壓力容器理論

理論課二

九、換熱器

按換熱方式來分，換熱器有直接式、蓄熱式和間壁式換熱器。

直接式換熱器適用于參與換熱的氣體和液體以直接接觸的方式進行換熱。這類換熱器只

適用于參與換熱的兩種流體不相溶混，或兩者之間有物質(zhì)擴散、機械夾帶的場合。如圖2-29。

蓄熱式換熱器多用于高溫爐氣中回收熱量，來預(yù)熱空氣或?qū)怏w加熱至高溫。如圖2-30。

圖2-29直接式換熱器圖2-30蓄熱式換熱器圖圖2-31螺旋板式換熱器

間壁式換熱器（參與換熱兩流體不相混）分板式換熱器如圖2-31螺旋板式換熱器

圖2-32板式換熱器、圖2-34板翅式換熱器。圖2-33、35、36、37、38都是管式換熱器。

圖2-32板式換熱器圖2-33沉浸式

蛇管換熱器

圖2-34板翅式換熱器

圖2-35列管式換熱器圖2-36蛇管式噴淋式、套管式換熱器

圖2-37浮頭式列管換熱器圖2-38帶膨脹節(jié)固定管板列管換熱器

殼體和列管間產(chǎn)生溫差應(yīng)力時，浮頭可伸張，殼體和列管間產(chǎn)生溫差應(yīng)力時，可由膨脹節(jié)補

一旦浮頭墊片密封不嚴(yán)，容易造成管內(nèi)外流體償。

混合，適用于管內(nèi)外介質(zhì)相同流體的換熱。

第三章壓力容器安全附件

壓力容器常用的安全附件有安全閥、壓力表、爆破片、液面計及測溫裝置及快開門式壓

力容器的安全聯(lián)鎖裝置。

一、安全閥

安全閥是一種山進口靜壓開啟的自動泄壓防護裝置，它是壓力容器最為普通最為重要的安全

附件之一。它的功能在于：容器內(nèi)的壓力超過某一定值時，依靠介質(zhì)自身的壓力自動開啟閥

門，迅速排出一定數(shù)量的流體。當(dāng)容器內(nèi)的壓力降到允許值時，閥又自動關(guān)閉，使容器內(nèi)的

壓力始終低于允許壓力的上限，自動防止因超壓而可能出現(xiàn)的事故，因此安全閥又叫安全門，

保險閥，所以安全閥也被稱為壓力容器的最終保護裝置。安全閥開放排氣時，山于氣體從閥

中高速噴出，發(fā)出較大的響聲，因而也能起到自動報警的作用。

(1)彈簧式安全閥

如圖3-1所示彈簧式安全閥主要由1,閥座、2、閥芯、3,閥蓋、4,閥桿、5,彈簧、6,

彈簧壓蓋、7,調(diào)節(jié)螺絲、8,銷子、9,閥帽、10,提升手柄、11,閥體等組成。

圖3T彈簧式安全閥

(2)杠桿式式安全閥

圖3-2是杠桿式式安全閥，它是運用杠桿原理通過杠桿和閥桿將重錘的重力矩作用于閥芯，

以平衡氣體壓力作用于閥芯的力矩。當(dāng)重錘的力矩小于氣體壓力的力矩時，閥芯被頂起，安

全閥排氣泄壓。杠桿式式安全閥結(jié)構(gòu)簡單.，調(diào)整容易、準(zhǔn)確。缺點是比較笨重，常因壓力容

器振動而發(fā)生泄漏現(xiàn)象。

圖3-2杠桿式式安全閥

（3）安全閥的有哪些基本要求

1）密封性能良好，不但能在正常工作壓力下保持嚴(yán)密不漏，而且耍求在開啟排放壓力

降低后能關(guān)閉，仍能繼續(xù)保持密封；

2）動作靈敏可靠，當(dāng)壓力達到開啟壓力時，閥瓣能迅速自動跳起，順利地排除介質(zhì)；

3）在排放壓力下，閥瓣應(yīng)達到全開位置，閥門達到安全排放量；

4）結(jié)構(gòu)緊湊合理，調(diào)節(jié)方便。

（4）安全閥安裝的要求

1）安全閥應(yīng)垂直安裝，并應(yīng)裝設(shè)在壓力容器液面以上氣相空間部分，或裝設(shè)在

與壓力容器氣相空間相連的管道上。

2）壓力容器與安全閥之間的連接管和管件的通孔，其截面積不得小于安全閥的

進口截面積，其接管應(yīng)盡量短而直。

3）壓力容器一個連接口上裝設(shè)兩個或兩個以上的安全閥時，則該連接口人口的

截面積，應(yīng)至少等于這些安全閥的進口截面積總和。

4）安全閥與壓力容器之間一般不宜裝設(shè)截止閥門。為實現(xiàn)安全閥的在線校驗，

可在安全閥與壓力容器之間裝設(shè)爆破片裝置。對于盛裝毒性程度為極度、高度、

中度危害介質(zhì)，易燃介質(zhì)，腐蝕、粘性介質(zhì)或貴重介質(zhì)的壓力容器，為便于安全

閥的清洗與更換，經(jīng)使用單位主管壓力容器安全的技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，并制定可靠

