Газовый баллон — это сосуд под давлением для хранения и удержания газов при давлении выше атмосферного . Газовые баллоны высокого давления еще называют баллонами . Внутри баллона хранящееся содержимое может находиться в состоянии сжатого газа, пара над жидкостью, сверхкритической жидкости или растворено в материале подложки, в зависимости от физических характеристик содержимого. Типичная конструкция газового баллона имеет удлиненную форму, стоит вертикально на уплощенном нижнем конце, с клапаном и штуцером наверху для подключения к приемному аппарату.
Термин « цилиндр» в этом контексте не следует путать с резервуаром , последний представляет собой контейнер с открытым верхом или вентилируемый контейнер, в котором хранятся жидкости под действием силы тяжести, хотя термин «бак для подводного плавания» обычно используется для обозначения баллона, используемого для подачи дыхательного газа в подводный дыхательный аппарат.
В Соединенных Штатах «газ в баллонах» обычно относится к сжиженному нефтяному газу . «Газ в баллонах» иногда используется в медицинских целях, особенно в портативных кислородных баллонах . Упакованные промышленные газы часто называют «баллонным газом», хотя иногда используется «баллонный газ». Термин «пропановый баллон» также используется для обозначения баллонов с пропаном.
Соединенное Королевство и другие части Европы чаще называют «баллонный газ» при обсуждении любого его использования, будь то промышленное, медицинское или сжиженное топливо. Напротив, то, что в Соединенных Штатах называется сжиженным нефтяным газом, в Соединенном Королевстве обычно известно как «СНГ», и его можно заказать, используя одно из нескольких торговых названий , или, в частности, бутан или пропан , в зависимости от требуемой тепловой мощности. . [ нужна цитата ]
Нормы проектирования и стандарты применения, а также стоимость материалов продиктовали 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 сложнее производить. [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. Они могут иметь ограниченный срок службы. [ нужна цитата ]
Интервал проверки стальных баллонов увеличился с 5–6 лет до 10 лет. [ нужна цитация ] Водолазные баллоны, используемые в воде, необходимо проверять чаще. Когда были обнаружены присущие им структурные проблемы, некоторые стали и алюминиевые сплавы были выведены из эксплуатации. [ нужна цитата ]
Изначально баллоны из волокнистого композита были рассчитаны на ограниченный срок службы в 15, 20 или 30 лет, тогда как стальные баллоны в настоящее время обычно изымаются через 70 лет или могут продолжать использоваться неопределенно долго при условии, что они проходят периодические проверки и испытания. [ нужна ссылка ] Уже несколько лет [ необходимы разъяснения ] существуют композитные баллоны, срок службы которых не ограничен (NLL), при условии отсутствия повреждений. [ нужна цитата ]
Поскольку для армирования баллонов использовались волокнистые композиционные материалы, существуют различные типы конструкций сосудов высокого давления: [ нужна ссылка ]
Сосуды под давлением для хранения газа также можно классифицировать по объему. В ЮАР под баллоном для хранения газа подразумевают многоразовую передвижную емкость с объемом вместимости воды до 150 литров. Многоразовые передвижные цилиндрические емкости емкостью от 150 до 3000 литров воды называются тубами. [2]
Перевозка баллонов высокого давления регулируется правительствами многих стран мира. Регулирующие органы страны, в которую осуществляется транспортировка, обычно требуют проведения различных уровней тестирования. В Соединенных Штатах этим органом является Министерство транспорта США (DOT). Аналогичным образом, в Великобритании европейские транспортные правила (ADR) реализуются Министерством транспорта (DfT). В Канаде этим органом является Transport Canada (TC). К баллонам могут предъявляться дополнительные требования к конструкции и/или характеристикам со стороны независимых испытательных агентств, таких как Underwriters Laboratories (UL). Каждый производитель баллонов высокого давления обязан иметь независимого агента по качеству, который будет проверять продукцию на качество и безопасность.
В Великобритании « компетентный орган » — Министерство транспорта (DfT) — реализует правила, а назначение уполномоченных испытателей цилиндров осуществляется Службой аккредитации Соединенного Королевства (UKAS), которая дает рекомендации Агентству по сертификации транспортных средств (VCA) для одобрения. отдельных тел.
