气瓶事故的后果较严重。近70%的气瓶事故会造成三人以下死亡或 10 人以下重伤的严重后果，还有约17%的气瓶事故由于连锁反应会导致重大人员伤亡和严重财产损失，只造成财产损失的气瓶事故不足15%。因此实验室的气体气瓶安全需引起高校的高度重视。

气瓶事故分类

常见的气瓶事故类型主要包括泄漏、火灾、爆炸和物体打击等。分析中国特种设备研究院备案的历年气瓶事故报告、网络上搜索的事故案例及国家质检总局官方网站上获取并公布的200多起事故案例（不限于实验室），气瓶事故95%均为爆炸。根据发生的原因不同，可将气瓶爆炸分为泄漏型、破坏平衡型、热传递型和反应失控型爆炸。

破坏平衡型和热传递型爆炸都属于蒸气爆炸，本质是过热液体急剧汽化；初次爆炸不产生化学反应热和火焰，属于物理相变，如低温液化气蒸气爆炸，熔融物与水接触的爆炸等。

气瓶爆炸类型分析

将国内200余起气瓶爆炸事故报告进行分析统计，结果见图1；可见气瓶爆炸的类型主要以反应失控型爆炸为主，主要发生与氧气及可燃性气体相关的化学型爆炸。

对过去20年中发生的52起实验室气瓶事故进行统计分析，爆炸事故45起，占比86.5%，且其中绝大多数也为化学爆炸。

图1气瓶爆炸事故类型分布图

气瓶爆炸事故中涉及的充装介质主要有氧气、液化石油气、乙炔、二氧化碳、氢气及氯气、天然气等其他气体，统计各类不同气体发生事故的数量见表 图2；可见氧气瓶发生爆炸事故的数量是所有气瓶类型中最高的，占比高达40.7%，可能是由于氧气属于燃烧三要素之一。其余不同种类气瓶以液化石油气钢瓶为主，在餐饮业频发；乙炔爆炸在施工现场多发；在实验室发生过氢气爆炸，如2015年在清华大学化学系实验室发生的氢气爆炸，导致1人死亡。

图2 气瓶爆炸事故不同气体类型分布图

将气瓶爆炸事故按照月份进行划分，12~2月为冬季，3~5月为春季，6~8月为夏季，9~11月为秋季，具体统计结果见图3。可见气瓶爆炸事故多发于气温过高的夏季；干燥易产生静电的春季同样是气瓶爆炸事故高发期，此时间段也是高校实验室的开学季，气瓶与用气设备全部经历从暂停到重启的过程。

图3 气瓶爆炸事故分布季节图

今年1月底2月初在湖北、湖南、安徽等南方多地出现冻雨天气，最低气温达到-2℃。如何做好气瓶的防冻等管理工作，安全迎接新生开学，值得南方高校实验室安全管理人员研究。

实验室气体

临界温度Tc是某种气体能压缩成液体的最高温度；高于Tc，不论多大压力都不能使之液化，只是随压力增加而加大其密度而已，这种状态称为“高密度气体”或“高压气体”；高压气体有一定危险性。在Tc下气体被液化的最低压力就是临界压力Pc。Pc是针对Tc而言的，脱离Tc单纯说Pc没有意义。

根据气体的Tc和在气瓶内的物理状态，瓶装气体分为压缩、高压/低压液化、低温液化、溶解气体等几类；具体分类如下：

压缩气体：Tc≤-50℃的气体为压缩气体。即在正常环境温度（-40℃~60℃，下同）下充装、贮运和使用过程中均为气态；如实验室常用的氧气、氢气等。

液化气体：Tc>-50℃的气体为液化气体，也是高压液化气体和低压液化气体的统称。

Tc在（-50，65]℃之间的气体为高压液化气体。此类气体在正常环境温度下充装、贮运和使用过程中随着气体温度、压力的变化，其状态也在气、液两态间变化；当此类气体在温度超过Tc时为气态。如实验室常用的二氧化碳（Tc=31.1°C，Pc=7.38MPa）、六氟化硫等。

Tc>65℃的气体为低压液化气体。在充装、贮运和使用的过程中，正常环境温度均低于此类气体的Tc。如实验室常用的氨（Tc=132.75°C，Pc=11.4MPa）、七氟丙烷、二氧化硫、液化石油气等。

低温液化气体：Tc≤-50℃，在储运过程中由于低温而液化的气体，也称深冷或冷冻液化气体。此类气体在充装及在绝热焊接气瓶中运输时为深冷液体形式，在使用过程中是以液态或液体汽化及常温气态使用。如实验室常用的液氮、液氧等。