的防范措施，方可在安全閥（爆破片裝置）與壓力容器之間裝設(shè)截止閥門。壓力容

器正常運行期間截止閥必須保證全開（加鉛封或鎖定），截止閥的結(jié)構(gòu)和通徑應(yīng)不

妨礙安全閥的安全泄放。

5）安全閥裝設(shè)位置，應(yīng)便于檢查和維修

（5）壓力容器上安全閥超壓起跳的處理辦法：

（1）馬上打開排空管閥門，泄壓：（2）安全閥回落后，觀察容器工作時是否符合工藝參數(shù)；

（3）檢查容器出口管線是否堵塞，檢查調(diào)節(jié)閥：（4）如不能保證容器正常T作參數(shù)，應(yīng)停

車查找原因并檢修。

安全閥在以下情況下，應(yīng)停止使用并更換：（1）安全閥的閥芯和閥座密封不嚴(yán)且無法修復(fù)；

（2）安全閥的閥芯和閥座粘死或彈簧嚴(yán)重腐蝕、生銹；（3）安全閥選型錯誤。

.、防爆片和防爆帽

（1）防爆片是由一個膜片、一副夾盤、（一對法蘭）和螺栓形成防爆片組合件。如圖3-3所

示，其中a為使用拉伸型防爆膜，其特點是爆破壓力穩(wěn)定，爆破范圍大；b是利用透鏡和錐

形夾盤形成的爆破片，可用在高壓場合；c是通過螺紋套管夾住膜片形成爆破裝置，但膜片

易松動，可靠性差。

圖3-3

（2）防爆帽與易熔塞：防爆帽，如圖3-4（上）所示，是一種斷裂破壞型的一次使用安全

裝置，防爆帽的頂部密封，短管上有一處薄弱斷面，如壓力容器內(nèi)超壓時，薄弱斷面斷裂卸

壓。保證了容器的安全。易熔塞，如圖3-4（下）所示，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，溫度急劇上升，

由Pb、Sn、Cd等制作的易熔塞合金迅速熔化，容器的壓力釋放，保證了容器的安全。圖中

1為易熔塞，2為壓力容器。

圖3-4防爆帽（上）與易熔塞（卜一）

三、壓力表

壓力表如圖3-5所示壓力表是測量貯罐或管道內(nèi)壓力大小的儀表。在貯罐上裝設(shè)壓力表，可

以直接指示貯罐內(nèi)的壓力值，以便監(jiān)視和控制罐內(nèi)的壓力不超過允許值，保證貯罐的安全使

用。低壓壓力容器使用的壓力表精度不低于2.5級，中壓及高壓容器使用的壓力表精度不

低于1.6級。壓力表表盤直徑應(yīng)大于或等于100毫米，壓力表表盤刻度極限應(yīng)為最高工作

壓力的1.5—3倍。

圖3-5扇形齒輪傳動的彈簧管壓力表

左圖為扇形齒輪傳動的彈簧管壓力表其中1、接頭：2、刻度盤；3、指針；4、機座；5、彈

簧管；6、傳動機構(gòu)；7、連桿；8、中心齒輪；9、游絲；10、下夾板；11、扇形齒輪；12、

輪；13、調(diào)整螺絲；右圖為帶杠桿的彈簧管壓力表，其中5是拉桿,6是彎曲杠桿，此表可

使表針旋轉(zhuǎn)90度。

圖3-5(1)為波紋平膜式壓力表，常用

于工作介質(zhì)有腐蝕性的容器中。圖中1、

平面薄膜2、下法蘭3、上法蘭4、接頭

5、表殼、6、銷柱7、拉桿8、扇形齒

輪9、小齒輪10、指針11、游絲12、

刻度盤

此表用于工作介質(zhì)有腐蝕性的容器中。

(1)壓力表的安裝要求如下：

1)裝設(shè)位置應(yīng)便于操作人員觀察和清洗，且應(yīng)避免受到輻射熱、凍結(jié)或震動的

不利影響；

2)壓力表與壓力容器之間，應(yīng)裝設(shè)三通旋塞或針形閥；三通旋塞或針形閥上應(yīng)

有開啟標(biāo)記和鎖緊裝置；壓力表與壓力容器之間，不得連接其他用途的任何配件

或接管；

3)用于水蒸氣介質(zhì)的壓力表，在壓力表與壓力容器之間應(yīng)裝有存水彎管；

4)用于具有腐蝕性或高粘度介質(zhì)的壓力表，在壓力表與壓力容器之間應(yīng)裝設(shè)能

隔離介質(zhì)的緩沖裝置。

（2）有以下的情況要更換壓力表：

1）有限止釘?shù)膲毫Ρ?，在無壓力時，指針不能回到限止釘處；

2）表盤封面玻璃破裂或表盤刻度模糊不清；

3）封印損壞或超過校驗有效期限；

4）表內(nèi)彈簧管泄漏或壓力表指針?biāo)蓜樱?/p>

5）指針斷裂或外殼腐蝕嚴(yán)重；

6）其它影響壓力表準(zhǔn)確指示的缺陷。

（3）壓力表的校驗和維護應(yīng)符合國家計量部門的有關(guān)規(guī)定。壓力表安裝前應(yīng)進

行校驗，在刻度盤上應(yīng)劃出指示最高工作壓力的紅線，注明下次校驗日期。壓力

表校驗后應(yīng)加鉛封。

四、液位計（液面計）

超量灌裝是液化石油氣液體貯罐發(fā)生破裂事故的主要原因，貯罐的液體存量多少以及是否超

量灌裝，主要依靠液位計來觀測的。

（1）雙面玻璃板式液體計如圖3-6,主要由上、下閥、框盒、平板玻璃構(gòu)成。有讀數(shù)直觀,

結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜等優(yōu)點。由于要耐壓不可做得太長。大型儲罐要上下做成兒段，安裝及

檢修不太方便?？墒褂靡兹?、有毒的介質(zhì)，但是不可在罐車上使用。

圖3-6玻璃板式液位計

（2）浮球液位計，又稱浮球式磁力液位計，其工作原理是當(dāng)容器內(nèi)液位升降時，以浮球為

感受元件，帶動連桿結(jié)構(gòu)，通過?對齒輪使互為隔離的一組門形磁鐵轉(zhuǎn)動并帶動指針，使的

刻度盤上指出容器內(nèi)的充裝量。此液位計常安裝在液化氣體槽車上。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，動作

