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氣體基本常識---氣體的一般概念
2008-7-31 9:55:00
1.1氣體的一般概念
1.1.1比容
比容是單位重量物質所占有的容積，用符號V表示，氣體比容單位用m³/kg,液態(tài)比容7/kg表示。
1.1.2臨界溫度和臨界壓力
因為任何氣體在一點溫度和壓力下都可以液化，溫度越高，液化所需要的壓力也越高，但是當溫度超過某一數(shù)值時，即使在增加多大的壓力也不能液化，這個溫度叫臨界溫度 ，在這一溫度下最低的壓力就叫做臨界壓力，例如：水的臨界溫度為374.15℃，臨界壓力為225.65kgf/cm²,氨的臨界溫度為132.4℃，臨界壓力為115.2kgf/cm²。
1.1.3汽化和凝結
汽化是指物質由液態(tài)變成氣體的過程，其包括蒸發(fā)和沸騰。凝結是汽化的逆過程，也即由氣體變成液體的過程。汽化器就是利用汽化原理而設計的，冷凝器是利用冷凝原理設計的。
1.1.4壓力
包圍在地球表面一層很厚的大氣層對地球表面或表面物體所造成的壓力稱為“大氣壓”,符號為B；直接作用于容器或物體表面的壓力，稱為“絕對壓力”，絕對壓力值以絕對真空作為起點，符號為PABS。
用壓力表、真空表、U型管等儀器測出的壓力叫“表壓力”（又叫相對壓力），“表壓力”以大氣壓力為起點，符號為Pg。
三者之間的關系是：PABS==B+Pg壓力的法定單位是帕（Pa），大一些的單位是兆帕（Mpa）1Mpa=106,1標準大氣壓=0.1013Mpa在舊的單位制中，壓力用kgf/cm²(公斤/平方厘米)作單位，1kgf/cm²=0.098Mpa。
1.1.5溫度
溫度是物質分子熱運動的統(tǒng)計平均值。絕對溫度：以氣體分子停止運動時的最低極限溫度為起點的溫度，記為T。單位為“開（開爾文）”，符號為K。攝氏溫度：以冰的溶點為起點的溫度，單位為“攝氏度”，符號為℃。此外英國科學家還經(jīng)常用“華氏溫度”，符號為º F。溫度單位之間的換算關系是：T（K）=t（℃）+273.16 t（º F）=1.8t（℃） +32
1.1.6露點
它是指氣體中的水份從未飽和水蒸氣變成飽和水蒸氣的溫度，當未飽和水蒸氣變成飽和水蒸氣時，有極細的露珠出現(xiàn)，出現(xiàn)露珠時的溫度叫做“露點”，它表示氣體中的含水量，露點越低，表示氣體中的含水量約少，氣體越干躁。露點和壓力有關，因此又有大氣壓露點（常壓露點）和壓力下露點之分。大氣壓露點是指在大氣壓力下水份的凝結溫度，而壓力下露點是指該壓力下的水份凝結溫度，兩者有換算關系（可查換算表），如壓力0.7Mpa時壓力露點為5℃，則相應的大氣壓（0.101Mpa）露點則為-20℃。在氣體行業(yè)中，若無特殊說明，所指的露點均為大氣壓露點。
1.1.7純度
純度是氮氣的一個重要技術參數(shù)，按國標氮氣的純度分為工業(yè)用氮氣、純氮和高純氮三級，它們的純度分別為99.5%（Ｏ2小于等于0.5%）,99.99%（Ｏ2小于等于0.01%）和99.99%（Ｏ2小于等于0.001%）。
1.1.8 流量
