Газовый баллон — сосуд под давлением для хранения и удержания газов при давлении выше атмосферного . Газовые баллоны высокого давления также называются бутылками . Внутри баллона хранимое содержимое может находиться в состоянии сжатого газа, пара над жидкостью, сверхкритической жидкости или растворяться в материале-подложке в зависимости от физических характеристик содержимого. Типичная конструкция газового баллона удлиненная, стоящая вертикально на уплощенном нижнем конце, с клапаном и фитингом в верхней части для подсоединения к приемному устройству.
Термин «цилиндр» в данном контексте не следует путать с баком , поскольку последний представляет собой открытый или вентилируемый контейнер, в котором жидкости хранятся под действием силы тяжести, хотя термин «акваланг» обычно используется для обозначения баллона, используемого для подачи дыхательного газа в подводный дыхательный аппарат.
В Соединенных Штатах термин «баллонный газ» обычно относится к сжиженному нефтяному газу . «Баллонный газ» иногда используется в медицинских целях, особенно для переносных кислородных баллонов . Упакованные промышленные газы часто называют «баллонным газом», хотя иногда используется и термин «баллонный газ». Термин «пропановый баллон» также используется для баллонов с пропаном.
В Великобритании и других частях Европы чаще всего говорят о «баллонном газе» при обсуждении любого использования, будь то промышленное, медицинское или сжиженная нефть. Напротив, то, что в Соединенных Штатах называется сжиженным нефтяным газом, в Великобритании известно как «LPG» и может быть заказано с использованием одного из нескольких торговых наименований , или конкретно как бутан или пропан , в зависимости от требуемой тепловой мощности. [ необходима цитата ]
Коды проектирования 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 изготавливаются из нержавеющей стали и композитных материалов. Благодаря очень высокой прочности на разрыв полимера, армированного углеродным волокном , эти сосуды могут быть очень легкими, но их сложнее изготовить. [1]
Цилиндры, армированные или собранные из волокнистого материала, обычно должны проверяться чаще, чем металлические цилиндры, например , каждые 5 лет вместо 10 лет, и должны проверяться более тщательно, чем металлические цилиндры. Они могут иметь ограниченный срок службы. [ необходима цитата ]
Интервал проверки стальных баллонов увеличился с 5 или 6 лет до 10 лет. [ требуется цитата ] Баллоны для дайвинга, которые используются в воде, должны проверяться чаще. Когда были обнаружены присущие им структурные проблемы, некоторые сплавы стали и алюминия были сняты с эксплуатации. [ требуется цитата ]
Первоначально баллоны из композитных волокон были рассчитаны на ограниченный срок службы в 15, 20 или 30 лет, в то время как стальные баллоны в настоящее время обычно изымаются через 70 лет или могут продолжать использоваться неограниченное время при условии прохождения ими периодических проверок и испытаний. [ необходима цитата ] Уже несколько лет [ требуется разъяснение ] существуют композитные баллоны, которые номинированы на неограниченный срок службы (NLL), при условии отсутствия видимых повреждений. [ необходима цитата ]
Поскольку для армирования баллонов используются волокнистые композиционные материалы, существуют различные типы конструкций сосудов высокого давления: [ необходима ссылка ]
Сосуды высокого давления для хранения газа также могут быть классифицированы по объему. В Южной Африке баллон для хранения газа подразумевает многоразовый транспортируемый контейнер с объемом воды до 150 литров. Многоразовые транспортируемые цилиндрические контейнеры объемом воды от 150 до 3000 литров называются трубами. [2]
Транспортировка баллонов высокого давления регулируется многими правительствами по всему миру. Различные уровни испытаний обычно требуются руководящим органом страны, в которой они будут транспортироваться. В Соединенных Штатах этим органом является Министерство транспорта США (DOT). Аналогично в Великобритании европейские правила транспортировки (ADR) реализуются Министерством транспорта (DfT). В Канаде этим органом является Министерство транспорта Канады (TC). Баллоны могут иметь дополнительные требования к конструкции и/или эксплуатационным 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 продукции.
В Великобритании « компетентный орган » — Министерство транспорта (DfT) — внедряет правила, а назначение уполномоченных испытателей цилиндров осуществляется Службой аккредитации Соединенного Королевства (UKAS), которая дает рекомендации Агентству по сертификации транспортных средств (VCA) для утверждения отдельных органов.