可靠，精度較高，指示直觀，讀數(shù)清晰，安裝維護方便且耐用，如圖3-7所示。

圖3-7液化氣體槽車用浮球液位計

（3）低溫液體液位計如圖3-8所示，儲槽1中的液位高為A,嚴(yán)格密封的盒體2以管3與

儲罐上部相連，薄膜盒4的下部以管5與儲罐下部相連。薄膜盒4的下部的壓力永遠(yuǎn)比在儲

槽上部盒體2中壓力要大，常溫的液位是用連通器的原理來測液面，而低溫液位計液相和氣

相測的是汽化吊的壓力差，所以管5來的壓力肯定比管3來壓力要大，為此盒體2中的拉桿

6要往上提，拉桿6與軸7相連，軸7上裝有扇形齒輪8,此齒輪與小齒輪9相嚙合，小齒

輪的軸上裝有指針10,指針在刻度板11中指出刻度，經(jīng)試驗后可以可以算出刻度與液面的

關(guān)系。當(dāng)然，在同一刻度下，不同的液體介質(zhì)換算出的液位高度也不同。

圖3-8低溫液體儲罐液位計

（1）壓力容器用液面計應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并應(yīng)符合下列要求：

1）應(yīng)根據(jù)壓力容器的介質(zhì)、最高工作壓力和溫度正確選用；

2）在安裝使用前，低、中壓容器用液面計，應(yīng)進行1.5倍液面計公稱壓

力的液壓試驗；高壓容器的液面計，應(yīng)進行1.25倍液面計公稱壓力的液

壓試驗；

3）盛裝以下介質(zhì)的壓力容器，應(yīng)選用防霜液面計；

4）寒冷地區(qū)室外使用的液面計，應(yīng)選用夾套或保溫型結(jié)構(gòu)的液面計；

5）用于易燃、毒性程度為極度、高度危害介質(zhì)的液化氣體壓力容器上，

應(yīng)有防止泄漏的保護裝置；

6）要求液面指示平穩(wěn)的，不應(yīng)采用浮子（標(biāo)）式液面計：

7）移動式壓力容器不得使用玻璃板式液面計。

（5）液面計應(yīng)安裝在便于觀察的位置，如液面計的安裝位置不便于觀察，

則應(yīng)增加其他輔助設(shè)施。大型壓力容器還應(yīng)有集中控制的設(shè)施和警報裝

置。液面計上最高和最低安全液位，應(yīng)作出明顯的標(biāo)志。

（6）壓力容器運行操作人員，應(yīng)加強對液面計的維護管理，保持完好和

清晰。使用單位應(yīng)對液面計實行定期檢修制度，可根據(jù)運行實際情況，規(guī)

定檢修周期，但不應(yīng)超過壓力容器內(nèi)外部檢驗周期。

（7）壓力容器用液面計應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并應(yīng)符合下列要求：

（8）液面計每年校驗一次，有下面的情況要檢修液面計：①超過檢修周

期；②表盤封面玻璃破裂或表盤刻度指示模糊不清；③閥件固死；④出現(xiàn)

假液位。

五、溫度計

溫度計是用來測量壓力容器貯罐內(nèi)溫度變化的儀表。對于液化石油氣的存貯，其溫度是一個

重要參數(shù)。其飽和蒸氣壓隨溫度的變化而迅速變化，因此必須有可靠、準(zhǔn)確的測溫儀表觀測

罐內(nèi)的溫度變化。嚴(yán)禁超溫操作。壓力容器貯罐常用的溫度計有玻璃管液體溫度計、雙金屬

溫度計及壓力式溫度計：

（1）普通雙金屬溫度計如圖3-9（左）所示，雙金屬溫度計是利用由于溫度的變化使兩

種金屬熱電勢有不同變化的原理做的測溫儀表。其中1為指針,2為度盤3保護管,4、

調(diào)軸,5自由端,6感應(yīng)元件,7固定端熱電偶。

（2）壓力式溫度計如圖3-9（右），壓力式（膨脹式）溫度計是利用物體受熱后的熱膨脹

原理測溫的儀表。1溫包，2毛細(xì)管，3支持座，4扇形齒輪，5連桿，6彈簧管，7

齒輪，8游絲，9指針。

圖3-9雙金屬溫度計（左）及壓力式溫度計（右）

（3）圖3-10為貴重金屬熱電偶，熱電勢與溫度的對應(yīng)關(guān)系已通過試驗獲得并制成圖表，儀

表上可以直接讀出溫度。熱電偶中1為工作端，2為瓷管，3為設(shè)保護管，4為鋼保護管。

圖3T0貴重金屬熱電偶圖3T1銷電組溫度計

(4)鉆電組溫度計如圖3-11所示，用金屬絲繞成電阻，常用于液氧、液氮的

低溫設(shè)備中，其中：a為用云母片做成的骨架；b為用石英玻璃圓柱做成的骨架；c為外形

圖。其中1為銀引出線，2為伯線，3為鋸齒形云母片做成的骨架，4為保護用云母片，5

為銀綁帶，6為銷電阻橫斷面，7為保護套管，8英玻璃圓柱做成的骨架，9連接法蘭，10

接線盒

圖3T2截止閥的結(jié)構(gòu)。

六、閥門

(1)截止閥

截止閥如圖3-12所示，用在是液化氣體貯罐的進液口、出液口、氣相口、排污口、排氣口、

安全閥口、回流口等。圖中1、手輪2、螺母3、閥桿4、填料壓蓋5、填料6、閥蓋7、閥

體8、閥芯9、閥座.截止閥的作用是利用閥芯(又稱閥瓣)的開度來調(diào)節(jié)液體流量和開、

關(guān)流體通路。截止閥的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，密封性能好，制造和維修方便。截止閥的結(jié)構(gòu)基

本相同，當(dāng)按順時針方向旋轉(zhuǎn)手輪1時，閥桿3向下移動，并帶動閥芯8壓向閥座9,從而

將通路切斷。反之，若按逆時針方向旋轉(zhuǎn)手輪時，閥桿帶動閥芯相應(yīng)上升，閥門隨之開啟。

截止閥的通道形式有a直通式，b直流式，c角式。安裝截止閥時，必須使氣體的流向與閥

體上箭頭指示的方向一致，即由下向上流過閥芯與閥座之間的空隙，以減小流動阻力，便于

閥門開啟。

(2)擺動式止回閥及球閥如圖3—13所示，圖中擺動式止回閥1為閥蓋，2為閥芯，3為閥

體。具有結(jié)構(gòu)簡單，流動阻力小的優(yōu)點。其閥芯上端與閥體用插銷連接，通過閥芯自由

擺動來實現(xiàn)開啟和關(guān)閉，這種閥多用在垂直或大直徑的管道上，缺點是密封性差。

圖3—13擺動式止回閥及球閥

(3)節(jié)流閥：用于降壓、降溫等焰節(jié)流用其結(jié)構(gòu)如圖3-14(左)所示，其特點是閥口為

錐形結(jié)構(gòu)。

(4)疏水閥：如圖3-14(右)所示。疏水閥也叫阻氣排水閥，其作用是自動排泄蒸汽管道

和設(shè)備中不斷產(chǎn)生的冷凝水、空氣及其他不可凝性氣體，又同時阻止蒸汽的逸出。

圖3-14節(jié)流閥、疏水閥：

(5)低溫閥：因為低溫儲溫度低為減少閥桿伸出部分的傳熱，所以低溫閥的閥桿較長，將閥

桿分成兩部分，之間通過撥叉來進行開關(guān)，填料函以下的部位為真空絕熱如圖3-15所示。

------------------4

-Mfr-------------

----------------

?M4E--------

TIHAi

一艮H&ikit芹一.ZZD-??

3支空I一一在此球

一用桿X件J4n口

g。2mm6,L離tf

一內(nèi)懺&M停

只懷套、

■收。金翻、「

MAEtHft—?!

內(nèi)心/、《

派派一

圖3-15低溫閥

制造壓力容器及附件的材料種類較多，有金屬材料和非金屬材料-，黑色金屬和有色金屬等，

目前絕大多數(shù)的壓力容器是鋼制的。壓力容器及附件是在承壓狀態(tài)下工作的，有些同時還要

承受高溫或腐蝕介質(zhì)的作用，因此工作條件較差，易產(chǎn)生變形、腐蝕和疲勞等損壞。此外，

在低溫（-183XM更低）時。僅有l(wèi)Crl8Ni9Ti-類的黑色金屬及紫銅、黃銅、鋁合金一

類的有色金屬才保持一定的沖擊韌性，可用做低溫閥中的低溫零件。

第四章壓力容器常用介質(zhì)及其特性

1.易燃、無毒永久氣體：以氫氣（玲）為例

（1）用途：氣體燃料，石油精煉，制造油脂、硬化油等人造奶油，甲醇、鹽酸、氨等的

合成，焊接和金屬的切割，氣象觀測，玻璃的融化，冶金工業(yè)，冷卻劑（液氫），半導(dǎo)體制

造用平衡氣、蝕刻氣、標(biāo)準(zhǔn)氣、零點氣、校正氣、熱氧化、外延、擴散、多晶硅、鴇化、離

子注入、載流、燒結(jié)等。

（2）制法：

1）水電解法

2）煤和焦碳的氣化法

C+H20-H2+C0

CO+H2O-*CO2+H2

C0+3H2—CH4+H2O

CH"+HzO-C0+3H2

3）石油或天然氣的分解法

CH+nlbO-nC0+（n+m/2）

CnHm+n/202fnCO+m/2H2

C0+H20-C02+H2

4）回收石油化工業(yè)副產(chǎn)品氣體中的氫

5）回收食鹽電解副產(chǎn)品氣體中的氫

6）回收煉鋼工業(yè)副產(chǎn)品氣體中的氫（煉焦?fàn)t氣、高爐氣和轉(zhuǎn)爐氣）

（3）理化性質(zhì)：

分子量：2.016

熔點(101.325kPa):-259.2℃

沸點(101.325kPa):-252.8℃

液體密度(-252.766℃,101.325kPa):70.973kg/m3

氣體密度(0℃,101.325kPa):0.0899kg/m3

相對密度(25℃,10L325kPa,空氣=1)：0.0695

比容(21.1℃,101.325kPa):11.9674m7kg

壓縮系數(shù)見表4-1。

表4-1氫氣的壓縮系數(shù)

溫度/℃壓縮系數(shù)

101.325kPa1013.25kPa10132.5kPa50662.5kPa

251.0011.0061.06131.3244

301.0001.0061.05791.3014

臨界溫度：-239.9℃

臨界壓力：1297kPa

在空氣中可燃范圍(20℃,101.325kPa):4.0—74.5%

在氧氣中可燃范圍(20℃,101.325kPa):4.5%?94%

在空氣中爆轟范圍(20℃,101.325kPa):18.3%?59%

在氧氣中爆轟范圍(20℃,101.325kPa):15%?90%

在空氣中最低燃點(101.325kPa):570℃

在空氣中當(dāng)量燃燒時火焰溫度：1430℃

在空氣中當(dāng)量燃燒時最大火焰速度：2.65m/s

在氧氣中可燃范圍(20℃,101.325kPa):4%—94%

在氧氣中最低自燃點(101.325kPa):560℃

在氧氣中當(dāng)量燃燒時火焰溫度：2830℃

在氧氣中當(dāng)量燃燒時最大火焰速度：14.36m/s

在氧氣中當(dāng)量燃燒時燃燒熱：12761J/m1高)

