化氣來自電石內(nèi)雜質(zhì)磷化鈣與水的作用。

將乙炔與氮、水蒸氣和一氧化碳等不起反應(yīng)的氣體混合或者將乙炔溶于液體，可降低其分解爆炸的危險性。

3．乙炔的安全使用

根據(jù)對乙炔的危險性分析，使用乙炔時必須注意下列安全要求。

(1)不得超過安全規(guī)則規(guī)定的壓力極限，如中壓乙炔發(fā)生器的工作壓力不得超過0．147MPa。

(2)不得超過安全規(guī)則規(guī)定的溫度，如發(fā)生器發(fā)氣室的乙炔溫度不得超過90℃，水溫不得超過60℃。

(3)裝盛乙炔的容器和管道需保持良好的冷卻條件，例如在給發(fā)生器灌水時，必須達(dá)到規(guī)定的水位，以保證有足夠的冷卻用水，又如發(fā)生器不得在夏季烈日下曝曬等。

(4)在操作使用乙炔發(fā)生器或在乙炔存在的車間、庫房等場所工作時，必須嚴(yán)格遵守有關(guān)規(guī)定，嚴(yán)禁煙火。

(5)裝盛乙炔的容器或管道應(yīng)遠(yuǎn)離火源，以防噴濺的火星點(diǎn)燃乙炔，造成事故。安全規(guī)則規(guī)定，乙炔發(fā)生器距離火源不得小于10m。

(6)在氣焊與氣割操作中，一旦形成了乙炔與空氣(或氧氣)的爆炸性混合氣(如加入電石后在發(fā)生器的發(fā)氣室里，在發(fā)生回火的膠管里，或者在焊補(bǔ)的燃料容器里等)，就必須采取安全措施，徹底排除后，才能給焊割炬點(diǎn)火或者進(jìn)行焊補(bǔ)動火。

(7)乙炔著火時，嚴(yán)禁使用四氯化碳滅火器撲救。否則除了有爆炸危險外甲醇報警器，還會產(chǎn)生有毒氣體光氣(COCl2)。

(8)乙炔發(fā)生器的零件，如管接頭、閥門、襯墊及其他附件損壞時，不得用銀和銅制造的零件替換。某些容易腐蝕生銹的管件需用銅制零件替換時，含銅量應(yīng)低于70％。

(9)乙炔發(fā)生器上禁止使用水銀溫度計。

(10)乙炔中磷化氫含量應(yīng)低于0．08％。在啟用新的一批電石或者對電石質(zhì)量情況不明或發(fā)現(xiàn)質(zhì)量有問題時，應(yīng)及時化驗(yàn)分析乙炔的雜質(zhì)含量。灑落在地面上的電石粉末，不得用水沖洗，以免磷化氫自燃著火。

(11)電石與水接觸前，可先用氮?dú)獯祾甙l(fā)氣室，將空氣排出。

(12)在浮桶式發(fā)生器的浮桶放人室桶里的操作中，人的頭部不得處于浮桶上方，盡量兩人操作。

(13)限制乙炔管道的直徑也是防爆的一種技術(shù)措施。例如安全規(guī)則規(guī)定：工作壓力0．007～0．15MPa的中壓乙炔管道，應(yīng)采用內(nèi)徑為80mm以下的無縫鋼管；工作壓力0．15～0．25MPa的高壓乙炔管道，應(yīng)采用20mm以下的無縫鋼管。使用中不得隨意更換大管徑管道。

二、液化石油氣

液化石油氣是石油煉制工業(yè)的副產(chǎn)品。其主要成分丙烷(C3H8)約占50％～80％，其余為丙烯(C3H6)、丁烷(C4H10)和丁烯(C4H8)等。液化石油氣在氣態(tài)時是一種略帶臭味的無色氣體。在常溫常壓下，組成液化石油氣的這些碳?xì)浠衔镆詺怏w狀態(tài)存在，只要外加不大的壓力(0．5～1．5MPa)即變成黃綠色油狀液體，因此便于裝入瓶中儲存和運(yùn)輸。

隨著我國石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，用液化石油氣代替乙炔用于氣割，具有較好的安全性。液化石油氣也可用于焊接有色金屬。國外還用乙炔和液化石油氣混合，作為氣焊的燃燒氣源。

1．液化石油氣的燃燒特性

(1)液化石油氣燃燒的化學(xué)反應(yīng)，以丙烷代表石油氣為例分析。

C3H8＋5O2＝3CO2＋4H2O＋Q

其中，Q＝2340．8kJ／mol，火焰溫度為2000～2800℃，由此可見，其比氧乙炔焰溫度低200～300℃，用于氣割時金屬熱時間需稍長，但可減少切口邊緣過燒現(xiàn)象，切口整齊，切割質(zhì)量較好。

(2)組成石油氣的幾種氣體都能和空氣形成爆炸混合氣。但它們的爆炸極限范圍都比較窄。例如丙烷、丁烷和丁烯的爆炸極限分別為2．17％～9．5％，1．15％～8．4％，1．7％～9．6％，比乙炔要安全得多。但液化石油氣與氧氣混合有較寬的爆炸極限，其范圍為3．2％～64％。有關(guān)石油和氧氣混合的燃燒爆炸性能的試驗(yàn)結(jié)果見表2-2。

(3)液化石油氣易揮發(fā)、閃點(diǎn)低，其中的主要成分丙烷揮發(fā)點(diǎn)為－42℃，閃點(diǎn)為－20℃，所以在低溫時，它的易燃性是很大的。

(4)氣態(tài)石油氣比空氣密度大，易向低處流動并能擴(kuò)散到很遠(yuǎn)的地方，遇明火燃燒而滯留積聚在低洼處與空氣易形成爆炸性混合氣。液態(tài)石油氣比汽油密度小，能漂浮在水面上，隨水流動并在死角處聚集，而且常溫常壓下會迅速揮發(fā)，這時體積可以膨脹250～350倍而快速擴(kuò)散。

(5)液化石油氣有一定的毒性，在空氣中含量很少時一般不會中毒；當(dāng)濃度較高時，就會引起人的麻醉；當(dāng)空氣中的濃度大于10％時，則有使人中毒的危險。

(6)液化石油氣對普通橡膠導(dǎo)管和襯墊有膨潤和腐蝕作用，能造成膠管和襯墊的穿孔或破裂。

2．液化石油氣使用安全

(1)使用和儲存液化石油氣瓶的車間和庫房下水道的排水口，應(yīng)設(shè)置安全水封，電纜溝進(jìn)出口應(yīng)填裝砂土，暖氣溝進(jìn)出口應(yīng)砌磚抹灰，防止氣體竄人其中發(fā)生火災(zāi)爆炸，室內(nèi)通風(fēng)孔除設(shè)在高處外，亦應(yīng)在低處設(shè)有通風(fēng)孔，以利空氣對流。

(2)襯墊、膠管等必須采用耐油性強(qiáng)的橡膠，不得隨意更換襯墊和膠管，以防因受腐蝕而發(fā)生漏氣。

(3)冬季使用液化石油氣，可在用氣過程中以低于40℃的溫水加熱，也可用幾個石油氣瓶并聯(lián)，以保證供氣量的需要，嚴(yán)禁用火烤或沸水加熱，不得靠近爐火和暖氣片等熱源。

(4)防止泄漏。如膠管與氣瓶和焊割炬的連接處，以及氣瓶閥等應(yīng)保證連接嚴(yán)密。

(5)在使用和儲存過程中，如發(fā)現(xiàn)漏氣而又無法制止時，應(yīng)立即把瓶體移至室外安全地帶，讓其逸出，直到瓶內(nèi)氣體排盡為止。有缺陷的氣瓶和瓶閥應(yīng)標(biāo)明，并送專門修理部門，經(jīng)修理和試驗(yàn)合格后，才能重新使用。