Существует множество испытаний, которые могут быть проведены на различных баллонах. Некоторые из наиболее распространенных типов испытаний — это гидростатическое испытание , испытание на разрыв, предел прочности на растяжение , испытание на удар по Шарпи и циклическое изменение давления.
В процессе производства на баллоне обычно проштамповывается или постоянно маркируется важная информация. Обычно эта информация включает тип баллона, рабочее или сервисное давление, серийный номер, дату изготовления, зарегистрированный код производителя и иногда испытательное давление. В зависимости от требований нормативных актов может быть проштампована и другая информация.
Баллоны высокого давления, которые используются многократно — как большинство из них — можно подвергать гидростатическим или ультразвуковым испытаниям и визуально осматривать каждые несколько лет. [3] В Соединенных Штатах гидростатические/ультразвуковые испытания требуются либо каждые пять лет, либо каждые десять лет, в зависимости от баллона и его эксплуатации.
Газовые баллоны обычно имеют стопорный угловой клапан на одном конце, и баллон обычно ориентирован так, чтобы клапан находился сверху. Во время хранения, транспортировки и обращения, когда газ не используется, на выступающий клапан может быть навинчен колпачок, чтобы защитить его от повреждения или поломки в случае падения баллона. Вместо колпачка баллоны иногда имеют защитный воротник или горловое кольцо вокруг узла клапана.
Клапаны на промышленных, медицинских и водолазных баллонах обычно имеют резьбу или геометрию соединений разной направленности, размеров и типов, которые зависят от категории газа, что затрудняет ошибочное неправильное использование газа. Например, выпускной клапан водородного баллона не подходит к регулятору кислорода и линии подачи, что может привести к катастрофе. Некоторые фитинги используют правую резьбу, в то время как другие используют левую резьбу ; фитинги с левой резьбой обычно можно определить по выемкам или канавкам, прорезанным на них.
В Соединенных Штатах клапанные соединения иногда называют соединениями CGA , поскольку Ассоциация сжатого газа (CGA) публикует рекомендации о том, какие соединения использовать для каких газов. Например, баллон с аргоном имеет соединение "CGA 580" на клапане. Газы высокой чистоты иногда используют соединения CGA-DISS ("Diameter Index Safety System").
Медицинские газы могут использовать систему безопасности с индексом штифта для предотвращения неправильного подключения газов к системам.
В Европейском Союзе соединения DIN более распространены, чем в Соединенных Штатах.
В Великобритании стандарты устанавливает Британский институт стандартов. В число стандартов входит использование клапанов с левой резьбой для баллонов с горючим газом (чаще всего латунных, BS4, клапанов для некоррозионного содержимого баллона или нержавеющей стали, BS15, клапанов для коррозионного содержимого). Баллоны с негорючим газом оснащены клапанами с правой резьбой (чаще всего латунных, BS3, клапанов для некоррозионных компонентов или нержавеющей стали, BS14, клапанов для коррозионных компонентов). [4]
Когда газ в баллоне должен использоваться при низком давлении, колпачок снимается, и к запорному клапану присоединяется узел регулирования давления. Это приспособление обычно имеет регулятор давления с манометрами на входе (вход) и выходе (выход), а также дополнительный игольчатый клапан на выходе и выходное соединение. Для газов, которые остаются газообразными при хранении в условиях окружающей среды, манометр на входе может использоваться для оценки того, сколько газа осталось в баллоне в зависимости от давления. Для газов, которые находятся в жидком состоянии при хранении, например, пропана, давление на выходе зависит от давления паров газа и не падает, пока баллон почти не опустеет, хотя оно будет меняться в зависимости от температуры содержимого баллона. Регулятор настраивается для управления давлением на выходе, что ограничит максимальный поток газа из баллона при давлении, показываемом манометром на выходе. Для некоторых целей, таких как защитный газ для дуговой сварки, регулятор также будет иметь расходомер на стороне выхода.
Выходное соединение регулятора подключается к месту, где требуется подача газа.
Поскольку содержимое находится под давлением и иногда представляет собой опасные материалы , обращение с баллонными газами регулируется. Правила могут включать в себя цепное соединение баллонов для предотвращения падения и повреждения клапана, надлежащую вентиляцию для предотвращения травм или смерти в случае утечек и знаки, указывающие на потенциальные опасности. Если баллон со сжатым газом опрокидывается, в результате чего блок клапанов срезается, быстрый выброс газа под высоким давлением может привести к резкому ускорению баллона, что может привести к повреждению имущества, травме или смерти. Чтобы предотвратить это, баллоны обычно крепятся к неподвижному объекту или транспортной тележке с помощью ремня или цепи. Их также можно хранить в безопасном шкафу .