溶解气体：易分解或聚合的可燃气体，在一定压力、温度条件下溶解于气瓶内溶剂中。目前只有乙炔这一种气体，它在压力下溶解于瓶内的*酮丙**或二甲基甲酰胺DMF溶剂中。

实验室气瓶

气瓶的公称工作压力

气瓶的公称工作压力确定原则如下：

盛装压缩气体气瓶的公称工作压力，是指在20℃基准温度下的气瓶内气体达到完全均匀状态时的限定（充）压力，一般选用正整数系列；

盛装高压液化气体气瓶的公称工作压力，是指60℃时气瓶内气体压力的上限值；

盛装低压液化气体气瓶的公称工作压力，是指60℃时所充装气体的饱和蒸气压；

盛装溶解气体气瓶的公称工作压力，是指在15℃时的气瓶内气体的化学性能、物理性能达到平衡条件下的静置压力；

盛装低温液化气体的低温绝热气瓶公称工作压力，是指在气瓶正常工作状态下，内胆顶部气相空间可能达到的最高压力；根据实际使用需要，可在0.2MPa~3.5MPa范围内选取。

实验室的压缩和高压液化气体的公称工作压力一般为15MPa（40L），低压液化气体的公称工作压力有5、4、3、2.5、2.2、2.1、2、1.6、1等9个优选等级。

气瓶分类

气瓶按公称工作压力可分为高压和低压2大类。高压气瓶是指公称工作压力≥10MPa的气瓶；低压气瓶是指公称工作压力<10MPa的气瓶。按瓶体结构,气瓶可分为5大类：无缝、焊接、纤维缠绕、低温绝热、内装填料等气瓶。

高压气瓶瓶体、缠绕气瓶的金属内胆应当采用无缝结构，低压气瓶瓶体可以采用焊接结构或者无缝结构。所以在实验室常见的压缩气体如氧气、氢气等，以及高压液化气体如二氧化碳、六氟化硫等应该装在无缝钢瓶中；低压液化气体如七氟丙烷、二氧化硫、氨、液化石油气等，以及低温液化气体如液氮、液氧等可装在焊接气瓶中（图5）。

图5 各类气体与气瓶

气瓶工作主要包括充装、使用、存放、维修、运输、装卸这六个环节。将 221起气瓶爆炸事故报告中的事发环节进行统计，发现气瓶爆炸事故多发于充装（36.7%）及使用（38.5%）环节，主要由于人员在使用及充装气瓶过程中出现操作失误，安全教育不到位而产生。

据不完全统计，在近 5年发生的约 100 起气瓶爆炸事故中，无缝气瓶爆炸事故占气瓶事故总数的 60 % 以上，而 80 % 以上的无缝气瓶爆炸事故又发生在气瓶充装环节，且大多导致重大人员伤亡。

从2.1和2.2.1的分析可知，压缩气体在正常环境温度下充装、贮运和使用过程中均为气态，压缩气体的最大充装量应确保在20℃基准温度下，无缝气瓶内气体的压力不超过气瓶的公称工作压力。压缩气体的充装压力P不得超过由式（1）计算的压力值。

式中：P为气瓶的最高充装压力，P0为气瓶的公称工作压力，如15MPa；T为气瓶充装温度，T0=293 K；Z、Z0分别是压力P、温度T与压力P0、温度T0时的气体压缩系数。Z也称压缩因子Compressibility factor，是实际气体性质与理想气体性质偏差的修正值。氢气、氧气气瓶的最高充装压力P计算结果如表1。

表1 公称工作压力15MPa气瓶的最高充装压力/MPa

《GBT 3634.1-2006 氢气 第1部分 工业氢》进一步规定，瓶装氢的成品压力在20℃时为13.5±0.5MPa；用于测量的压力表精度不低于2.5级。《GBT 3863-2008 工业氧》规定，瓶装氧的最低压力不低于气瓶公称工作压力（表1）的 97%。用于测量的压力表精度应不低于1.5级。在极寒气候下，购买的压缩气体气瓶的表压读数会更低些。

图6 气瓶减压器的高低压力表

高压液化气体的充装

高压液化气体的充装系数可按公式（2）确定其最大极限值：

式中：F r 为高压液化气体充装系数，Kg/L；M为气体分子量；P为气瓶的公称工作压力，如15MPa；T为气瓶最高使用温度，T=60℃+273=333K；Z为气体在压力P（15MPa）、温度T（333K）时的压缩系数。

以实验室常用的高压液化气体CO 2 为例，它在公称工作压力P=15MPa、温度T=333K时的压缩系数Z=0.3976，代入式2计算得F r =0.60Kg/L。实验室15MPa的无缝钢瓶水容积为40L，所以最大灌装量为24Kg。

