氣體特性與危害
描述主要氣體的特性及其相關危險。使用氣體探測器進行安全管理非常重要,因為即使是通常被認為安全的氣體在某些情況下也可能帶來危險。
氧氣(O2)
有毒氣體(一氧化碳, 二氧化碳等)
可燃氣體(CH4, H2 等)
其他氣體(一氧化碳2,等等)
氧氣 (O2)
氧氣是我們星球上生命所必需的。它也是支持日常生活的一系列行業(yè)的必需品,包括鋼鐵制造、化學品、紙張制造和醫(yī)藥。
然而,它也存在一定的危險。在這里,我們將介紹一些可能挽救生命的關于氧氣的事實。
空氣的組成
氧氣占據了地球大氣層的大約21%,對人類和其他生物來說是必不可少的。

缺氧(氧氣不足)的定義
缺氧是空氣中氧氣濃度低于18%的狀況。
根據日本《防止缺氧等令》第2條的規(guī)定

涉及缺氧的工業(yè)事故數據(1990 - 2020)(日本)

摘自厚生勞動省基本工業(yè)安全通知第0707-3號- 缺氧的主要原因 -氧氣消耗
金屬、礦石和土壤鐵的氧化、人類呼吸、谷物、水果、蔬菜和木材的呼吸、油漆和溶劑的氧化
惰性氣體或冷卻劑的攝入
攝入氮2氣體(包括液氮)、氬氣或CO2,攝入或積累如氟烴類的冷卻劑
可燃氣體的釋放
開挖時釋放甲烷氣體、燃料氣管道的氣體泄漏
過量的氧氣
更高的氧氣濃度會增加火焰的大小和溫度,降低可燃材料的著火溫度,并增加燃燒速度。所有這些都會增加火災的風險。
對于人類,持續(xù)吸入高氧濃度可能導致抽搐、失去意識,最壞的情況下可能導致死亡。
有毒氣體(一氧化碳、2硫等)在吸入或暴露于這些氣體時對人類有害的氣體被稱為有毒氣體。盡管這些氣體很危險,但許多行業(yè)依賴于它們的特定特性。
嚴格的法律標準規(guī)范了氣體的制造、運輸、使用和管理。在這里,我們將介紹有毒氣體的類型和特性,這在發(fā)生事故或災難的極小可能性情況下可能會有用。
毒氣的定義
雖然通過修訂部令對有毒氣體的定義進行了修改,但根據日本《一般高壓氣體安全 regulations》的示例標準,氣體泄漏檢測和報警設備的報警設定值保持不變,并且必須是閾限值或更低。
毒氣(在日本)丙烯腈、丙烯醛、二氧化硫、砷化氫、單硅烷、單甲胺、硫化氫(33種氣體列出)
及其他被《有害物質控制法》第2-1條指定為有毒物質的氣體*關于一般高壓氣體安全規(guī)定的示例性標準
有毒氣體(在日本)(2013年修訂前后比較)之前:33種列出的氣體
+ 最大允許濃度(=閾限值)不超過200 ppm
修訂后:33種列出的氣體
+ 毒物控制法第2-1條規(guī)定的有毒物質
* 唯一被分類為有毒物質的半導體材料氣體是氫氟酸(HF)。
閾限值 (TLV) 根據ACGIH(美國政府工業(yè)衛(wèi)生學家會議)推薦值
工作場所空氣濃度在以下水平,已被確定大多數工人不會有任何不良反應
?TWA(時間加權平均值:工人通常每天工作8小時,每周工作40小時的閾限值)
?STEL(短期暴露極限:15分鐘平均值不能超過的值)
?C(上限值:不能超過的上限值)
一氧化碳 (CO) 氣體這與紅細胞中的血紅蛋白結合,阻礙身體各部位的氧氣供應能力。暴露于這種物質會導致中毒癥狀。這些癥狀包括頭痛、惡心、眩暈、耳鳴、出汗和全身無力。
CO化學性質無色、無味氣體
微溶于水
分子量:28
比重:0.97,幾乎與空氣相同
TLV:25 ppm(ACGIH:美國政府工業(yè)衛(wèi)生會議)
爆炸下限(LEL):12.5 vol%
一氧化碳濃度、暴露時間及癥狀
一氧化碳濃度暴露時間和癥狀25 萬
(0.0025%)美國國家職業(yè)安全衛(wèi)生研究所 推薦暴露限值-時間加權平均值0.02 %輕微頭痛在2 - 3小時內0.04 %前額頭痛在1 - 2小時內,后腦勺頭痛在2.5 - 3.5小時內0.08 %頭痛、眩暈、惡心在45分鐘內,失去意識在2小時內。
0.16 %頭痛、眩暈、惡心在20分鐘內,失去意識在2小時內0.32 %頭痛,5 - 10分鐘內眩暈,30分鐘內死亡0.64 %頭痛,1 - 2分鐘內眩暈,10 - 15分鐘內死亡1.28 %死亡在1 - 3分鐘內
工作環(huán)境測量手冊
硫化氫 (H2S) 氣體這種氣體由于其高水溶性會刺激皮膚和粘膜,并通過抑制跨膜分子細胞色素氧化酶的作用來降低肺部的氧分壓,從而導致呼吸困難(細胞水平的缺氧)。 ⇒ 在高濃度下,這會加速并可能導致休克/失去意識。
輸入:H2S 化學性質無色、透明、有臭雞蛋氣味的氣體
易溶于水(40°C時為0.25 g/100 ml)
分子量:34
比重:1.190;比空氣重
閾限值:1 ppm(ACGIH:美國政府工業(yè)衛(wèi)生會議)
爆炸下限:4體積百分比 - 硫化氫中毒 -這指的是由于吸入含有硫化氫濃度超過10百萬分之一(= 10 ppm)的空氣而出現癥狀的情況。
* 如《預防缺氧等緊急事態(tài)應變令》第2條所定義。
硫化氫濃度、影響和毒性
濃度 (ppm)效應和毒性0.025氣味可以被檢測到的閾值。這因人而異。