При пожаре давление в газовом баллоне повышается прямо пропорционально его температуре . Если внутреннее давление превышает механические ограничения баллона и нет возможности безопасного сброса сжатого газа в атмосферу, сосуд выйдет из строя механически. Если содержимое баллона воспламеняется, это событие может привести к «огненному шару». [5] Окислители, такие как кислород и фтор, будут производить аналогичный эффект, ускоряя горение в пораженной области. Если содержимое баллона является жидким, но становится газом при окружающих условиях, это обычно называют взрывом расширяющегося пара кипящей жидкости (BLEVE). [6]
Медицинские газовые баллоны в Великобритании и некоторых других странах имеют плавкую заглушку из металла Вуда в блоке клапанов между седлом клапана и баллоном. [ необходима ссылка ] Эта заглушка плавится при сравнительно низкой температуре (70 °C) и позволяет содержимому баллона выйти в окружающую среду до того, как баллон значительно ослабнет под воздействием тепла, что снижает риск взрыва.
Более распространенные устройства сброса давления представляют собой простую разрывную мембрану , установленную в основании клапана между цилиндром и седлом клапана. Разрывная мембрана представляет собой небольшую металлическую прокладку, разработанную для разрыва при заранее определенном давлении. Некоторые разрывные мембраны имеют подложку из легкоплавкого металла, поэтому клапан должен подвергаться воздействию чрезмерного тепла, прежде чем разрывная мембрана сможет разорваться. [ необходима цитата ]
Ассоциация по сжатым газам публикует ряд брошюр и памфлетов по безопасному обращению и использованию баллонных газов.
Существует широкий спектр стандартов, касающихся производства, использования и испытаний баллонов со сжатым газом и связанных с ними компонентов. Некоторые примеры приведены здесь.
Газовые баллоны часто имеют цветовую кодировку , но коды не являются стандартными в разных юрисдикциях, а иногда и не регулируются. Цвет баллона не может безопасно использоваться для положительной идентификации продукта; баллоны имеют этикетки для идентификации содержащегося в них газа.
Индийский стандарт для цветовой маркировки газовых баллонов применяется к идентификации содержимого газовых баллонов, предназначенных для медицинского использования. Каждый баллон должен быть окрашен снаружи в цвета, соответствующие его газообразному содержимому. [12]
Ниже приведены примеры размеров цилиндров, которые не являются отраслевым стандартом. [ требуется ссылка ] [ требуется пояснение ]
(Спецификации Министерства транспорта США определяют материал, изготовление и максимальное давление в фунтах на квадратный дюйм. Они сопоставимы со спецификациями Министерства транспорта Канады , которые показывают давление в барах . 3E-1800 в номенклатуре Министерства транспорта будет соответствовать TC 3EM 124 в Канаде. [13] )
Для большего объема доступны блоки хранения газа высокого давления, известные как трубки . Они, как правило, имеют больший диаметр и длину, чем баллоны высокого давления, и обычно имеют резьбовую шейку на обоих концах. Они могут быть установлены по отдельности или группами на прицепах, постоянных базах или интермодальных транспортных рамах . Из-за своей длины они устанавливаются горизонтально на мобильных конструкциях. В общем случае они часто объединяются вместе и управляются как единое целое. [14] [15]
Группы баллонов одинакового размера могут быть смонтированы вместе и подключены к общей системе коллекторов для обеспечения большей емкости хранения, чем один стандартный баллон. Это обычно называется банком баллонов или банком газового хранилища. Коллектор может быть расположен так, чтобы обеспечить одновременный поток из всех баллонов, или, для каскадной системы заполнения , где газ отбирается из баллонов в соответствии с наименьшей разницей положительного давления между хранилищем и баллоном назначения, что является более эффективным использованием сжатого газа. [16]
Газовый баллонный квадроцикл, также известный как газовый баллонный поддон, представляет собой группу баллонов высокого давления, установленных на транспортной и складской раме. Обычно имеется 16 баллонов, каждый емкостью около 50 литров, установленных вертикально в четыре ряда по четыре на квадратном основании с квадратной рамой с точками подъема наверху и может иметь слоты для вилочного погрузчика в основании. Баллоны обычно соединены между собой как коллектор для использования в качестве блока, но возможны многие вариации в компоновке и структуре. [17]
{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )