气体特性与危害
描述主要气体的特性及其相关危险。使用气体探测器进行安全管理非常重要,因为即使是通常被认为安全的气体在某些情况下也可能带来危险。
氧气(O2)
有毒气体(一氧化碳, 二氧化碳等)
可燃气体(CH4, H2 等)
其他气体(一氧化碳2,等等)
氧气 (O2)
氧气是我们星球上生命所必需的。它也是支持日常生活的一系列行业的必需品,包括钢铁制造、化学品、纸张制造和医药。
然而,它也存在一定的危险。在这里,我们将介绍一些可能挽救生命的关于氧气的事实。
空气的组成
氧气占据了地球大气层的大约21%,对人类和其他生物来说是必不可少的。

缺氧(氧气不足)的定义
缺氧是空气中氧气浓度低于18%的状况。
根据日本《防止缺氧等令》第2条的规定

涉及缺氧的工业事故数据(1990 - 2020)(日本)

摘自厚生劳动省基本工业安全通知第0707-3号- 缺氧的主要原因 -氧气消耗
金属、矿石和土壤铁的氧化、人类呼吸、谷物、水果、蔬菜和木材的呼吸、油漆和溶剂的氧化
惰性气体或冷却剂的摄入
摄入氮2气体(包括液氮)、氩气或CO2,摄入或积累如氟烃类的冷却剂
可燃气体的释放
开挖时释放甲烷气体、燃料气管道的气体泄漏
过量的氧气
更高的氧气浓度会增加火焰的大小和温度,降低可燃材料的着火温度,并增加燃烧速度。所有这些都会增加火灾的风险。
对于人类,持续吸入高氧浓度可能导致抽搐、失去意识,最坏的情况下可能导致死亡。
有毒气体(一氧化碳、2硫等)在吸入或暴露于这些气体时对人类有害的气体被称为有毒气体。尽管这些气体很危险,但许多行业依赖于它们的特定特性。
严格的法律标准规范了气体的制造、运输、使用和管理。在这里,我们将介绍有毒气体的类型和特性,这在发生事故或灾难的极小可能性情况下可能会有用。
毒气的定义
虽然通过修订部令对有毒气体的定义进行了修改,但根据日本《一般高压气体安全 regulations》的示例标准,气体泄漏检测和报警设备的报警设定值保持不变,并且必须是阈限值或更低。
毒气(在日本)丙烯腈、丙烯醛、二氧化硫、砷化氢、单硅烷、单甲胺、硫化氢(33种气体列出)
及其他被《有害物质控制法》第2-1条指定为有毒物质的气体*关于一般高压气体安全规定的示例性标准
有毒气体(在日本)(2013年修订前后比较)之前:33种列出的气体
+ 最大允许浓度(=阈限值)不超过200 ppm
修订后:33种列出的气体
+ 毒物控制法第2-1条规定的有毒物质
* 唯一被分类为有毒物质的半导体材料气体是氢氟酸(HF)。
阈限值 (TLV) 根据ACGIH(美国政府工业卫生学家会议)推荐值
工作场所空气浓度在以下水平,已被确定大多数工人不会有任何不良反应
・TWA(时间加权平均值:工人通常每天工作8小时,每周工作40小时的阈限值)
・STEL(短期暴露极限:15分钟平均值不能超过的值)
・C(上限值:不能超过的上限值)
一氧化碳 (CO) 气体这与红细胞中的血红蛋白结合,阻碍身体各部位的氧气供应能力。暴露于这种物质会导致中毒症状。这些症状包括头痛、恶心、眩晕、耳鸣、出汗和全身无力。
CO化学性质无色、无味气体
微溶于水
分子量:28
比重:0.97,几乎与空气相同
TLV:25 ppm(ACGIH:美国政府工业卫生会议)
爆炸下限(LEL):12.5 vol%
一氧化碳浓度、暴露时间及症状
一氧化碳浓度暴露时间和症状25 万
(0.0025%)美国国家职业安全卫生研究所 推荐暴露限值-时间加权平均值0.02 %轻微头痛在2 - 3小时内0.04 %前额头痛在1 - 2小时内,后脑勺头痛在2.5 - 3.5小时内0.08 %头痛、眩晕、恶心在45分钟内,失去意识在2小时内。
0.16 %头痛、眩晕、恶心在20分钟内,失去意识在2小时内0.32 %头痛,5 - 10分钟内眩晕,30分钟内死亡0.64 %头痛,1 - 2分钟内眩晕,10 - 15分钟内死亡1.28 %死亡在1 - 3分钟内
工作环境测量手册
硫化氢 (H2S) 气体这种气体由于其高水溶性会刺激皮肤和粘膜,并通过抑制跨膜分子细胞色素氧化酶的作用来降低肺部的氧分压,从而导致呼吸困难(细胞水平的缺氧)。 ⇒ 在高浓度下,这会加速并可能导致休克/失去意识。
输入:H2S 化学性质无色、透明、有臭鸡蛋气味的气体
易溶于水(40°C时为0.25 g/100 ml)
分子量:34
比重:1.190;比空气重
阈限值:1 ppm(ACGIH:美国政府工业卫生会议)
爆炸下限:4体积百分比 - 硫化氢中毒 -这指的是由于吸入含有硫化氢浓度超过10百万分之一(= 10 ppm)的空气而出现症状的情况。
* 如《预防缺氧等紧急事态应变令》第2条所定义。
硫化氢浓度、影响和毒性
浓度 (ppm)效应和毒性0.025气味可以被检测到的阈值。这因人而异。