流量是指氣體流動過程中，單位時間內通過任一截面的氣體量。流量有兩種方式來表示，即體積流量和質量流量。前者指通過管路任一截面的氣體體積，后者為通過的氣體質量，在氣體工業(yè)中一般均采用體積流量以m³/h（或L/H）為計量單位。因氣體體積與溫度、壓力和濕度有關，為便于比較通常所說的體積流量是指標準狀態(tài)（溫度為20℃，壓力為0.101Mpa，相對濕度為65%）而言，此時的流量以Nm³/h為單位，"N"即表示標準狀態(tài)。
實際流量=流量計讀數(shù)×
1.1.9 壓縮空氣
空氣具有可壓縮性，經(jīng)空氣壓縮機做機械功使本身體積縮小、壓力提高后的空氣叫壓縮空氣。壓縮空氣是一種重要動力源。與其它能源比，它具有下列明顯的特點：清晰透明、輸送方便、沒有特殊的有害性能，沒有起火危險，不怕超負荷，能在許多不利環(huán)境下工作，空氣在地面上到處都有，取之不盡。空壓機排出的壓縮空氣里含有很多雜質：1.水，包括水霧、水蒸氣、凝結水；2.油：包括油污、油蒸氣；3.各種固態(tài)物質如：銹泥、金屬粉末、橡膠粉末、焦油粒及濾材、密封材料的細末等；此外還有多種有害的化學異味物質等。壓縮空氣可以通過加壓、降溫、吸附等方法來除去其中的水蒸氣。可通過加熱、過濾、機械分離等方法除去液態(tài)水份。
1.1.10 吸附
吸附是氣體中一個或多個組分在多空固體表面的選擇性濃縮，被吸附的組分稱作吸附介質，多孔固體稱為吸附劑。吸附劑與吸附介質的連接力是化學鍵，而吸附介質的解析靠升溫或降低該組分在氣壓中分壓。另一種情況是吸附組分與固體吸附劑去化學反應時，稱為化學吸附，化學吸附一般情況下不能再生。
1.1.11 膜滲透
在氣體凈化領域方面是相對較新的技術，在此過程中聚合物分離氣體是基于一個或多個氣體組分從膜的一邊選擇性的滲透到另一邊。該組分溶解于聚合物膜的表面，并沿著膜傳遞形成一濃度差，保持此濃度差是靠膜一邊組分的分壓高于膜另一邊該組分的分壓。雖然膜滲透技術在其凈化操作上應用的還不多，但其發(fā)展是很迅速的。
1.2 常用氣體的性質
1.2.1 氮 (N2)
1.2.1.1 氮的理化性質
1.在常溫常壓下，氮是無色無味無嗅的惰性氣體。氮在空氣中約占78.1%。液態(tài)氮也是無色無嗅，比水輕。在空氣中不燃燒。常溫下呈惰性，但在高溫高壓下有催化劑時與氰化物合成氨。
N2+O2 2 NO N2+3H2 2NH3
2.減壓放電可得到活性氮。在高溫與金屬化合成氮化物(Mg3N2，Cu3N2等)。在1000℃與碳化鈣反應生成氨晴鈣
3.微溶于水、酒精和醚。在25℃、101.325kpa時的溶解度在甲醇中為16.45mL/100mL、在乙醇中為14.89mL/100mL，在乙醚中為29.30mL/100mL，在水中的溶解度為0.02354mL/g（0℃），0.01258mL/g（30℃），0.01023mL/g（60℃）
4.氮的分子量為28.0134，熔點（三相點，12.53kPa）是-210.0℃，液體密度（-210.0℃，12.534kPa）為869.5kg/m³，導熱系數(shù)（100kPa，280K）是0.02447W/（M-K）。
1.2.2.4 氫氣使用安全技術規(guī)程
1、管道和附件應選用符合國家標準規(guī)格的產(chǎn)品，并應適合氫氣工作壓力、溫度的要求。氫氣管道應采用無縫金屬管道，禁止使用鑄鐵管道。
