六氟化硫：最可怕的溫室氣體

 

物質(zhì)的應(yīng)用領(lǐng)域往往是由其基本性質(zhì)決定的，因此要從根本上了解六氟化硫的應(yīng)用領(lǐng)域，首先需要了解六氟化硫的基本物理和化學(xué)性質(zhì)。
 

六氟化硫最早由兩位法國(guó)化學(xué)家Moissan和Lebeau于1900年合成，至今已有百余年歷史，1940年美國(guó)軍方開(kāi)始將其應(yīng)用于曼哈頓計(jì)劃（核軍事），1947年開(kāi)始商用，20世紀(jì)五六十年代開(kāi)始應(yīng)用于電氣設(shè)備中，也是大規(guī)模民用的開(kāi)端。六氟化硫的化學(xué)式是SF6，它是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒和不可燃且透明的惰性氣體。在20℃和0.1MPa時(shí)密度為6.1kg/m³，約為空氣密度的5倍。六氟化硫在常溫常壓下為氣態(tài)，其臨界溫度為45.6℃，三相點(diǎn)溫度為-50.8℃，常壓下升華點(diǎn)溫度為-63.8℃。
 

六氟化硫具有十分優(yōu)異的絕緣性能。作為一種溫室氣體，六氟化硫具有超越同類氣體的強(qiáng)負(fù)電性，六氟化硫的分子能夠輕易的吸附物理電場(chǎng)內(nèi)存在的自由離散電子，并形成具有較大質(zhì)量的負(fù)離子，這一特性能有效地降低氣體中的電離碰撞，實(shí)際上就起到了絕緣作用。有科學(xué)數(shù)據(jù)表明，在一般的均勻電場(chǎng)中，六氟化硫的絕緣強(qiáng)度能達(dá)到空氣的2倍以上。隨著氣壓升高，其絕緣性能也會(huì)逐漸提升，在4個(gè)大氣壓下，其絕緣性相當(dāng)變壓器油。六氟化硫氣體在T≈2000K時(shí)出現(xiàn)熱分解高峰，這意味著當(dāng)交流電弧電流過(guò)零時(shí)，其對(duì)電流弧道的冷卻功效將遠(yuǎn)超空氣。在實(shí)際測(cè)量和應(yīng)用環(huán)節(jié)中，科學(xué)家和工程師們發(fā)現(xiàn)六氟化硫的滅弧能力能超過(guò)空氣的百倍。由于具有優(yōu)良的滅弧性能和絕緣性能以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在超高壓和特高壓斷路器中，六氟化硫作為滅弧介質(zhì)，已取代油，并已大量取代了壓縮空氣。得益于六氟化硫的超強(qiáng)絕緣性，以其為絕緣材料的電氣設(shè)備能夠極大地縮小絕緣距離，相應(yīng)的，這些電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)空間和體積就能有極大地縮減。正是由于這些優(yōu)異的電氣性能的存在，六氟化硫才在電力工業(yè)中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。 禸*嫆唻@洎：狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
 

六氟化硫雖具有強(qiáng)大的溫室效應(yīng)能力，但是在它合成之初人們并沒(méi)有意識(shí)到這一問(wèn)題，反而由于其優(yōu)異的化學(xué)性質(zhì)而被廣泛的應(yīng)用于多種行業(yè)和領(lǐng)域中。由于其良好的絕緣性和滅弧性，六氟化硫已被廣泛的應(yīng)用于電氣斷路和絕緣產(chǎn)品和工藝中，如斷路器、高壓開(kāi)關(guān)、高壓變壓器、高壓傳輸線、互感器等。近年來(lái)，六氟化硫也開(kāi)始不斷的向中低壓電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備中應(yīng)用和擴(kuò)展。具體而言，六氟化硫在電力行業(yè)的主要應(yīng)用場(chǎng)景包括：
 

（1）氣體絕緣全封閉組合電器（gas insulatedsubstation，GIS）。GIS設(shè)備由多種斷路器、開(kāi)關(guān)、避雷器和連接件組成，這些零部件部分或全部密封于金屬接地的保護(hù)殼內(nèi)，其內(nèi)部填充有特定氣壓的六氟化硫氣體，以發(fā)揮絕緣功能。20世紀(jì)60年代，GIS設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始在世界各地的高壓、超高壓和特高壓領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。由于六氟化硫的超強(qiáng)絕緣性和滅弧性，使得GIS設(shè)備在占地空間、裝配性、安全性、后續(xù)維護(hù)性方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，也因此GIS設(shè)備的使用正處在高速增長(zhǎng)階段，相應(yīng)的，六氟化硫的使用量也隨之快速增加。在這快速攀升的六氟化硫使用量背后，也暗含著驚人的泄漏量。以大型的發(fā)電廠、變電站為例，其年泄漏量可達(dá)數(shù)百千克。尤其令人不安的是，雖然GIS設(shè)備已經(jīng)在世界范圍內(nèi)的電廠和變電站廣泛使用，但是關(guān)于六氟化硫的年泄漏量仍然缺乏科學(xué)精確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。 內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com
 

（2）斷路器。由于六氟化硫的優(yōu)異絕緣性和滅弧性，斷路器領(lǐng)域也成為了其重要的應(yīng)用場(chǎng)景。到目前為止，六氟化硫斷路器的最高應(yīng)用工作電壓已經(jīng)達(dá)到了765kV，由此可見(jiàn)其在斷路器領(lǐng)域具有的廣泛應(yīng)用場(chǎng)景。從整體來(lái)看，在中壓斷路器領(lǐng)域，六氟化硫斷路器占比約為50%，而在110kV及以上的中壓和高壓、超高壓斷路器中，空氣、油斷路器都已基本被六氟化硫斷路器所替代。
 

（3）電流互感器。通俗而言，電流互感器的作用就是將交流電路中的較大的電流通過(guò)電磁原理轉(zhuǎn)化為一定比例的較小的電流，以實(shí)現(xiàn)科學(xué)測(cè)量和繼電保護(hù)的作用。根據(jù)絕緣材料的不同，電流互感器主要分為六氟化硫氣體電流互感器和油浸式電流互感器。就我國(guó)的情況而言，六氟化硫氣體電流互感器的實(shí)際使用比例要遠(yuǎn)超油浸式電流互感器。在不同的電壓等級(jí)中，六氟化硫氣體電流互感器的使用比例也不盡相同，其中在220kV、110kV和500kV電壓等級(jí)中使用比較較高，分別占比45%、35% 和15%。廣泛的應(yīng)用，也意味著較高的電氣設(shè)備故障率和氣體泄漏率，從近年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，因電流互感器的導(dǎo)致的氣體泄漏和逃逸現(xiàn)象正呈現(xiàn)逐年遞增趨勢(shì)。

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（4）其他中壓電器設(shè)備。基于六氟化硫在電氣絕緣、滅弧等方面的優(yōu)異表現(xiàn)，大量的中壓電氣設(shè)備中也開(kāi)始將六氟化硫作為絕緣氣體。開(kāi)關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜等各種配電設(shè)備中開(kāi)始大量地將六氟化硫作為新的絕緣材料。從整體上來(lái)看，以六氟化硫?yàn)榻^緣材料的開(kāi)關(guān)柜設(shè)備的市場(chǎng)份額有逐年上升的趨勢(shì)。隨著六氟化硫向中壓電器市場(chǎng)的擴(kuò)散，其用量必然是驚人的，而更令人擔(dān)憂的還是六氟化硫在這些電氣設(shè)備中的泄露和逃逸量以及其所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)。
 

高純度的六氟化硫在我國(guó)尖端科研和生產(chǎn)部門中也扮演者重要角色，被認(rèn)定為急需的特種氣體，在TFT-LCD面板廠及半導(dǎo)體微電子工業(yè)中用于清潔氣體和等離子蝕刻氣體，在光導(dǎo)纖維制造中用作隔離層摻雜劑，在鎂及其合金的冶煉過(guò)程中，高純度的六氟化硫或其混合氣體可作為保護(hù)氣體防止鎂及其合金被氧化。在醫(yī)療領(lǐng)域，六氟化硫可以作為一種安全的造影劑用于超聲造影，特別是肝臟腫瘤的造影檢查，一般將六氟化硫經(jīng)靜脈注射后溶于血液，而后通過(guò)呼吸方式緩慢排除。在采礦工業(yè)中，六氟化硫氣體還可以作為反吸附劑，在礦井煤塵中用于置換氧氣，保證礦井作業(yè)安全。從總體而言，六氟化硫的主要應(yīng)用場(chǎng)景仍然集中在電氣絕緣工藝中。近數(shù)十年以來(lái)，人類逐漸意識(shí)到溫室氣體對(duì)氣候變暖的重要影響，開(kāi)始降低非可再生能源的使用比例，轉(zhuǎn)而增加了綠色替代能源的使用范圍，如積極發(fā)展風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能等綠色能源，這就導(dǎo)致了各國(guó)需要大批量的更新和更換輸電設(shè)備，這其中就包括大量的變壓器等電力交換設(shè)備。為了電力安全起見(jiàn)，新增的電力交換設(shè)備大多采用先進(jìn)的氣體絕緣設(shè)備，以現(xiàn)階段的產(chǎn)業(yè)和技術(shù)水平，六氟化硫就是最佳的絕緣氣體。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全世界80%的六氟化硫氣體被應(yīng)用于氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備中，電力行業(yè)每年六氟化硫的排放量達(dá)到了8100噸，而據(jù)美國(guó)《科學(xué)新聞》網(wǎng)站2019年12月4日的報(bào)道，到2019年底，全球化石燃料燃燒排放的二氧化碳排放量將達(dá)到368億噸，相較于2018年的365.7億噸仍有顯著增長(zhǎng)。雖然六氟化硫的年排放量遠(yuǎn)低于二氧化碳，但是鑒于六氟化硫遠(yuǎn)超于二氧化碳的全球變暖潛勢(shì)值，以及其在大氣中超長(zhǎng)的生命周期，六氟化硫?qū)夂蜃兣呢暙I(xiàn)仍然值得我們給予相當(dāng)?shù)年P(guān)注和重視。因此，對(duì)六氟化硫的科學(xué)回收和處理，以及積極尋找替代氣體已經(jīng)刻不容緩。 內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om