Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для механических устройств, используемых для передачи силы от сжатого газа, см пневматический цилиндр . Для крупных сооружений, используемых для хранения городского газа, см. Газгольдер .

Промышленный сжатые газовые баллоны , используемые для сварки газокислородных и резки из стали .

Газовый баллон представляет собой сосуд высокого давления для хранения и удержания газов при температуре выше атмосферного давления . High- давления газовые баллоны также называются бутылки . Внутри цилиндра хранимое содержимое может находиться в состоянии сжатого газа, пара над жидкостью, сверхкритической жидкости или растворенного в материале подложки, в зависимости от физических характеристик содержимого. Типичная конструкция газового баллона имеет удлиненную форму, стоящую вертикально на плоском нижнем конце, с клапаном и фитингом вверху для подсоединения к принимающему устройству.

Термин « цилиндр» в данном контексте не следует путать с резервуаром , который представляет собой резервуар с открытым верхом или вентилируемый резервуар, в котором хранятся жидкости под действием силы тяжести.

Номенклатура [ править ]

В Соединенных Штатах термин «баллонный газ» обычно относится к сжиженному нефтяному газу . «Газ в баллонах» иногда используется в медицинских целях, особенно для переносных кислородных баллонов . Упакованные промышленные газы часто называют «баллонным газом», хотя иногда используется и «баллонный газ».

Соединенное Королевство и другие части Европы чаще всего относятся к «бутилированному газу» при обсуждении любого использования, будьте промышленными, медицинским, или сжиженным нефтяным. Напротив, то, что называется сжиженным нефтяным газом в Соединенных Штатах, в Соединенном Королевстве в целом известно как «LPG», и его можно заказать, используя одно из нескольких торговых наименований , или, в частности, бутан или пропан , в зависимости от требуемой тепловой мощности. .

Материалы [ править ]

Для подробного обсуждения материалов для газовых баллонов см. Сосуд под давлением § Строительные материалы .

Конструктивные нормы и стандарты применения, а также стоимость материалов диктовали выбор стали без сварных швов для большинства газовых баллонов; сталь обработана для защиты от коррозии . Некоторые недавно разработанные легкие газовые баллоны изготовлены из нержавеющей стали и композитных материалов. Из-за очень высокой прочности на разрыв полимера , армированного углеродным волокном , эти сосуды могут быть очень легкими, но их труднее изготовить. [1]

Баллоны, армированные или изготовленные из волокнистого материала, обычно должны проверяться чаще, чем металлические баллоны, например , каждые 5, а не 10 лет, и должны проверяться более тщательно, чем металлические баллоны.

Интервал проверки стальных баллонов увеличился с 5-6 лет до 10 лет. [ необходима цитата ] Водолазные баллоны, которые используются в воде, должны проверяться чаще. Когда выяснилось, что они стали менее безопасными, некоторые стали и алюминиевые сплавы были изъяты из эксплуатации.

Сначала баллоны из волокнистого композита были рассчитаны на ограниченный срок службы 15, 20 или 30 лет, тогда как стальные баллоны в настоящее время обычно изымаются через 70 лет. [ необходима цитата ] С тех пор, как несколько лет существуют композитные цилиндры, которые номинированы на неограниченный срок службы (NLL), пока не будет видно повреждений.

Типы цилиндров [ править ]

Поскольку для усиления цилиндров использовались стекловолоконные композитные материалы, существуют различные типы конструкций сосудов высокого давления: [ необходима ссылка ] [ требуется пояснение ]

  1. Только металл . В основном цельнокованый металл. Но для более низкого рабочего давления, например , для сжиженного бутана, есть стальные сварные сосуды.
  2. Сосуд металлический, обруч обернутый волокнистым композитом только вокруг цилиндрической части «цилиндра». (Геометрически существует потребность в удвоении прочности на разрыв в цилиндрической области по сравнению со сферическими крышками цилиндра.)
  3. Тонкий металлический вкладыш (который обеспечивает герметичность емкости, но не способствует рабочему давлению), полностью обернутый волокном в матричном материале.
  4. Безметалловый вкладыш из пластика, полностью обернутый волокнистым материалом. Бобышка, центр головки (ей) цилиндра все еще из металла и включает резьбу для клапана.

Сосуды под давлением для хранения газа также можно классифицировать по объему. В ЮАР под баллоном для хранения газа понимается многоразовый передвижной контейнер с объемом воды до 150 литров. Многоразовые передвижные цилиндрические емкости емкостью от 15 до 3000 литров называются трубками. [2]

Правила и испытания баллонов [ править ]

Транспортировка баллонов высокого давления регулируется правительствами многих стран мира. Орган управления страны, в которую он должен транспортироваться, обычно требует различных уровней тестирования. В США этим органом является Министерство транспорта США (DOT). Аналогичным образом в Великобритании европейские правила перевозки (ADR) реализуются Министерством транспорта (DfT). Для Канады этим органом является Transport Canada (TC). К баллонам могут предъявляться дополнительные требования к конструкции и / или характеристикам от независимых испытательных агентств, таких как Underwriters Laboratories.(UL). Каждый производитель баллонов высокого давления должен иметь независимого агента по качеству, который будет проверять качество и безопасность продукта.

В Великобритании « компетентный орган » - Департамент транспорта (DfT) - реализует правила, а назначение уполномоченных испытателей баллонов проводится Службой аккредитации Великобритании (UKAS), которая дает рекомендации Агентству по сертификации транспортных средств (VCA) для утверждения. отдельных тел.

Существует множество тестов, которые можно проводить на различных цилиндрах. Некоторые из наиболее распространенных типов испытаний - это гидростатические испытания , испытание на разрыв , предел прочности на разрыв , испытание на удар по Шарпи и циклическое изменение давления.

Во время производственного процесса жизненно важная информация обычно штампуется или постоянно маркируется на цилиндре. Эта информация обычно включает тип баллона, рабочее или рабочее давление, серийный номер, дату изготовления, регистрационный код производителя, а иногда и испытательное давление. Другая информация также может быть проштампована в зависимости от нормативных требований.

Баллоны высокого давления, которые используются многократно, как и большинство из них, могут подвергаться гидростатическим или ультразвуковым испытаниям и визуально каждые несколько лет. [3] В Соединенных Штатах гидростатические / ультразвуковые испытания требуются каждые пять или десять лет, в зависимости от цилиндра и его срока службы.

Соединения клапана [ править ]

Регулятор газа, прикрепленный к баллону с азотом. Справа - клапан баллона, манометр баллона, клапан регулирования давления (желтый), манометр на выходе, трехходовой выход с игольчатыми клапанами.

Газовые баллоны имеют запорный угловой клапан на конце сверху. Во время хранения, транспортировки и обращения, когда газ не используется, на выступающий клапан может быть навинчена крышка, чтобы защитить его от повреждения или разрушения в случае падения баллона. Вместо крышки цилиндры обычно имеют защитную манжету или горловину вокруг узла рабочего клапана.

Когда газ в цилиндре должен использоваться при низком давлении, крышка снимается и регулирование давления в сборе прикреплено к запорному клапану. Это приспособление обычно имеет регулятор давления с манометрами на входе (на входе) и на выходе (на выходе), а также дополнительный игольчатый клапан на выходе и выпускное соединение. Для газов, которые остаются газообразными в условиях хранения окружающей среды, можно использовать манометр на входе, чтобы оценить, сколько газа осталось в баллоне в зависимости от давления. Для газов, находящихся в жидком состоянии при хранении, например пропана, выходное давление зависит от давления пара.газа, и не падает до тех пор, пока цилиндр почти не исчерпан, хотя он будет варьироваться в зависимости от температуры содержимого цилиндра. Регулятор настроен на управление давлением на выходе, что ограничивает максимальный поток газа из баллона при давлении, показываемом манометром на выходе. Выпускной патрубок присоединяется к тому, что требует подачи газа, например, к баллону . Для некоторых целей, таких как сварка, регулятор также будет иметь расходомер на стороне выхода.

Клапаны на промышленных, медицинских и водолазных баллонах обычно бывают разных размеров и типов, как и клапаны для разных категорий газов, что затрудняет ошибочное использование газа не по назначению. Например, водородный баллон не подходит для линии подачи кислорода, что приведет к катастрофическому отказу. В одних фитингах используется правая резьба, в других - левая ; Фитинги с левой резьбой обычно идентифицируются по прорезанным в них пазам или канавкам.

В Соединенных Штатах клапанные соединения иногда называют «соединениями CGA», поскольку Ассоциация сжатого газа (CGA) публикует инструкции о том, какие соединения использовать для каких продуктов; например, в США баллон с аргоном будет иметь соединение CGA 580 на клапане.

Для газов высокой чистоты иногда используются соединения CGA-DISS («Система безопасности индекса диаметра»).

Медицинские газы могут использовать систему безопасности со штифтом, чтобы предотвратить неправильное подключение газов к услугам.

В Европейском Союзе соединения DIN более распространены, чем в США.

В Великобритании стандарты устанавливаются Британским институтом стандартов. В число стандартов входит использование клапанов с левой резьбой для баллонов с горючими газами (чаще всего из латуни, BS4, клапанов для некоррозионного содержимого баллона или нержавеющей стали, BS15, клапанов для коррозионно-агрессивного содержимого). Баллоны для негорючего газа оснащены клапанами с правой резьбой (чаще всего латунь, BS3, клапаны для некоррозионных компонентов или нержавеющей стали, BS14, клапаны для коррозионных компонентов). [4]

Клапаны общего цилиндра
Тип газаВыход клапана CGA (США)Выход клапана BS (Великобритания) [4]
Ацетилен5102, 4
Воздух, дыхание346, 3473
Воздушный, промышленный5903
Аргон580, 718, 680 (3500 фунтов на квадратный дюйм), 677 (6000 фунтов на квадратный дюйм)3
Бутан5104
Углекислый газ320, 7168
Монооксид углерода350, 7244
Хлор660, 7286
Гелий580, 718, 680 (3500 фунтов на кв. Дюйм)3
Водород350, 724, 695 (3500 фунтов на кв. Дюйм)4
Метан3504
Неон580, 7183
Азот580, 718, 680 (3500 фунтов на квадратный дюйм), 677 (6000 фунтов на квадратный дюйм)3
Оксид азота326, 71213
Кислород540, 7143
Кислородные смеси (> 23,5%)296Применяются другие руководства
Пропан5104
Ксенон580, 7183

Безопасность и стандарты [ править ]

Было бы безопаснее закрепить цилиндры по отдельности в прохладном месте, а не скреплять цепью на солнце, как показано здесь.

Поскольку содержимое находится под давлением и иногда представляет собой опасные материалы , обращение с газами в баллонах регулируется. Правила могут включать в себя соединение баллонов цепью для предотвращения падения и повреждения клапана, надлежащую вентиляцию для предотвращения травм или смерти в случае утечек и указателей, указывающих на потенциальную опасность. Если баллон со сжатым газом опрокинется, что приведет к срезанию клапанного блока, быстрое выпуск газа под высоким давлением может вызвать резкое ускорение цилиндра, что может привести к материальному ущербу, травмам или смерти. Чтобы предотвратить это, баллоны обычно прикрепляют к неподвижному объекту или транспортной тележке с помощью ремня или цепи.

При пожаре давление в газовом баллоне повышается прямо пропорционально его температуре . Если внутреннее давление превышает механические ограничения цилиндра и нет средств для безопасного выпуска сжатого газа в атмосферу, сосуд выйдет из строя механически. Если содержимое емкости воспламеняется, это может привести к возникновению «огненного шара». [5] Окислители, такие как кислород и фтор, будут производить аналогичный эффект, ускоряя горение в пораженной области. Если содержимое баллона жидкое, но в условиях окружающей среды превращается в газ, это обычно называют взрывом расширяющегося пара в кипящей жидкости (BLEVE).

Баллоны с медицинским газом в Великобритании и некоторых других странах имеют плавкую заглушку из металла Вуда в клапанном блоке между седлом клапана и цилиндром. [ необходима цитата ] Эта заглушка плавится при сравнительно низкой температуре (70 ° C) и позволяет содержимому цилиндра уйти в окружающую среду до того, как цилиндр будет значительно ослаблен теплом, уменьшая риск взрыва.

Более распространенные устройства сброса давления представляют собой простую разрывную мембрану, устанавливаемую в основании клапана между цилиндром и седлом клапана. Разрывная мембрана - это небольшая металлическая прокладка, предназначенная для разрыва при заданном давлении. Некоторые разрывные мембраны имеют основу из металла с низкой температурой плавления, поэтому клапан должен подвергаться чрезмерному нагреву, прежде чем разрывная мембрана может разорваться. [ необходима цитата ]

Ассоциация сжатого газа издает ряд буклетов и брошюр по безопасному обращению с газами в баллонах и их использованию.

Международные и национальные стандарты [ править ]

Существует множество стандартов, касающихся производства, использования и испытаний газовых баллонов под давлением и связанных с ними компонентов. Здесь приведены некоторые примеры.

  • ISO 11439 : Газовые баллоны - Баллоны высокого давления для хранения природного газа в качестве топлива для автомобилей [6]
  • ISO 15500-5: Транспорт дорожный. Компоненты топливной системы сжатого природного газа (КПГ). Часть 5: Ручной клапан баллона [7] [8]
  • US DOT 3/4/8 ???: e-CFR (Электронный свод федеральных правил), раздел 49, часть 178, подраздел C - Спецификация для цилиндров [9]
  • Поправка US DOT из алюминиевого сплава 6351-T6 для подводного плавания с аквалангом, автономного дыхательного аппарата, кислородной службы - Визуальный контроль вихревых потоков [10]
  • AS 2896-2011: Медицинские газовые системы - Установка и испытание систем трубопроводов негорючих медицинских газопроводов (Австралийские стандарты).

Цветовая кодировка [ править ]

Газовые баллоны часто имеют цветовую маркировку , но коды не являются стандартными для разных юрисдикций, а иногда и не регулируются. Цвет цилиндра нельзя использовать для точной идентификации продукта; на баллонах есть бирки, на которых указано, какой в ​​них газ

Общие размеры цилиндров [ править ]

При подводном плавании с аквалангом в Соединенных Штатах объем баллона измеряется количеством свободного воздуха (при стандартном давлении около 1 бара), который может быть сжат в баллон; Европа и большая часть остального мира измеряют объем баллона как внутренний объем (= вместимость по воде) и указывают рабочее давление баллона: например, США 19 кубических футов = Международный 3 литра при 180 бар .

Ниже приведены примерные размеры цилиндров, которые не являются отраслевым стандартом.

Cyl. размерДиаметр × высота,
включая 5,5 дюйма для клапана и крышки (дюймы)		Номинальный вес тары,
включая 4,5 фунта для клапана и крышки (фунт)
Вместимость воды
(фунты)		Внутренний объем,
70 ° F (21 ° C), 1  атм.		Спецификации US DOT
(литры)(куб.  футов)
2HP9 × 5118743,31,533AA3500
K9,25 × 6013511049,91,763AA2400
А9 × 511159643,81,553AA2015
B8,5 × 316037,917,20,613AA2015
C6 × 242715,26,880,243AA2015
D4 × 18124.92,240,083AA2015
AL8 × 535264,829,51.043AL2015
BL7,25 × 393334,615,70,553AL2216
CL6,9 × 2119135.90,213AL2216
XL14,5 × 50752381083,834BA240
SSB8 × 379541,618,90,673A1800
10S4 × 3121 год8,33.80,133A1800
ФУНТ2 × 15410,440,0163Э1800
XF12 × 4618060,92,158AL
XG15 × 56149278126,34,464AA480
XM10 × 499012054,31,923A480
XP10 × 555512455,71,984BA300
QT3 × 14 (включая 4,5 дюйма для клапана)2,5 (включая 1,5 фунта для клапана)2.00,9000,03184Б-240ЭТ
LP512,25 × 18,2518,547,721,680,764BW240
Медицинский E4 × 26 (без клапана и крышки)14 (без клапана и крышки)4.50,163AA2015

Трубки для хранения газа [ править ]

Для больших объемов доступны блоки хранения газа под высоким давлением, известные как трубки . Обычно они имеют больший диаметр и длину, чем цилиндры высокого давления, и обычно имеют горловину с резьбой на обоих концах. Они могут быть установлены отдельно или группами на трейлерах, постоянных основаниях или интермодальных транспортных рамах . Благодаря своей длине они устанавливаются на мобильные конструкции горизонтально. В общем случае они часто объединяются и управляются как единое целое.

Банки хранения газа [ править ]

Баллоны для хранения водорода в системе каскадного наполнения

Группы цилиндров одинакового размера могут быть смонтированы вместе и подключены к общей системе коллектора для обеспечения большей емкости, чем один стандартный цилиндр. Это обычно называется блоком цилиндров или блоком хранения газа. Коллектор может быть устроен для обеспечения одновременного потока из всех цилиндров или, для системы каскадного наполнения , когда газ отводится из цилиндров в соответствии с наименьшей разностью положительного давления между накопительным и целевым цилиндром, что является более эффективным использованием сжатого газа.

Квадроциклы для хранения газа [ править ]

Гелиевый квадрокоптер для подводного газа

Газовый квадроцикл - это группа баллонов высокого давления, установленных на транспортно-складской раме. Обычно имеется 16 цилиндров, каждый объемом около 50 литров, установленных вертикально в четыре ряда по четыре, на квадратном основании с квадратной рамой с точками подъема наверху и могут иметь прорези для вилочного погрузчика в основании. Цилиндры обычно соединяются между собой в виде коллектора для использования в качестве блока, но возможны многие варианты компоновки и конструкции.

См. Также [ править ]

  • Газ  в баллонах - вещества, находящиеся в газообразном состоянии при стандартной температуре и давлении, сжатые и хранящиеся в газовых баллонах.
  • Сосуд под давлением  - Контейнер, предназначенный для хранения газов или жидкостей под давлением, существенно отличающимся от давления окружающей среды.
  • Полимер, армированный углеродным волокном  - легкий, прочный и жесткий композитный материал
  • Сосуд высокого давления с композитной оболочкой  - Сосуд, состоящий из тонкой, не являющейся частью конструкции гильзы, обернутой структурным волокнистым композитом, предназначенный для удержания жидкости под давлением.
  • Заправочная карусель  - Устройство для наполнения баллонов сжиженным углеводородным газом
  • Промышленный газ  - газообразные материалы, производимые для использования в промышленности.
  • Резервуар  для хранения - Контейнер для жидкостей или сжатого газа
  • Рекомендации ООН по перевозке опасных грузов  - Рекомендации по надлежащей практике перевозки опасных грузов всеми видами транспорта, кроме цистерн

Ссылки [ править ]

  1. ^ См.Подробные сведения о сосуде высокого давления с композитной оболочкой.
  2. ^ Южноафриканский национальный стандарт SANS 10019: 2008 Переносные контейнеры для сжатых, растворенных и сжиженных газов - Базовая конструкция, производство, использование и обслуживание (6-е изд.). Претория, Южная Африка: Стандарты Южной Африки. 2008. ISBN 978-0-626-19228-0.
  3. ^ Хендерсон, Северная Каролина; Берри, МЫ; Эйбер, Р.Дж.; Фринк, DW (1970). «Исследование коррозии баллонов акваланга, этап 1» . Технический отчет Национального центра данных о подводных авариях, номер 1 . Университет Род-Айленда . Проверено 11 января +2016 .
  4. ^ a b BS 341-3: 2002, Британский институт стандартов, 389 Chiswick High Road, Лондон, W4 4AL.
  5. ^ «Инсайты по инцидентам - Доверяй, но проверяй» . Сеть оповещения дайверов .
  6. ^ «ISO 11439: 2000 - Газовые баллоны - Баллоны высокого давления для хранения природного газа в качестве топлива для автомобилей» .
  7. ^ «ISO 15500-5: 2001 - Транспорт дорожный - Компоненты топливной системы сжатого природного газа (КПГ) - Часть 5: Ручной клапан баллона» .
  8. ^ "Клапан баллона КПГ ISO 15500 -" .
  9. ^ US DOT e-CFR (Электронный свод федеральных правил) Раздел 49, часть 178, подраздел C - Спецификация для цилиндров - например, DOT 3AL = цельный алюминий
  10. ^ Федеральный регистр / Vol. 71, No. 167 / вторник, 29 августа 2006 г. / Правила и положения, раздел 49 CFR, части 173 и 180 Visual Edddy

Внешние ссылки [ править ]

  • НАСА - Стандарты безопасности при работе с кислородом и кислородом