11506J/m3(W

氫是在已知氣體中最輕的氣體。氫在常溫常壓下是無色無臭無味的可燃性氣體。它除因

缺氧而引起窒息外，還沒有發(fā)現(xiàn)毒性。氫與空氣、氧、鹵素的親和力強。氫氣在空氣和氧氣

中有很寬的可燃范圍。氫氣的燃點較高，但其點火能很小，所以能很容易著火，在微小的靜

電火花下也容易著火。這是一-個具有特殊意義的性質(zhì)。當(dāng)它接觸明火或遇熱時就可燃燒，而

且發(fā)出幾乎看不見的火焰。氫氣又是種高能燃料，當(dāng)與空氣或其它氧化劑結(jié)合著火時，以

放熱或爆炸的方式釋放出大量的能量，其反應(yīng)的猛烈程度取決于燃燒的條件。氫與鹵素氣體

的混合物在日光下也能發(fā)生爆炸。氫與一氧化二氮的混合物的爆炸范5.2%?80%,與一

氧化氮混合物的爆炸范圍為13.5%?49%。氫氣的這一易燃易爆性是極其危險可怕的特性。

氫又是很容易擴散和浸透的氣體，它非常容易泄漏，而且易停留在天花板等高處。

低溫氫氣與常溫氫氣密度不同，當(dāng)它從液態(tài)氫開始蒸發(fā)時比空氣重，沉積在地面上，等

升溫后才開始擴散。冷氫氣遇到潮濕空氣時能形成濃霧，并由此可看出它擴散的跡象。但在

可見到的濃霧外圍仍能形成爆炸性混合物。如果氫氣云在最初閃速蒸發(fā)時著火，就會產(chǎn)生火

球。

氫的還原性很強，在高溫與金屬氧化物、金屬氯化物反應(yīng)游離出金屬，所以它一般沒有

腐蝕性。在白金等催化劑的作用下與有機化合物作用還原醛等不飽和燃。

C2H2+H2-C2H2

C2H4+H2-*C2H6

ClhCHO+ieCH3cH20H

CH3COOC2H5+2HL2cH3cHzOH

CH3COCH3+H2-CH3CH-CH3

OH

氫又能浸入金屬的晶格之間使晶格膨脹或變形，造成金屬材料的脆化。鋼材在高溫下而

受氫的浸蝕產(chǎn)生如下脫碳反應(yīng)。

Fe3C+2H2-CH.i+3Fe

因此對氫氣的易燃易爆性應(yīng)引起足夠地重視。

氫氣一般充裝在高壓鋼瓶或液化后裝在低溫容器中。所以除了高壓氫氣的泄漏起火或爆

炸的危險之外，還有被液氫冷燒傷的危險。

2.可燃、有毒、永久氣體：以一氧化碳(CO)為例

(1)用途：燃料，還原劑，有機合成的原料，用于制備碳基金屬、光氣、硫氣化碳、芳

香族醛、甲酸、苯六酚、氯化鋁、甲爵，用于氫化甲?；饔?，用于制備合燃(合成汽油)、

合醇(竣酸、乙醇、醛、酮及碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，鋅白顏料?，氧化鋁成膜，標(biāo)準(zhǔn)氣，校

正氣，在線儀表標(biāo)準(zhǔn)氣。

(2)制法

1)碳?xì)浠衔餁怏w(天然氣、丙烷、煉油廠氣)經(jīng)過活性碳層脫硫后與水蒸氣及C02

混合，然后通過裝滿保催化劑的反應(yīng)管(溫度780C)時，產(chǎn)生一氧化碳。

CHi+aO-C0+3H2

CHI+2H2O->CO2+4H2

因為在原料氣中有CO”優(yōu)先進行前一個反應(yīng)。經(jīng)過脫水及吸收除掉CO?之后從分離塔

的塔底和塔頂分別得到CO和H2OCO純度可達98.6%。

2)CO?與燒紅的煤相互作用。

3)焦碳或煤的不完全燃燒。

4)水煤氣或煤氣中分離出。

5)蟻酸與濃硫酸作用。

(3)理化性質(zhì)

分子量：28.0104

熔點(三相點15.3kPa):-205.1℃

沸點(101.325kPa):-191.5℃

液體密度(T91.5℃,101.325kPa):789kg/m3

氣體密度(0℃,101.325kPa):1.2504kg/n?