我们可以根据高压表的读数，判断瓶内是否存在液态CO 2 ，但不能确定瓶内液态CO 2 的存量。所以实验室验收时，确认CO 2 充装量的正确方法是：判断充气前后钢瓶重量的变化。称量钢瓶在空瓶状态的重量（如45Kg），再称量钢瓶在充气后的重量，两者之差，就是充入的CO 2 重量。衡器的最大称量应为充装量的1.5~3倍。

低压液化气体的充装

低压液化气体充装系数的确定，应符合下列原则：充装系数应不大于在气瓶最高使用温度下液体密度的 97%；在温度高于气瓶最高使用温度5℃时，瓶内不满液。低压液化气体的充装系数不得大于由公式（3）计算确定的值：

式中：Fr为低压液化气体充装系数，kg/L；ρ为气体在最高液相介质温度下的液体密度，kg/L；C为液体密度的最大负偏差，一般情况C取0~3。

以实验室的氨气为例，它的LC50=7338*10-6，属于碱性有毒的腐蚀性气体。氨在60℃时饱和蒸气压为2.52MPa，灌装焊接气瓶的公称工作压力选择3MPa这个等级。在最高液相介质温度60℃下，液氨密度为0.5491kg/L。C=0，代入式（3）计算得Fr=0.53Kg/L。

① 严禁气体超装。

冬季充装时温度低，密度大，瓶内温度随着环境温度的升高而升高，气体膨胀而压力随之升高，易造成超压。这种情况多是由不按照安全技术规范和充装操作规程造成的。

② 气瓶解冻。

冬季使用气瓶时，可用40℃以下的温水加热，或用蛇管式或列管式热水汽化器加热。严禁用温度超过40℃的热源对气瓶加热；严禁用沸水加热或用明火烘烤；不得靠近加热炉或暖气片等热源；不得用铁器敲打瓶筒等。

③ 瓶阀解冻。

如果气瓶阀发生冻结，只能用热水布温烫溶解。严禁用热水直接浇洒；严禁用火和烧红的金属块直接烘烤；严禁用铁锤等物敲打。

④ 减压器解冻。

减压器冻结后，可从瓶体拆卸，应用热水或蒸汽解冻；不能用火或红铁烘烤。减压器加热后，必须将其残留的水分吹干，再接入气路。

⑤ 阻火器解冻。

干式阻火器冻结时，应用热水或蒸汽解冻，严禁用火烤。

安全水封通常用于压力<0.12MPa的可燃气体管线上。阻火原理为：水封设置在进出气管之间，在水封两侧的任一侧着火后，火焰均将在水封处被窒息阻断，从而阻止火势蔓延；可分为敞开式和封闭式（图7）。使用时应注意：安全液封应保持垂直位置，随时注意水位不得低于水位阀门所标定位置。冬季使用安全水封时，应注意防冻，可加防冻剂或少量食盐降低冰点。工作结束时，及时将水排净。

图7 安全水封

实验室气体气瓶的安全性与温度、压力密切相关。气瓶爆炸事故的原因可归结为人、料、环、管四个方面。首先要提高实验师生的安全意识和专业知识，熟悉临界温度、临界压力、气体气瓶分类、公称工作压力、压缩因数、充装系数等概念。

其次，对气瓶本身的安全检查也必不可少。气瓶必须从有资质的供应商处购买；部分超限服役、状态不良的气瓶应该及时淘汰。此外，实验室还需要建立健全气瓶的管理制度；气瓶应放置在阴凉干燥处，避免阳光直射，远离明火和暖气片等热源；可燃气体与助燃气体不能混放；选择正确的解冻措施；瓶中气体不要用尽，需留有余量，避免混入其它气体，保证重新灌装气体的安全。

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转自

编辑丨未来实验室学苑新媒体部

作者:廖冬梅

参考文献

1高校实验室气瓶事故统计分析，高玉坤

2 基于Elman神经网络的气瓶爆炸事故原因分析，蔡依桐

3液化石油气火灾爆炸事故类型分析，黄郑华

4 防爆学原理，王海福

5 GB16163-2012 瓶装压缩气体分类

6 TSG23-2021气瓶安全技术规程

7《压缩气体气瓶充装规定》解读，黄强华

8 GB/T 14194-2017压缩气体气瓶充装规定

9 GBT 3634.1-2006 氢气 第1部分 工业氢

10GBT 3863-2008 工业氧

11GB 14193-2009 液化气体气瓶充装规定

12GB/T 6052-2011工业液体二氧化碳