2、管道的連接一般應采用焊接或其它有效防止漏氣的連接方式。
3、管道上應設放空管、取樣口和吹掃口，其位置應能滿足管道內氣體吹掃、置換的要求。
4、當氫氣作焊接、切割、燃料和保護氣體等使用時，每臺(組)用氫設備的支管上應設阻火器。
5、管道敷設應符合下列要求：
A.氫氣管道宜采用架空敷設，其支架應為非燃體。架空管道不應與電纜、導電線路敷設在同一支架上。氫氣管道與燃氣管道、氧氣管道平行敷設時，中間宜有不燃物料管道隔開，或凈距離不小于250毫米。分層敷設時，氫氣管道應位于上方。氫氣管道與建筑物、構造物或其他管線的最小凈距可參考有關規(guī)定執(zhí)行。
B.室內管道不應敷設在地溝中或直接埋地，室外地溝敷設的管道，應有防止氫氣泄露、積聚或竄入其它溝道的措施。埋地敷設的管道埋深不宜小于0.7米。含濕氫氣的管道應敷設于冰凍層以下。
C.管道穿過墻壁或樓板處，應設套管。套管內的管段不應有焊縫，管道和管套之間應用不燃材料物填塞。
D.管道應避免穿過地溝、下水道及鐵路汽車道路等，當必須穿過時應設套管。
E.管道不得穿過生活間、辦公室、配電房、儀表室、樓梯間和其它不使用氫氣的房間，不宜穿過吊頂、技術(夾)層，當必須穿過吊頂或技術(夾)層，應采用安全措施。
6、室內外架空或埋地敷設的管道和匯流排及其連接的氣瓶均應互相跨接和接地，跨地和接地措施按國家現(xiàn)行的有關規(guī)定執(zhí)行。
7、放空管：
A.氫氣貯罐的放空閥、安全閥和管道系統(tǒng)均設放空管。
B.放空管采用金屬材料，不準使用塑料管或橡皮管。
C.放空管應設阻火器，凡條件允許，可與滅火蒸汽或惰性氣體管線連接，以防著火。
D.室內放空管的出口，應高于房屋2米以上。室外設備的放空管應高于附近有人操作的最高設備2米以上。
E.放空管應采用靜電接地，并在避雷保護范圍之內。
F.應有防止雨雪侵入和外來異物堵塞放空管的措施。
1.2.2.5 氫氣系統(tǒng)運行安全要點
1、輸入系統(tǒng)的氫氣含氧量不得超過0.5%。
2、氫氣系統(tǒng)運行時，不準敲擊，不得超壓，嚴禁負壓。
3、管道、閥門和水封裝置凍結時，只能用熱水或蒸汽加熱解凍，嚴禁使用明火烘烤。
4、設備、管道和閥門等連接點泄露檢查，可采用肥皂水或攜帶式可燃性氣體防爆檢測儀，禁止使用明火。
5、不準在室內排放氫氣。吹洗置換，放空降壓，必須通過放空管排放。
6、當氫氣發(fā)生大量泄漏或積聚時，應立即切斷氣源，進行通風，不得進行可能發(fā)生火化的一切操作。
7、新安裝或大修后的氫氣系統(tǒng)必須作耐壓試驗、清洗和氣密試驗，符合有關的檢驗要求，才能投入使用。
8、氫氣系統(tǒng)吹洗置換，一般可采用氮氣(或其它惰性氣體)置換法或注水排氣法。
A.氮氣中含氧不得超過3%。
B.置換必須徹底，防止死角末端殘留余氣。
C.置換結束，系統(tǒng)內氧或氫的含量必須連續(xù)三次合格。
9、氫氣系統(tǒng)動火檢修，必須保證系統(tǒng)內部和動火區(qū)域氫氣的最高含量不超過0.4%。
10、防止明火和其它激發(fā)能源。禁止使用電爐、電鉆、火爐、噴燈等一切產(chǎn)生明火、高溫的工具與熱物體；不得攜帶火種進入禁區(qū)；選用銅質或鈹銅合金工具；穿棉質工作服和防靜電鞋。