0.3氣味清晰可聞3 - 5中等強度的難聞氣味10對眼膜的刺激下限。閾限值。20 - 40氣味強烈但不難忍。對肺膜的刺激下限。1002 - 15分鐘內嗅覺減退,1小時內眼睛和呼吸道出現刺激。
連續(xù)暴露8 - 48小時后可能導致死亡。170 - 300避免1小時暴露后嚴重健康損害的閾值。400 – 700暴露后生命危險
30分鐘 - 1小時800 - 900迅速失去意識,
呼吸衰竭,死亡1,000立即失去意識,死亡

可燃氣體 (CH4, H2 等)在空氣或氧氣中燃燒的氣體被稱為可燃氣體。這些氣體在噴霧罐和其他產品中使用,無論是在工業(yè)還是家庭中。
它們包括多種類型和性質。由于這些物質可能導致氣體爆炸和其他危險事件,各種法規(guī)對其使用進行了規(guī)范。在這里,我們將討論可燃氣體的類型和特性。
可燃氣體的定義(在日本)
《一般高壓氣體安全規(guī)定》對易燃氣體定義如下:?爆炸下限(與空氣混合時的爆炸極限,以下同)為10%或更低的氣體
?爆炸上限和下限之差為20%或更大的氣體
爆炸下限 (LEL):空氣中的濃度超過此值可能會發(fā)生爆炸
爆炸上限 (UEL):空氣中的濃度低于此值可能會發(fā)生爆炸示例:氫的爆炸范圍