0.3气味清晰可闻3 - 5中等强度的难闻气味10对眼膜的刺激下限。阈限值。20 - 40气味强烈但不难忍。对肺膜的刺激下限。1002 - 15分钟内嗅觉减退,1小时内眼睛和呼吸道出现刺激。
连续暴露8 - 48小时后可能导致死亡。170 - 300避免1小时暴露后严重健康损害的阈值。400 – 700暴露后生命危险
30分钟 - 1小时800 - 900迅速失去意识,
呼吸衰竭,死亡1,000立即失去意识,死亡

可燃气体 (CH4, H2 等)在空气或氧气中燃烧的气体被称为可燃气体。这些气体在喷雾罐和其他产品中使用,无论是在工业还是家庭中。
它们包括多种类型和性质。由于这些物质可能导致气体爆炸和其他危险事件,各种法规对其使用进行了规范。在这里,我们将讨论可燃气体的类型和特性。
可燃气体的定义(在日本)
《一般高压气体安全规定》对易燃气体定义如下:・爆炸下限(与空气混合时的爆炸极限,以下同)为10%或更低的气体
・爆炸上限和下限之差为20%或更大的气体
爆炸下限 (LEL):空气中的浓度超过此值可能会发生爆炸
爆炸上限 (UEL):空气中的浓度低于此值可能会发生爆炸示例:氢的爆炸范围