1.1.1比容
比容是單位重量物質所占有的容積，用符號V表示，氣體比容單位用m³/kg,液態(tài)比容7/kg表示。
1.1.2臨界溫度和臨界壓力
因為任何氣體在一點溫度和壓力下都可以液化，溫度越高，液化所需要的壓力也越高，但是當溫度超過某一數(shù)值時，即使在增加多大的壓力也不能液化，這個溫度叫臨界溫度 ，在這一溫度下最低的壓力就叫做臨界壓力，例如：水的臨界溫度為374.15℃，臨界壓力為225.65kgf/cm²,氨的臨界溫度為132.4℃，臨界壓力為115.2kgf/cm²。
1.1.3汽化和凝結
汽化是指物質由液態(tài)變成氣體的過程，其包括蒸發(fā)和沸騰。凝結是汽化的逆過程，也即由氣體變成液體的過程。汽化器就是利用汽化原理而設計的，冷凝器是利用冷凝原理設計的。
1.1.4壓力
包圍在地球表面一層很厚的大氣層對地球表面或表面物體所造成的壓力稱為“大氣壓”,符號為B；直接作用于容器或物體表面的壓力，稱為“絕對壓力”，絕對壓力值以絕對真空作為起點，符號為PABS。
用壓力表、真空表、U型管等儀器測出的壓力叫“表壓力”（又叫相對壓力），“表壓力”以大氣壓力為起點，符號為Pg。
三者之間的關系是：PABS==B+Pg壓力的法定單位是帕（Pa），大一些的單位是兆帕（Mpa）1Mpa=106,1標準大氣壓=0.1013Mpa在舊的單位制中，壓力用kgf/cm²(公斤/平方厘米)作單位，1kgf/cm²=0.098Mpa。
1.1.5溫度
溫度是物質分子熱運動的統(tǒng)計平均值。絕對溫度：以氣體分子停止運動時的最低極限溫度為起點的溫度，記為T。單位為“開（開爾文）”，符號為K。攝氏溫度：以冰的溶點為起點的溫度，單位為“攝氏度”，符號為℃。此外英國科學家還經(jīng)常用“華氏溫度”，符號為º F。溫度單位之間的換算關系是：T（K）=t（℃）+273.16 t（º F）=1.8t（℃） +32
1.1.6露點
它是指氣體中的水份從未飽和水蒸氣變成飽和水蒸氣的溫度，當未飽和水蒸氣變成飽和水蒸氣時，有極細的露珠出現(xiàn)，出現(xiàn)露珠時的溫度叫做“露點”，它表示氣體中的含水量，露點越低，表示氣體中的含水量約少，氣體越干躁。露點和壓力有關，因此又有大氣壓露點（常壓露點）和壓力下露點之分。大氣壓露點是指在大氣壓力下水份的凝結溫度，而壓力下露點是指該壓力下的水份凝結溫度，兩者有換算關系（可查換算表），如壓力0.7Mpa時壓力露點為5℃，則相應的大氣壓（0.101Mpa）露點則為-20℃。在氣體行業(yè)中，若無特殊說明，所指的露點均為大氣壓露點。
1.1.7純度
純度是氮氣的一個重要技術參數(shù)，按國標氮氣的純度分為工業(yè)用氮氣、純氮和高純氮三級，它們的純度分別為99.5%（Ｏ2小于等于0.5%）,99.99%（Ｏ2小于等于0.01%）和99.99%（Ｏ2小于等于0.001%）。
1.1.8 流量
流量是指氣體流動過程中，單位時間內通過任一截面的氣體量。流量有兩種方式來表示，即體積流量和質量流量。前者指通過管路任一截面的氣體體積，后者為通過的氣體質量，在氣體工業(yè)中一般均采用體積流量以m³/h（或L/H）為計量單位。因氣體體積與溫度、壓力和濕度有關，為便于比較通常所說的體積流量是指標準狀態(tài)（溫度為20℃，壓力為0.101Mpa，相對濕度為65%）而言，此時的流量以Nm³/h為單位，"N"即表示標準狀態(tài)。