三、氧氣

1．壓縮純氧及其危險性

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氧氣是一種無色、無味、無臭的活性氣體，其分子式為O2密度為1．43kg／m3，比空氣稍重(空氣密度為1．29k8／m3)；在－183℃時，氧變成淡藍(lán)色的液體；在－219℃時，就凝成淡藍(lán)色雪狀的固體。國內(nèi)經(jīng)常發(fā)生輸氧管道著火事故，其燃燒多始于管路或管件內(nèi)部，尤其是減壓閥、截止閥、彎頭、三通或四通、法蘭連接等管件處。當(dāng)其因某種原因被引燃后，首先管壁的某處被高熱的火焰燒穿，高壓氧氣流夾帶火舌從孔口噴出，引起管道呈白熱狀態(tài)的更熾熱的燃燒。同時，常在氧氣流噴出之際，發(fā)生爆炸似的響聲，此響聲常被誤認(rèn)為發(fā)生爆炸。其實(shí)只不過是伴隨金屬火災(zāi)而產(chǎn)生的管道破裂，并在壓力下氣體噴出的燃燒現(xiàn)象。

氧氣只是助燃物質(zhì)，本身是不燃燒的，管道材質(zhì)為碳鋼也是難燃的，那為什么會發(fā)生輸送管道火災(zāi)呢?

(1)氧氣流中夾帶的可燃固體顆粒是造成輸氧管道火災(zāi)的能源之一。

當(dāng)管道中殘存有鐵銹垢乙炔濃度，或氧氣流中因某種原因混入固體顆粒，而被高速流動的氧氣流席卷流動時，盡管固體小顆粒經(jīng)摩擦所攜帶的熱量很小。但顆粒間被熱導(dǎo)率很低的氧氣流所包圍，就存在蓄熱可能。如該顆粒是砂子、Fe3O4等難燃物質(zhì)，是不會引燃管壁而著火；若為焦炭粒子(積炭)、煤粒子、鐵粉(FeO、Fe2O3)等可燃粒子，因其著火溫度遠(yuǎn)低于鐵的著火溫度二氧化碳檢測儀，在常壓氧氣中約300～400℃，而在高壓氧氣流中還要低數(shù)十?dāng)z氏度。因此鐵粉，在氧氣中流中流動時與管壁摩擦很容易達(dá)到著火溫度而自燃引起受熱燃燒。鐵粉燃燒放熱量大(7285J／g)，而且又被熱導(dǎo)率很低的氧氣流包圍，熱的傳遞受阻，故鐵粉在高壓氧氣流中燃燒熱的蓄積會使自身成為高熱(多為1000～2000℃)的熾熱粒子，其溫度足以把管道內(nèi)的可燃物點(diǎn)燃，特別是燃燒反應(yīng)的鐵粒子表面，具有中間生成物的活性氧使燃燒反應(yīng)更為劇烈。

在鐵銹垢中，主要是未完全氧化的FeO、Fe2O3和Fe3O4，鐵銹垢的顆粒度為10目、50目、100目時，瞬間引燃溫度為312～315℃。比鐵粉著火溫度還低。由此可見，輸送潮濕氧氣的管道，如再改輸干燥氧氣時，因其內(nèi)壁會產(chǎn)生鐵銹，則有發(fā)生輸氧管道火災(zāi)的極大危險。

(2)輸氧管道中存在著可燃物，必定會造成輸氧管道著火。

任何可燃物質(zhì)在氧氣流中的燃點(diǎn)要比在空氣中為低，而氧的濃度和純度越高，燃點(diǎn)越低，壓力越大，燃點(diǎn)越低。表2-3列出金屬的燃點(diǎn)與氧氣壓力的關(guān)系。

又如，工業(yè)礦物油脂與30atm(3039750Pa)以上的氧氣接觸，會立即發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)而自燃，并且這些可燃物一旦燃燒起來，燃燒速度比空氣中快得多。這樣強(qiáng)烈的燃燒是以誘發(fā)法蘭盤、管道等金屬材料的燃燒，而且當(dāng)可燃材料的燃燒熱越大，引燃金屬材料的可能性越大。特別是當(dāng)管道的法蘭、閥門、三通等處的密封元件為橡膠、石棉板、塑料等高分子材質(zhì)時，燃燒軟化后會被帶壓的氧氣流吹走，進(jìn)而造成噴氧災(zāi)害。