・%LEL是按爆炸下限的百分比表示的浓度
・不同气体的爆炸下限各不相同。(例如,对于甲烷,LEL是5体积百分比;对于异丁烷,LEL是1.8体积百分比)易燃气体清单
甲烷 (CH4) 气体
- 甲烷 (CH4) 气体性质和特征 -
・易燃(燃烧范围相对较窄)
燃烧范围:5体积% - 15体积%
・不会轻易或自发燃烧
着火点(自发燃烧温度:537 °C
・比空气轻
分子量:16.04;比重(与空气比较):0.6
・天然气(包括页岩气和甲烷水合物)的主要成分
广泛用作燃料气
・无色、无味、对人类无害
・其全球变暖系数约为二氧化碳的25倍2,据称是全球变暖的原因之一
它存在于反刍动物(如牛、羊和山羊)排放的气体中。
许多国家正在进行研究,以减少排放,保护全球环境。
氢气 (H2)
氢(H)是地球上最轻和最丰富的元素。
氢是一种可燃气体,具有低最低点火能量和广泛的爆炸范围,当与空气混合时。由于它在燃烧时不会产生温室气体CO2,不像其他典型的可燃气体如甲烷和丙烷,近年来它已成为潜在清洁能源的焦点。
典型可燃性气体:CH4 + 2O2 → 2H2O + CO2(温室气体)排放
氢气:H2 + 1/2O2 → H2O- 氢气 (H2) 的性质和特性 -
・易燃(广泛的可燃范围)
可燃范围:4体积% - 75体积%
・不会自行或自发燃烧
着火点(自发燃烧温度):570 °C
・地球上最轻的气体
分子量:2.017;比重(与空气比较):0.07
・无色、无味、对人类无害
・燃烧时不产生CO2
低环境负荷
・资源丰富;地球上最丰富的元素
制造方法:水的电解(例如,海水)、从化石燃料中提取、钢铁制造的副产气体等。
- 主题: 使能氢社会的技术虽然氢气是一种易燃气体,存在爆炸风险,但它在防止全球变暖方面被认为可能发挥重要作用,因为它不会产生CO2排放,不像其他化石燃料。- 氢能使用示例 -
电制气利用可再生能源(如太阳能和风能)制造氢气和合成甲烷的技术。目前,全球正在进行研究和示范测试,以建立一个环保的低碳社会。
甲烷化从CO2和H2合成甲烷(CH4)的技术,甲烷是天然气的主要成分。2作为原料合成的CH4可以被认为是碳中和的燃料。与直接使用H2不同,合成的CH4将允许利用现有的天然气基础设施。
FCVs(燃料电池车辆)车辆通过氢和氧在燃料电池中发生化学反应产生电力来驱动电机。由于这种技术不会排放二氧化碳,被看作是一种环保的零排放技术。2,唯一的排放物是水。
有机氢化物技术技术利用MCH(甲基环己烷)实现氢气的存储和运输,MCH的体积约为氢气的1/500。这是通过氢气和甲苯的催化反应产生的。这将允许长时间存储氢气,并以更安全、更简单的方式运输更大体积的氢气。
其他气体(例如,CO2等)其他有害气体也在各种工业和家庭环境中使用。在这里,我们将解释与检测CO2气体泄漏相关的术语,即蒸气比重和蒸气压力,这是其中一个SDGs所强调的关键因素。
一氧化碳2对人体的影响
二氧化碳毒性低,很少引起呼吸道症状。在高浓度下,它会产生麻醉作用,可能导致窒息死亡。
一氧化碳2 化学性质无色、无味气体
不可燃
可溶于水 溶解度:90.1 mL/100 mL,20 °C
分子量:28 相对密度:1.5
TLV:5,000 ppm(ACGIH:美国政府工业卫生学家会议)
在《一般高压气体安全条例》中未被定义为有毒气体
建筑物卫生维护法
(简称: 建筑维护法)
(在日本)特定总面积超过一定数值的指定建筑物的所有者、占用者和管理人必须按照政府法令规定的标准维护建筑物(例如,百货商店、办公室、学校、酒店)(第4条)
建筑环境卫生管理标准(政府法令第2条)
空调设备需要提供净化后的空气,以确保二氧化碳浓度不超过1,000 ppm。
一氧化碳2 浓度和症状
一氧 气体浓度症状0.1 % (1,000 ppm)建筑卫生管理标准0.5 %每日8小时暴露于TLV-TWA阈值下,会对身体造成有害影响。
1 - 2 %引起不适3 - 4 %刺激呼吸中枢,导致呼吸频率加快、脉搏和血压升高、头痛和头晕等症状。6 %呼吸困难7 - 10 %数分钟内失去意识,发绀,死亡
一氧化碳2气体浓度的老化以下图表显示了1987年至2020年间日本大气中CO2气体浓度的变化。
CO2气体的浓度每年都在增加,近年来大气中CO2气体的浓度已达到410 ppm或更高。

基于岩手县五所川口市的气象厅测量数据二氧化碳(CO2)是导致全球变暖的温室气体之一。2016年《巴黎协定》的签署国正在推进脱碳措施以减少CO2排放。
* 2015年在巴黎举行的《联合国气候变化框架公约》缔约方会议(简称“COP”)上启动的应对气候变化的国际倡议,从2020年开始。
其他参考资料:Covid-19 群体预防措施
关于改善通风不良的封闭空间的通风方法的详细信息(传单)发布在厚生劳动省网站上(2020年4月3日修订),指出根据建筑维护法标准促进室内通风(二氧化碳浓度不超过1,000 ppm)是防止感染群风险的措施之一。
蒸汽的比重
这表示在标准条件下,某种气体的密度与空气的密度之比。这是在考虑气体探测器的安装位置时必须考虑的因素之一。
对于比空气重的气体(蒸汽的比重 > 1)

如果发生气体泄漏,气体可能会在低点积聚
⇒ 应在低点安装气体探测器。
对于比空气轻的气体(蒸汽的比重 < 1)

如果发生气体泄漏,气体可能会在高点积聚
⇒ 应在高点安装气体探测器。
蒸气压
这是指液体在特定温度下转变为气体的压力。如果从VOCs或其它有机溶剂的SDS(安全数据表)等文件中可以获得蒸汽压数据,这就可以用于计算以确定物质在给定温度下会汽化的浓度。
示例计算:
乙醇 蒸汽压:5.8 kPa/20 °C
如果大气压为 101.3 kPa
蒸汽压浓度 (%) = 蒸汽压 ÷ 大气压 = 5.8 ÷ 101.3 ≒ 5.73 体积%
因此,20 °C 时乙醇的蒸汽压浓度约为 5.73 体积%