實際流量=流量計讀數(shù)×
1.1.9 壓縮空氣
空氣具有可壓縮性，經(jīng)空氣壓縮機做機械功使本身體積縮小、壓力提高后的空氣叫壓縮空氣。壓縮空氣是一種重要動力源。與其它能源比，它具有下列明顯的特點：清晰透明、輸送方便、沒有特殊的有害性能，沒有起火危險，不怕超負荷，能在許多不利環(huán)境下工作，空氣在地面上到處都有，取之不盡。空壓機排出的壓縮空氣里含有很多雜質：1.水，包括水霧、水蒸氣、凝結水；2.油：包括油污、油蒸氣；3.各種固態(tài)物質如：銹泥、金屬粉末、橡膠粉末、焦油粒及濾材、密封材料的細末等；此外還有多種有害的化學異味物質等。壓縮空氣可以通過加壓、降溫、吸附等方法來除去其中的水蒸氣。可通過加熱、過濾、機械分離等方法除去液態(tài)水份。
1.1.10 吸附
吸附是氣體中一個或多個組分在多空固體表面的選擇性濃縮，被吸附的組分稱作吸附介質，多孔固體稱為吸附劑。吸附劑與吸附介質的連接力是化學鍵，而吸附介質的解析靠升溫或降低該組分在氣壓中分壓。另一種情況是吸附組分與固體吸附劑去化學反應時，稱為化學吸附，化學吸附一般情況下不能再生。
1.1.11 膜滲透
在氣體凈化領域方面是相對較新的技術，在此過程中聚合物分離氣體是基于一個或多個氣體組分從膜的一邊選擇性的滲透到另一邊。該組分溶解于聚合物膜的表面，并沿著膜傳遞形成一濃度差，保持此濃度差是靠膜一邊組分的分壓高于膜另一邊該組分的分壓。雖然膜滲透技術在其凈化操作上應用的還不多，但其發(fā)展是很迅速的。
1.2 常用氣體的性質
1.2.1 氮 (N2)
1.2.1.1 氮的理化性質
1.在常溫常壓下，氮是無色無味無嗅的惰性氣體。氮在空氣中約占78.1%。液態(tài)氮也是無色無嗅，比水輕。在空氣中不燃燒。常溫下呈惰性，但在高溫高壓下有催化劑時與氰化物合成氨。
N2+O2 2 NO N2+3H2 2NH3
2.減壓放電可得到活性氮。在高溫與金屬化合成氮化物(Mg3N2，Cu3N2等)。在1000℃與碳化鈣反應生成氨晴鈣
3.微溶于水、酒精和醚。在25℃、101.325kpa時的溶解度在甲醇中為16.45mL/100mL、在乙醇中為14.89mL/100mL，在乙醚中為29.30mL/100mL，在水中的溶解度為0.02354mL/g（0℃），0.01258mL/g（30℃），0.01023mL/g（60℃）
4.氮的分子量為28.0134，熔點（三相點，12.53kPa）是-210.0℃，液體密度（-210.0℃，12.534kPa）為869.5kg/m³，導熱系數(shù)（100kPa，280K）是0.02447W/（M-K）。
1.2.2.4 氫氣使用安全技術規(guī)程
1、管道和附件應選用符合國家標準規(guī)格的產(chǎn)品，并應適合氫氣工作壓力、溫度的要求。氫氣管道應采用無縫金屬管道，禁止使用鑄鐵管道。
2、管道的連接一般應采用焊接或其它有效防止漏氣的連接方式。
3、管道上應設放空管、取樣口和吹掃口，其位置應能滿足管道內氣體吹掃、置換的要求。