相對密度(氣體，空氣=1,101.325kPa)：0.967

比容(21.1℃,101.325kPa):0.8615m7kg

氣液容積比：(15℃,lOOkPa)：674L/L

臨界溫度：-140.2℃

壓縮系數(shù)見表4-2。

表4-2一氧化碳的壓縮系數(shù)

溫度/℃壓縮系數(shù)

lOOkPalOOOkPa5000kPalOOOOkPa

150.99960.99590.98480.9845

500.99980.99880.99811.0070

空氣中可燃范圍(20℃,101.325kPa):12.5%~74%

空氣中最低燃點(10L325kPa):630℃

最易引燃濃度：30%

產(chǎn)生最大爆炸壓力的濃度：35.2%

一氧化碳在常溫常壓下為無色、無臭、無味、無刺激性的窒息性氣體?？諝庵锌扇?，燃

燒時發(fā)出藍色火焰。與空氣混合形成爆炸性混合物。與酸、堿和水不起反應(yīng)。在高溫高壓下，

與鐵銘銀等金屬反應(yīng)生成跋基金屬，與氯結(jié)合形成光氣，與皴基金屬結(jié)合形成跋基金屬化合

物。一氧化碳具有還原作用，在室溫下有缽及銅的氧化物混合存在時，一氧化碳可氧化成

co”有一種防毒面具就是利用這種原理。

?氧化碳是有毒氣體，它是在沒有任何刺激的情況下進入人體慢慢引起中毒。這時，人

不僅感覺不到而且還有某種快感，所以它更是危險可怕的氣體。

（4）毒性：一氧化碳對人的毒性作用如表4-3所示。

表4-3一氧化碳對人的毒性

濃度/KT'作用

100可耐受2~3小時

400?500在1小時內(nèi)還表現(xiàn)不出明顯的作用

600—7001小時后才顯出作用

1000—12001小時后產(chǎn)生不快感但無危險

1500-2000在1小時內(nèi)構(gòu)成危險

4000在1小時內(nèi)致死

最高容許濃度：200mg/m3

眾所周知，-?氧化碳是與人們的日常生活密切相關(guān)的有毒氣體。它對人體的毒害作用機理大

致如下：一氧化碳對血紅蛋白（，b）的親和力比氧大240倍，而碳氧血紅蛋白的離解速度

又比氧合血紅蛋白小3500倍。因此，一氧化碳被吸入人體內(nèi)后，迅速與血紅蛋白結(jié)合成碳

氧血紅蛋白，即一氧化碳置換了血液中的氧。另外，血液中碳氧血戲蛋白的大量存在影響氧

合血紅蛋白的解離作用，造成組織缺氧，引起窒息，并導(dǎo)致一系列的中毒癥狀。

，氧化碳急性中毒，根據(jù)臨床表現(xiàn)可分為輕度、中度和重度三級。

輕度中毒表現(xiàn)為頭暈、眼花、劇烈頭痛、耳鳴、頸部壓迫感和搏動感，尚有惡心、嘔吐、

心悸、四肢無力，但無昏迷。脫離中毒現(xiàn)場，吸入新鮮空氣或進行適當(dāng)治療之后，癥狀可迅

速消失。

中度中毒除上述癥狀外，還表現(xiàn)為初期多汗、煩燥、步態(tài)不穩(wěn)、皮膚和粘膜蒼白，并隨

著中毒加重而出現(xiàn)櫻桃紅色，以面頰前胸及大腿內(nèi)側(cè)最為明顯，意識蒙攏甚至昏迷。如能及

時搶救，可很快蘇醒，一般無明顯并發(fā)癥和續(xù)發(fā)癥。

重度中毒除具有一部分或全部中度中毒的癥狀外，患者可迅速進入不同程度的昏迷狀

態(tài)，時間可持續(xù)數(shù)小時至幾晝夜，往往出現(xiàn)牙關(guān)緊閉、強直性全身痙攣、大小便失禁和病理

反射。常伴發(fā)中毒性腦病、心肌炎、吸入性肺炎、肺水腫及電解質(zhì)紊亂等。另外，可出現(xiàn)大

腦損傷的一系列體征，如體溫升高、出汗、白細(xì)胞增多、血糖升高、糖尿、蛋白尿等，還可

出現(xiàn)血中乳酸增高及乳酸脫氫酶活性增高等生化改變。腦電波異常，重癥時表現(xiàn)為波幅變低。

有的重癥患者在蘇醒之后，經(jīng)過一段“清醒期”又出現(xiàn)一系列神經(jīng)系統(tǒng)嚴(yán)重受損的表現(xiàn),

稱為“急性一氧化碳中毒神經(jīng)系統(tǒng)續(xù)發(fā)癥”，其程度與昏迷的深度有密切關(guān)系。

，氧化碳的慢性中毒比急性中毒更可怕。慢性中毒時即使是低濃度也會產(chǎn)生后遺癥而造

成不幸的后果。一氧化碳中毒最不幸的后遺癥是喪失記憶力、癡呆癥及麻痹性障礙。

吸入一氧化碳?xì)怏w中毒的患者應(yīng)及忖轉(zhuǎn)移至空氣新鮮通風(fēng)良好之處，安置休息并保持溫

暖舒適。如果患者處于昏迷狀態(tài)時應(yīng)立即送醫(yī)院診治。如果呼吸微弱或停止時要立即進行人

工呼吸和輸氧，呼吸開始恢復(fù)后，打開一個亞硝酸戊酯藥管嗅聞15—30秒。每隔2—3分鐘

嗅聞一次，用藥量以不超過兩個藥管為限。然后就醫(yī)進一步診治。

千萬要注意，對人事不省或呼吸停止者不能輕易地放棄搶救，在醫(yī)生到來之前盡可能爭

取時間進行搶救。

3.助燃（氧化性）、無毒、永久氣體：以空氣為例

（1）用途：呼吸，零點氣（合成空氣），空分原料。

（2）制法：自然存在

（3）理化性質(zhì)

干燥空氣的正常組成見表4-4。

表4-4空氣的正常組成

組分體積百分?jǐn)?shù)/%

N278.09

0220.94

Ar0.93

C020.033

Ne18.18-101

He5.239-101

Kr1.139-101

4

H20.5.10

Xe0.086-10-4

Rn6.104

分子量(平均值)：28.96

冷凝點(101.325kPa):-191.35℃

液體沸點(101.325kPa):-194.35℃

液體密度(-194.35℃,101.325kPa):876.21kg/m3

氣體密度(-194.35℃,101.325kPa):3.271kg/m3

(0℃,101.325kPa):1.2931kg/m3

比容(21.1℃,101.325kPa):0.8303m7kg

壓縮系數(shù)見表4-5。

表4-5空氣的壓縮系數(shù)

