六氟化硫：最可怕的温室气体

 

物质的应用领域往往是由其基本性质决定的，因此要从根本上了解六氟化硫的应用领域，首先需要了解六氟化硫的基本物理和化学性质。
 

六氟化硫最早由两位法国化学家Moissan和Lebeau于1900年合成，至今已有百余年历史，1940年美国军方开始将其应用于曼哈顿计划（核军事），1947年开始商用，20世纪五六十年代开始应用于电气设备中，也是大规模民用的开端。六氟化硫的化学式是SF6，它是一种无色、无味、无毒和不可燃且透明的惰性气体。在20℃和0.1MPa时密度为6.1kg/m³，约为空气密度的5倍。六氟化硫在常温常压下为气态，其临界温度为45.6℃，三相点温度为-50.8℃，常压下升华点温度为-63.8℃。
 

六氟化硫具有十分优异的绝缘性能。作为一种温室气体，六氟化硫具有超越同类气体的强负电性，六氟化硫的分子能够轻易的吸附物理电场内存在的自由离散电子，并形成具有较大质量的负离子，这一特性能有效地降低气体中的电离碰撞，实际上就起到了绝缘作用。有科学数据表明，在一般的均匀电场中，六氟化硫的绝缘强度能达到空气的2倍以上。随着气压升高，其绝缘性能也会逐渐提升，在4个大气压下，其绝缘性相当变压器油。六氟化硫气体在T≈2000K时出现热分解高峰，这意味着当交流电弧电流过零时，其对电流弧道的冷却功效将远超空气。在实际测量和应用环节中，科学家和工程师们发现六氟化硫的灭弧能力能超过空气的百倍。由于具有优良的灭弧性能和绝缘性能以及良好的化学稳定性，在超高压和特高压断路器中，六氟化硫作为灭弧介质，已取代油，并已大量取代了压缩空气。得益于六氟化硫的超强绝缘性，以其为绝缘材料的电气设备能够极大地缩小绝缘距离，相应的，这些电气设备的设计空间和体积就能有极大地缩减。正是由于这些优异的电气性能的存在，六氟化硫才在电力工业中得到了越来越多的应用。 禸*嫆唻@洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
 

六氟化硫虽具有强大的温室效应能力，但是在它合成之初人们并没有意识到这一问题，反而由于其优异的化学性质而被广泛的应用于多种行业和领域中。由于其良好的绝缘性和灭弧性，六氟化硫已被广泛的应用于电气断路和绝缘产品和工艺中，如断路器、高压开关、高压变压器、高压传输线、互感器等。近年来，六氟化硫也开始不断的向中低压电气开关设备中应用和扩展。具体而言，六氟化硫在电力行业的主要应用场景包括：
 

（1）气体绝缘全封闭组合电器（gas insulatedsubstation，GIS）。GIS设备由多种断路器、开关、避雷器和连接件组成，这些零部件部分或全部密封于金属接地的保护壳内，其内部填充有特定气压的六氟化硫气体，以发挥绝缘功能。20世纪60年代，GIS设备已经开始在世界各地的高压、超高压和特高压领域广泛应用。由于六氟化硫的超强绝缘性和灭弧性，使得GIS设备在占地空间、装配性、安全性、后续维护性方面具有较强的优势，也因此GIS设备的使用正处在高速增长阶段，相应的，六氟化硫的使用量也随之快速增加。在这快速攀升的六氟化硫使用量背后，也暗含着惊人的泄漏量。以大型的发电厂、变电站为例，其年泄漏量可达数百千克。尤其令人不安的是，虽然GIS设备已经在世界范围内的电厂和变电站广泛使用，但是关于六氟化硫的年泄漏量仍然缺乏科学精确的统计数据。 内.容.来.自：中`国`碳#排*放*交*易^网 t a np ai f an g.com
 

（2）断路器。由于六氟化硫的优异绝缘性和灭弧性，断路器领域也成为了其重要的应用场景。到目前为止，六氟化硫断路器的最高应用工作电压已经达到了765kV，由此可见其在断路器领域具有的广泛应用场景。从整体来看，在中压断路器领域，六氟化硫断路器占比约为50%，而在110kV及以上的中压和高压、超高压断路器中，空气、油断路器都已基本被六氟化硫断路器所替代。
 

（3）电流互感器。通俗而言，电流互感器的作用就是将交流电路中的较大的电流通过电磁原理转化为一定比例的较小的电流，以实现科学测量和继电保护的作用。根据绝缘材料的不同，电流互感器主要分为六氟化硫气体电流互感器和油浸式电流互感器。就我国的情况而言，六氟化硫气体电流互感器的实际使用比例要远超油浸式电流互感器。在不同的电压等级中，六氟化硫气体电流互感器的使用比例也不尽相同，其中在220kV、110kV和500kV电压等级中使用比较较高，分别占比45%、35% 和15%。广泛的应用，也意味着较高的电气设备故障率和气体泄漏率，从近年的统计数据来看，因电流互感器的导致的气体泄漏和逃逸现象正呈现逐年递增趋势。

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（4）其他中压电器设备。基于六氟化硫在电气绝缘、灭弧等方面的优异表现，大量的中压电气设备中也开始将六氟化硫作为绝缘气体。开关柜、环网柜等各种配电设备中开始大量地将六氟化硫作为新的绝缘材料。从整体上来看，以六氟化硫为绝缘材料的开关柜设备的市场份额有逐年上升的趋势。随着六氟化硫向中压电器市场的扩散，其用量必然是惊人的，而更令人担忧的还是六氟化硫在这些电气设备中的泄露和逃逸量以及其所产生的温室效应。
 

高纯度的六氟化硫在我国尖端科研和生产部门中也扮演者重要角色，被认定为急需的特种气体，在TFT-LCD面板厂及半导体微电子工业中用于清洁气体和等离子蚀刻气体，在光导纤维制造中用作隔离层掺杂剂，在镁及其合金的冶炼过程中，高纯度的六氟化硫或其混合气体可作为保护气体防止镁及其合金被氧化。在医疗领域，六氟化硫可以作为一种安全的造影剂用于超声造影，特别是肝脏肿瘤的造影检查，一般将六氟化硫经静脉注射后溶于血液，而后通过呼吸方式缓慢排除。在采矿工业中，六氟化硫气体还可以作为反吸附剂，在矿井煤尘中用于置换氧气，保证矿井作业安全。从总体而言，六氟化硫的主要应用场景仍然集中在电气绝缘工艺中。近数十年以来，人类逐渐意识到温室气体对气候变暖的重要影响，开始降低非可再生能源的使用比例，转而增加了绿色替代能源的使用范围，如积极发展风能、水能、太阳能等绿色能源，这就导致了各国需要大批量的更新和更换输电设备，这其中就包括大量的变压器等电力交换设备。为了电力安全起见，新增的电力交换设备大多采用先进的气体绝缘设备，以现阶段的产业和技术水平，六氟化硫就是最佳的绝缘气体。据相关统计数据显示，全世界80%的六氟化硫气体被应用于气体绝缘开关设备中，电力行业每年六氟化硫的排放量达到了8100吨，而据美国《科学新闻》网站2019年12月4日的报道，到2019年底，全球化石燃料燃烧排放的二氧化碳排放量将达到368亿吨，相较于2018年的365.7亿吨仍有显著增长。虽然六氟化硫的年排放量远低于二氧化碳，但是鉴于六氟化硫远超于二氧化碳的全球变暖潜势值，以及其在大气中超长的生命周期，六氟化硫对气候变暖的贡献仍然值得我们给予相当的关注和重视。因此，对六氟化硫的科学回收和处理，以及积极寻找替代气体已经刻不容缓。 内-容-来-自；中_国_碳_0排放￥交-易=网 t an pa i fa ng . c om