?%LEL是按爆炸下限的百分比表示的濃度
?不同氣體的爆炸下限各不相同。(例如,對于甲烷,LEL是5體積百分比;對于異丁烷,LEL是1.8體積百分比)易燃氣體清單
甲烷 (CH4) 氣體
- 甲烷 (CH4) 氣體性質和特征 -
?易燃(燃燒范圍相對較窄)
燃燒范圍:5體積% - 15體積%
?不會輕易或自發(fā)燃燒
著火點(自發(fā)燃燒溫度:537 °C
?比空氣輕
分子量:16.04;比重(與空氣比較):0.6
?天然氣(包括頁巖氣和甲烷水合物)的主要成分
廣泛用作燃料氣
?無色、無味、對人類無害
?其全球變暖系數約為二氧化碳的25倍2,據稱是全球變暖的原因之一
它存在于反芻動物(如牛、羊和山羊)排放的氣體中。
許多國家正在進行研究,以減少排放,保護全球環(huán)境。
氫氣 (H2)
氫(H)是地球上最輕和最豐富的元素。
氫是一種可燃氣體,具有低最低點火能量和廣泛的爆炸范圍,當與空氣混合時。由于它在燃燒時不會產生溫室氣體CO2,不像其他典型的可燃氣體如甲烷和丙烷,近年來它已成為潛在清潔能源的焦點。
典型可燃性氣體:CH4 + 2O2 → 2H2O + CO2(溫室氣體)排放
氫氣:H2 + 1/2O2 → H2O- 氫氣 (H2) 的性質和特性 -
?易燃(廣泛的可燃范圍)
可燃范圍:4體積% - 75體積%
?不會自行或自發(fā)燃燒
著火點(自發(fā)燃燒溫度):570 °C
?地球上最輕的氣體
分子量:2.017;比重(與空氣比較):0.07
?無色、無味、對人類無害
?燃燒時不產生CO2
低環(huán)境負荷
?資源豐富;地球上最豐富的元素
制造方法:水的電解(例如,海水)、從化石燃料中提取、鋼鐵制造的副產氣體等。
- 主題: 使能氫社會的技術雖然氫氣是一種易燃氣體,存在爆炸風險,但它在防止全球變暖方面被認為可能發(fā)揮重要作用,因為它不會產生CO2排放,不像其他化石燃料。- 氫能使用示例 -
電制氣利用可再生能源(如太陽能和風能)制造氫氣和合成甲烷的技術。目前,全球正在進行研究和示范測試,以建立一個環(huán)保的低碳社會。
甲烷化從CO2和H2合成甲烷(CH4)的技術,甲烷是天然氣的主要成分。2作為原料合成的CH4可以被認為是碳中和的燃料。與直接使用H2不同,合成的CH4將允許利用現有的天然氣基礎設施。
FCVs(燃料電池車輛)車輛通過氫和氧在燃料電池中發(fā)生化學反應產生電力來驅動電機。由于這種技術不會排放二氧化碳,被看作是一種環(huán)保的零排放技術。2,唯一的排放物是水。
有機氫化物技術技術利用MCH(甲基環(huán)己烷)實現氫氣的存儲和運輸,MCH的體積約為氫氣的1/500。這是通過氫氣和甲苯的催化反應產生的。這將允許長時間存儲氫氣,并以更安全、更簡單的方式運輸更大體積的氫氣。
其他氣體(例如,CO2等)其他有害氣體也在各種工業(yè)和家庭環(huán)境中使用。在這里,我們將解釋與檢測CO2氣體泄漏相關的術語,即蒸氣比重和蒸氣壓力,這是其中一個SDGs所強調的關鍵因素。
一氧化碳2對人體的影響
二氧化碳毒性低,很少引起呼吸道癥狀。在高濃度下,它會產生麻醉作用,可能導致窒息死亡。
一氧化碳2 化學性質無色、無味氣體
不可燃
可溶于水 溶解度:90.1 mL/100 mL,20 °C
分子量:28 相對密度:1.5
TLV:5,000 ppm(ACGIH:美國政府工業(yè)衛(wèi)生學家會議)
在《一般高壓氣體安全條例》中未被定義為有毒氣體
建筑物衛(wèi)生維護法
(簡稱: 建筑維護法)
(在日本)特定總面積超過一定數值的指定建筑物的所有者、占用者和管理人必須按照政府法令規(guī)定的標準維護建筑物(例如,百貨商店、辦公室、學校、酒店)(第4條)
建筑環(huán)境衛(wèi)生管理標準(政府法令第2條)
空調設備需要提供凈化后的空氣,以確保二氧化碳濃度不超過1,000 ppm。
一氧化碳2 濃度和癥狀
一氧 氣體濃度癥狀0.1 % (1,000 ppm)建筑衛(wèi)生管理標準0.5 %每日8小時暴露于TLV-TWA閾值下,會對身體造成有害影響。
1 - 2 %引起不適3 - 4 %刺激呼吸中樞,導致呼吸頻率加快、脈搏和血壓升高、頭痛和頭暈等癥狀。6 %呼吸困難7 - 10 %數分鐘內失去意識,發(fā)紺,死亡
一氧化碳2氣體濃度的老化以下圖表顯示了1987年至2020年間日本大氣中CO2氣體濃度的變化。
CO2氣體的濃度每年都在增加,近年來大氣中CO2氣體的濃度已達到410 ppm或更高。

基于巖手縣五所川口市的氣象廳測量數據二氧化碳(CO2)是導致全球變暖的溫室氣體之一。2016年《巴黎協定》的簽署國正在推進脫碳措施以減少CO2排放。
* 2015年在巴黎舉行的《聯合國氣候變化框架公約》締約方會議(簡稱“COP”)上啟動的應對氣候變化的國際倡議,從2020年開始。
其他參考資料:Covid-19 群體預防措施
關于改善通風不良的封閉空間的通風方法的詳細信息(傳單)發(fā)布在厚生勞動省網站上(2020年4月3日修訂),指出根據建筑維護法標準促進室內通風(二氧化碳濃度不超過1,000 ppm)是防止感染群風險的措施之一。
蒸汽的比重
這表示在標準條件下,某種氣體的密度與空氣的密度之比。這是在考慮氣體探測器的安裝位置時必須考慮的因素之一。
對于比空氣重的氣體(蒸汽的比重 > 1)

如果發(fā)生氣體泄漏,氣體可能會在低點積聚
⇒ 應在低點安裝氣體探測器。
對于比空氣輕的氣體(蒸汽的比重 < 1)

如果發(fā)生氣體泄漏,氣體可能會在高點積聚
⇒ 應在高點安裝氣體探測器。
蒸氣壓
這是指液體在特定溫度下轉變?yōu)闅怏w的壓力。如果從VOCs或其它有機溶劑的SDS(安全數據表)等文件中可以獲得蒸汽壓數據,這就可以用于計算以確定物質在給定溫度下會汽化的濃度。
示例計算:
乙醇 蒸汽壓:5.8 kPa/20 °C
如果大氣壓為 101.3 kPa
蒸汽壓濃度 (%) = 蒸汽壓 ÷ 大氣壓 = 5.8 ÷ 101.3 ≒ 5.73 體積%
因此,20 °C 時乙醇的蒸汽壓濃度約為 5.73 體積%