(3)絕熱壓縮產(chǎn)生的熱量可以釀成管道火災(zāi)的火源。

在管道內(nèi)，當(dāng)處于高壓狀態(tài)的氧氣急劇降至低壓狀態(tài)，可產(chǎn)生近于絕熱狀態(tài)的壓縮過程。由于壓縮熱量產(chǎn)生的速度快，而且難于在瞬間傳遞出去，故會使壓縮系統(tǒng)急劇升溫。其溫升與壓力變化幅度的函數(shù)關(guān)系為

式中 Y——?dú)怏w的比熱容比(Cp，Cv)。

當(dāng)p2＝150atm(15198750Pa)時絕熱壓縮后的氣體溫度為953℃，足以引起管壁與氧之間的燃燒反應(yīng)發(fā)生。當(dāng)其中存有鐵垢(312～315℃)、鐵粉(300～400℃)、潤滑油、纖維、橡膠聚乙烯(300～500℃)等可燃物時，15atm(1519875Pa)的氧氣急劇壓縮就可引起可燃物質(zhì)著火。因此，絕熱壓縮發(fā)生在輸氧管道內(nèi)是不可忽視的火源之一。

(4)熔敷在內(nèi)壁上的赤熱鐵粉會燒穿管壁。

根據(jù)資料記載；鐵粉自燃點(diǎn)為316℃，粉碎下限為120g／m3，最小點(diǎn)火能量為100mJ。這樣，堅(jiān)硬固體顆?；驓饬鳑_刷管壁，而摩擦損耗脫離的鐵粉，在摩擦熱的作用下，是很容易發(fā)生自燃。處于自燃狀態(tài)的赤熱鐵粉在高速氧氣流中高速運(yùn)動，而流到急變的直轉(zhuǎn)彎部位(如T形管處)，便以極大的動量撞擊管內(nèi)壁，耗去大部分動能后，沿管壁沉積下來，造成赤熱鐵粉的蓄積，其在燃燒中會逐步熔化而黏附在管內(nèi)壁上。熔敷處的管壁在此高溫下，可發(fā)生鐵與氧的燃燒反應(yīng)，造成管壁切割穿孔，發(fā)生噴氧災(zāi)害。

因此，輸氧管道選用不銹鋼管材。密封墊選難燃或不燃材料。潤滑油選用蒸氣冷儲液。安裝檢修完后要認(rèn)真脫脂，并用干燥氮?dú)獯祾摺⒃噳骸?/p>

2．氧氣使用安全

(1)常壓下空氣中氧含量超過正常數(shù)值時，會急劇增加可燃物的燃燒速度。如空氣中氧濃度達(dá)30％時，棉布的燃燒速度比在含氧21％的空氣中快兩倍，因此，制氧工廠動火時，空氣中氧濃度不得超過21％。

(2)常壓下，空氣中氧含量超過40％時乙炔濃度，有可能發(fā)生氧中毒。吸入40％～60％含氧空氣時，會出現(xiàn)胸骨后不適感，輕咳、進(jìn)而胸悶，胸骨后燒灼感和呼吸困難。嚴(yán)重時可發(fā)生肺水腫，甚至出現(xiàn)呼吸窘迫綜合征。長期處于氧分壓為60～100kPa(相當(dāng)于吸人氧濃度為40％左右)的條件下，可發(fā)生眼損傷，嚴(yán)重時可失明。因此，禁止用純氧來改善空氣條件或通風(fēng)換氣。

(3)氧氣充裝、排放速度過快，容易產(chǎn)生靜電火花。充氧時壓力超過9．8MPa，氧氣流速將大于允許流速幾倍，氧分子與管壁摩擦?xí)a(chǎn)生靜電火花，若瓶閥上有油脂，就會發(fā)生燃燒。

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