4、當氫氣作焊接、切割、燃料和保護氣體等使用時，每臺(組)用氫設備的支管上應設阻火器。
5、管道敷設應符合下列要求：
A.氫氣管道宜采用架空敷設，其支架應為非燃體。架空管道不應與電纜、導電線路敷設在同一支架上。氫氣管道與燃氣管道、氧氣管道平行敷設時，中間宜有不燃物料管道隔開，或凈距離不小于250毫米。分層敷設時，氫氣管道應位于上方。氫氣管道與建筑物、構造物或其他管線的最小凈距可參考有關規(guī)定執(zhí)行。
B.室內管道不應敷設在地溝中或直接埋地，室外地溝敷設的管道，應有防止氫氣泄露、積聚或竄入其它溝道的措施。埋地敷設的管道埋深不宜小于0.7米。含濕氫氣的管道應敷設于冰凍層以下。
C.管道穿過墻壁或樓板處，應設套管。套管內的管段不應有焊縫，管道和管套之間應用不燃材料物填塞。
D.管道應避免穿過地溝、下水道及鐵路汽車道路等，當必須穿過時應設套管。
E.管道不得穿過生活間、辦公室、配電房、儀表室、樓梯間和其它不使用氫氣的房間，不宜穿過吊頂、技術(夾)層，當必須穿過吊頂或技術(夾)層，應采用安全措施。
6、室內外架空或埋地敷設的管道和匯流排及其連接的氣瓶均應互相跨接和接地，跨地和接地措施按國家現(xiàn)行的有關規(guī)定執(zhí)行。
7、放空管：
A.氫氣貯罐的放空閥、安全閥和管道系統(tǒng)均設放空管。
B.放空管采用金屬材料，不準使用塑料管或橡皮管。
C.放空管應設阻火器，凡條件允許，可與滅火蒸汽或惰性氣體管線連接，以防著火。
D.室內放空管的出口，應高于房屋2米以上。室外設備的放空管應高于附近有人操作的最高設備2米以上。
E.放空管應采用靜電接地，并在避雷保護范圍之內。
F.應有防止雨雪侵入和外來異物堵塞放空管的措施。
1.2.2.5 氫氣系統(tǒng)運行安全要點
1、輸入系統(tǒng)的氫氣含氧量不得超過0.5%。
2、氫氣系統(tǒng)運行時，不準敲擊，不得超壓，嚴禁負壓。
3、管道、閥門和水封裝置凍結時，只能用熱水或蒸汽加熱解凍，嚴禁使用明火烘烤。
4、設備、管道和閥門等連接點泄露檢查，可采用肥皂水或攜帶式可燃性氣體防爆檢測儀，禁止使用明火。
5、不準在室內排放氫氣。吹洗置換，放空降壓，必須通過放空管排放。
6、當氫氣發(fā)生大量泄漏或積聚時，應立即切斷氣源，進行通風，不得進行可能發(fā)生火化的一切操作。
7、新安裝或大修后的氫氣系統(tǒng)必須作耐壓試驗、清洗和氣密試驗，符合有關的檢驗要求，才能投入使用。
8、氫氣系統(tǒng)吹洗置換，一般可采用氮氣(或其它惰性氣體)置換法或注水排氣法。
A.氮氣中含氧不得超過3%。
B.置換必須徹底，防止死角末端殘留余氣。
C.置換結束，系統(tǒng)內氧或氫的含量必須連續(xù)三次合格。
9、氫氣系統(tǒng)動火檢修，必須保證系統(tǒng)內部和動火區(qū)域氫氣的最高含量不超過0.4%。
10、防止明火和其它激發(fā)能源。禁止使用電爐、電鉆、火爐、噴燈等一切產(chǎn)生明火、高溫的工具與熱物體；不得攜帶火種進入禁區(qū)；選用銅質或鈹銅合金工具；穿棉質工作服和防靜電鞋。
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