Существует множество тестов, которые можно проводить на различных цилиндрах. Некоторыми из наиболее распространенных типов испытаний являются гидростатические испытания , испытания на разрыв, предел прочности на разрыв , испытания на удар по Шарпи и циклическое давление.
В процессе производства важная информация обычно наносится на баллон или постоянно маркируется. Эта информация обычно включает тип баллона, рабочее или рабочее давление, серийный номер, дату изготовления, зарегистрированный код производителя и иногда испытательное давление. Другая информация также может быть проштампована в зависимости от требований нормативных актов.
Баллоны высокого давления, которые используются многократно (как и большинство из них), могут подвергаться гидростатическим или ультразвуковым испытаниям и визуальному осмотру каждые несколько лет. [3] В США гидростатические/ультразвуковые испытания требуются либо каждые пять, либо каждые десять лет, в зависимости от баллона и его эксплуатации.
Газовые баллоны обычно имеют запорный угловой клапан на одном конце, и цилиндр обычно ориентирован так, чтобы клапан находился сверху. Во время хранения, транспортировки и обращения с газом, когда газ не используется, на выступающий клапан можно навинтить крышку, чтобы защитить его от повреждения или отрыва в случае падения баллона. Вместо крышки баллоны иногда имеют защитную манжету или горловину вокруг узла клапана.
Клапаны промышленных, медицинских и водолазных баллонов обычно имеют резьбу или геометрию соединений разной направленности, размеров и типов, которые зависят от категории газа, что затрудняет ошибочное неправильное использование газа. Например, выходное отверстие клапана баллона с водородом не подходит к регулятору кислорода и линии подачи, что может привести к катастрофе. В некоторых фитингах используется правая резьба, в других — левая ; Фитинги с левой резьбой обычно можно отличить по выемкам или канавкам, вырезанным на них.
В Соединенных Штатах соединения клапанов иногда называют соединениями CGA , поскольку Ассоциация по сжатому газу (CGA) публикует рекомендации о том, какие соединения использовать для каких газов. Например, баллон с аргоном имеет на клапане соединение «CGA 580». Для газов высокой чистоты иногда используются соединения CGA-DISS («Система безопасности индекса диаметра»).
Медицинские газы могут использовать систему безопасности с штыревым индексом , чтобы предотвратить неправильное подключение газов к услугам.
В Европейском Союзе соединения DIN более распространены, чем в США.
В Великобритании стандарты устанавливает Британский институт стандартов. В число стандартов входит использование клапанов с левой резьбой для баллонов с горючими газами (чаще всего латунные, BS4, клапаны для некоррозионного содержимого баллонов или из нержавеющей стали, BS15, клапаны для коррозионно-активного содержимого). Баллоны с негорючим газом оснащаются клапанами с правой резьбой (чаще всего из латуни, BS3, клапаны для некоррозионных компонентов или из нержавеющей стали, BS14, клапаны для коррозионно-активных компонентов). [4]
Если газ в баллоне используется под низким давлением, крышку снимают и к запорному клапану прикрепляют узел регулирования давления. Эта насадка обычно имеет регулятор давления с манометрами на входе и выходе (выход), а также игольчатый клапан на выходе и выпускное соединение. Для газов, которые остаются газообразными при хранении в окружающей среде, можно использовать манометр на входе для оценки количества газа, оставшегося в баллоне, в зависимости от давления. Для газов, которые при хранении являются жидкими, например пропана, давление на выходе зависит от давления паров газа и не падает до тех пор, пока баллон не будет почти полностью исчерпан, хотя оно будет меняться в зависимости от температуры содержимого баллона. Регулятор настроен для управления давлением на выходе, что ограничивает максимальный поток газа из цилиндра при давлении, показанном манометром на выходе. Для некоторых целей, например, для подачи защитного газа при дуговой сварке, регулятор также будет иметь расходомер на стороне выхода.
Выходное соединение регулятора присоединяется к тому, что требует подачи газа.