溫度/K壓縮系數(shù)

101.325kPa1013.2kPa10132.5kPa

3000.999700.997970.9933

3501.000021.000211.0176

臨界溫度：140.6℃

臨界壓力：3769kPa

自然狀態(tài)下的空氣是一種無色無臭無味的混合氣體?？諝庵械难跏侨撕粑豢扇鄙俚?，

一般人每次呼吸的空氣量約500ml,每人每天需吸入12m,左右的空氣。地球周圍的空氣，即

大氣，可分為對流層、平流層和電離層三部分。對流層是靠近地面密度最大的一層，其厚度

為10—12公里。離地面越高，空氣中含氧量越少。在20℃和101.325kPa時空氣在水中的

溶解度為18.68cm7cm%人類的正常生存需要清潔無污染的空氣?？諝庵械暮趿繙p少或混

入其它有害物質(zhì)，都會對人體產(chǎn)生不良后果。

4.強氧化性、無毒、永久氣體：以氧氣(。2)為例

(1)用途：化工和冶金中的強氧化劑、制造水煤氣和天然氣、低溫氧化石油氣、焊接及

切割金屬、火箭發(fā)動機、輸氧呼吸裝置、空氣凈化、液態(tài)氧炸藥、制冷劑、染料、半導(dǎo)體制

造用等離子蝕刻、氧化擴散、化學(xué)氣相淀積、標(biāo)準(zhǔn)氣、校正氣、零點氣、在線儀表標(biāo)準(zhǔn)氣、

醫(yī)療氣、光導(dǎo)纖維的制備。

(2)制法

1)空分。

2)水電解。

(3)理化性質(zhì)

分子量：32.0

熔點(101.325kPa):-218.8℃

沸點、(101.325kPa):-183.0℃

液體密度(90.18K,101.325kPa):1141kg/m3

氣體密度(0℃,101.325kPa):1.4289kg/m3

相對密度(氣體,25℃,101.325kPa,空氣=1)：1.105

比容(21.1℃,101.325kPa):0.7554m7kg

氣液容積比(15℃,lOOkPa):854L/L

臨界溫度：-118.6℃

臨界壓力：5043kPa

氧的壓縮系數(shù)見表4-6。

表4-6氧的壓縮系數(shù)

壓縮系數(shù)

溫度/K

lOOkPalOOOkPalOOOOkPa50000kPa

3000.99940.99410.95421.1572

3500.99980.99790.98701.1722

氧在常溫常壓下為無色無臭無味的氣體，液化后成藍色。氧本身不燃燒，但能助燃。氧

的化學(xué)性質(zhì)活潑，能與多種元素化合發(fā)出光和熱，也即燃燒。當(dāng)氧與易氧化物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的

熱蓄積到一定程度時就會自燃。當(dāng)空氣中氧的濃度增加時火焰的溫度和火焰長度增加，可燃

物的著火溫度下降。氧與氫的混合氣具有爆炸性（見氫項）。液氧和有機物及其它易燃物質(zhì)

共存時，特別是在高壓下，也具有爆炸的危險性，與其他物質(zhì)的危險反應(yīng)見表4-7。

表4-7氧與一些物質(zhì)的反應(yīng)

反應(yīng)物狀況反應(yīng)結(jié)果附注

丙酮在空氣中爆炸

苯二氯胺在空氣中爆炸

松節(jié)油在空氣中爆炸

氣活性碳+氧化鐵在空氣中爆炸氧化鐵為觸媒

活性碳+磷在空氣中爆炸磷吸收氧放出熱量

乙醛生成過氧化物爆炸

氫、甲烷、乙塊、硫、金屬粉未點火摩擦爆炸

木炭未（含鐵鋅）在空氣中爆炸

氧碳化鈣加熱爆炸碳化鈣和水份起爆炸

反應(yīng)

鋅箔加熱爆炸

液活性炭在空氣中爆炸在室溫

木炭粉未在空氣中爆炸在室溫

氧乙醛在空氣中爆炸在室溫

乙醛、酒精及有機物接觸燃燒及爆

炸

鐵粉摩擦燃燒

鐵銹摩擦燃燒

（4）毒性：

氧是空氣的主要成分之一，占正?？諝怏w積的21.0%,是一切動植物內(nèi)的組成成分。氧參

與有機體內(nèi)的各種代謝過程，是生命活動必不可缺的元素之一。但是，正常人體只需要一定

濃度的氧，氧的濃度過高或過低都對人有害。氧的分壓過低會導(dǎo)致缺氧癥，氧的分壓過高會

引起“氧中毒”。

在常壓下，氧的濃度超過40%時，就有發(fā)生氧中毒的可能性。人的氧中毒主要有兩種類

型：1）肺型——主要發(fā)生在氧分壓為1?2個大氣壓，相當(dāng)于吸入氧濃度40%?60%左右。

開始時，胸骨后稍有不適感，伴輕咳，進而感胸悶、胸骨后燒灼感和呼吸困難、咳嗽加劇。

嚴(yán)重時可發(fā)生肺水腫、窒息；2）神經(jīng)型——主要發(fā)生于氧分壓在3個大氣壓以上時，相當(dāng)

于吸入氧濃度80%以上。開始多出現(xiàn)口唇或面部肌肉抽動、面色蒼白、眩暈、心動過速、虛

脫，繼而出現(xiàn)全身強直性癲癇樣抽搐、昏迷、呼吸衰竭而死亡。

正常成年人在安靜狀態(tài)下，每分鐘約耗氧250ml,即每天需氧量約360升，但體內(nèi)貯存

的氧僅1.5升左右，即使貯存氧全部被利用也只夠組織消耗4?5分鐘。因此，機體必須不

斷地自外界吸入氧氣，才能維持正常生命活動。

如果氧的供給不足或由于體內(nèi)氧的代謝過程發(fā)生障礙，無法獲得足夠的氧或正常利用氧，

以致產(chǎn)生機體的一系列變化，甚至危及生命，這就稱為“缺氧”。不同程度缺氧的主要表現(xiàn)如表

4-8所示。

表4-8人的缺氧表現(xiàn)

氧濃度

主要表現(xiàn)

(常壓時)/%

14—16呼吸加深加快、脈率增速、脈搏加強、血壓升高、

肢體肌肉協(xié)調(diào)動作稍差。

10—14疲乏無力、精神不集中，反應(yīng)遲鈍、思維紊亂

6—10頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、意識朦朧、紫鉗

6以下心音低鈍、脈搏微弱、血壓下降、潮式呼吸或呼吸

停頓、抽搐、瞳孔擴大、繼而心跳呼吸停止、死亡

液態(tài)氧能刺激皮膚和組織，引起冷燒傷。從液態(tài)氧蒸發(fā)的氧氣易被衣服吸收，而且遇到

任何一種火源均可引起急劇地燃燒。

氧中毒治療應(yīng)及時，加強通風(fēng)，改吸空氣，安靜休息，保持呼吸道通暢，給予鎮(zhèn)靜、抗

驚厥藥物，防止肺部繼發(fā)感染。動物實驗證明大劑量維生素C對氧中毒有一定療效，可以采

用。預(yù)防在于合理使用氧，使用高壓時，應(yīng)嚴(yán)格控制次數(shù)和時間。

缺氧的救治，關(guān)鍵在于除去造成缺氧的原因和防治腦水腫。一般應(yīng)立即撤離現(xiàn)場，吸入

氧氣，宜用正壓給氧，有條件時，可采用高壓氧治療。心跳呼吸停止時，要進行人工呼吸，

心臟按摩，盡快地使患者復(fù)蘇。

5.不燃、無毒、永久氣體：以氮氣(N2)為例

(1)用途：化肥、氨、硝酸等化合物的制造，惰性保護介質(zhì)，速凍食品、低溫粉碎等的

制冷劑、冷卻劑，電子工業(yè)中的外延、擴散、化學(xué)氣相淀積、離子注入、等離子干刻、光刻

等，還用作標(biāo)準(zhǔn)氣、校正氣、零點氣、平衡氣等。

(2)制法

1)空氣分離法。

2)氨或亞硝酸鐵的分解法：NH4NO2-*N2+2H2OO

3)在銅屑上通過氧化氮。

(3)理化性質(zhì)

分子量：28.0134

溶點(三相點,12.53kPa):-210.0℃

沸點(101.325kPa):-195.8℃

臨界溫度：-146.9C

臨界壓力：3400kPa

在常溫常壓下，氮為無色無臭無味的惰性氣體。氮在空氣中約占78.1%。液態(tài)氮也是惰

性，比水輕，但在高溫下與氧化合。在空氣中不燃燒。在高溫、高壓下，有催化劑時與氫合

成氨。

N2+0L2N0

N2+3H2-2NH3

氨本身無毒，無刺激性，吸入的氮氣仍以原形通過呼吸道排出。然而，空氣中含氮量增

加會造成氧的稀釋，影響人的正常呼吸。高濃度的氮氣可引起窒息。液氮接觸皮膚能引起冷

燒傷。

吸入高濃度氮氣的患者應(yīng)迅速轉(zhuǎn)移至空氣新鮮處，安置休息并保持溫暖。皮膚接觸液氮

時應(yīng)即用水沖洗，如果產(chǎn)生凍瘡，須就醫(yī)診治。

三、低壓液化氣體的物化性能

低壓液化氣體可有以下三類：見表2-9。

表4-9低壓液化氣體分類

組別氣體名稱

氯、溟化氫、二氧化硫、二氧化氮、碳酰二氯（光氣）、氟化氫、

1.不燃無毒和不燃有毒、酸性腐蝕氣六氟丙烯（全氟丙烯）、二氟二氯甲烷（R-12）、一氟二氯甲烷

體（R-21）、二氟氯甲烷（R-22）、四氟二氯乙烷（R-114）、二氟澳氯

甲烷（RT2BJ

氨、硫化氫、丙烷、環(huán)丙烷、正丁烷、異丁烷、丙烯、異丁烯、

2.可燃無毒和可燃有毒、堿性腐蝕氣1-丁烯、二氟氯乙烷（RT42b）、1,1,1-三氟乙烷（R-143a）、1,1-

體二氟乙烷（R152a）、氯甲烷（甲基氯）、氯乙烷（乙基氯）、漠甲烷（甲

基溟）、一甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二甲醛

3.易分解或聚合的可燃?xì)怏w1,3-丁二烯、三氟氯乙烯、溪乙烯、甲基乙烯基酸、環(huán)氧乙烷

1.強氧化性、劇毒、酸性腐蝕、低壓液化氣體：以氯為例

（1）用途：有機和無機氯化物的制造，殺蟲劑，溶劑，消毒劑，漂白劑，去污劑，甘

油，塑料，香料，農(nóng)藥，藥品，冶煉，橡膠，干刻，光纖維，晶體生長，熱氧化，標(biāo)準(zhǔn)氣，

校正氣。

（2）制法

1）電解氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂等溶液。

2）電解熔融堿金屬和堿土金屬氯