Поскольку содержимое находится под давлением и иногда представляет собой опасные материалы , обращение с баллонными газами регулируется. Правила могут включать привязку баллонов цепями для предотвращения падения и повреждения клапана, надлежащую вентиляцию для предотвращения травм или смерти в случае утечек, а также знаки, указывающие на потенциальную опасность. Если баллон со сжатым газом опрокидывается, что приводит к срезанию блока клапана, Выброс газа под высоким давлением может привести к резкому ускорению цилиндра, что потенциально 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. 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 средств для безопасного выпуска газа под давлением в атмосферу, сосуд выйдет из строя механически. Если содержимое сосуда огнеопасно, это событие может привести к возникновению «огненного шара». [5] Окислители, такие как кислород и фтор, будут оказывать аналогичный эффект, ускоряя горение в пораженной зоне. Если содержимое баллона является жидким, но в условиях окружающей среды превращается в газ, это обычно называется взрывом расширяющегося пара кипящей жидкости (BLEVE).
Баллоны с медицинским газом в Великобритании и некоторых других странах имеют плавкую заглушку из металла Вуда в блоке клапанов между седлом клапана и баллоном. [ нужна цитация ] Эта пробка плавится при сравнительно низкой температуре (70 ° C) и позволяет содержимому цилиндра выйти в окружающую среду до того, как цилиндр 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 , предназначенную для разрыва при заранее определенном давлении. Некоторые разрывные мембраны имеют основу из металла с низкой температурой плавления, поэтому клапан должен подвергаться чрезмерному нагреву, прежде чем разрывная мембрана может разорваться. [ нужна цитата ]
Ассоциация по сжатому газу публикует ряд буклетов и брошюр по безопасному обращению и использованию баллонных газов.
Существует широкий спектр стандартов, касающихся производства, использования и испытаний газовых баллонов под давлением и связанных с ними компонентов. Некоторые примеры перечислены здесь.
Газовые баллоны часто имеют цветовую маркировку , но коды не являются стандартными в разных юрисдикциях, а иногда и не регулируются. Цвет цилиндра не может безопасно использоваться для точной идентификации продукта; Баллоны имеют этикетки с указанием содержащегося в них газа.
Индийский стандарт цветового кода газовых баллонов применяется для идентификации содержимого газовых баллонов, предназначенных для медицинского использования. Каждый баллон должен быть окрашен снаружи в цвета, соответствующие его газообразному содержимому. [11]
Ниже приведены примеры размеров цилиндров, которые не являются отраслевым стандартом. [ нужна ссылка ] [ нужны разъяснения ]
(Спецификации DOT США определяют материал, изготовление и максимальное давление в фунтах на квадратный дюйм. Они сопоставимы со спецификациями Transport Canada , которые показывают давление в барах . 3E-1800 в номенклатуре DOT будет TC 3EM 124 в Канаде. [12] ).
Для больших объемов доступны газохранилища высокого давления, известные как трубы . Обычно они имеют больший диаметр и длину, чем баллоны высокого давления, и обычно имеют резьбовую горловину на обоих концах. Их можно устанавливать по отдельности или группами на прицепах, постоянных базах или рамах интермодальной перевозки . Благодаря своей длине их монтируют на мобильных конструкциях горизонтально. В общем случае их часто объединяют вместе и управляют как единое целое.
Группы баллонов одинакового размера могут быть смонтированы вместе и подключены к общей системе коллекторов, чтобы обеспечить большую емкость хранения, чем один стандартный баллон. Обычно это называют банком баллонов или банком хранения газа. Коллектор может быть устроен так, чтобы обеспечить одновременный поток из всех баллонов или, в случае каскадной системы наполнения , где газ отводится из баллонов в соответствии с наименьшей разницей положительного давления между баллоном-хранилищем и баллоном-получателем, что обеспечивает более эффективное использование газа под давлением. [ нужна цитата ]
Газовый квадроцикл представляет собой группу баллонов высокого давления, установленных на транспортно-складской раме. Обычно имеется 16 баллонов, каждый емкостью около 50 литров, установленных вертикально в четыре ряда по четыре, на квадратном основании с квадратной рамой в плане с точками подъема наверху и могут иметь прорези для вилочного погрузчика в основании. Цилиндры обычно соединяются между собой в виде коллектора для использования как единое целое, но возможны многие вариации компоновки и конструкции. [ нужна цитата ]
{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )