Газовый баллон
Газовый баллон — это сосуд под давлением для хранения и удержания газов при давлении выше атмосферного . Газовые баллоны высокого давления еще называют баллонами . Внутри баллона хранимое 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.
Номенклатура
[ редактировать ]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 ссылка ]
Материалы
[ редактировать ]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 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. Они могут иметь ограниченный срок службы. [ нужна ссылка ]
Интервал проверки стальных баллонов увеличился с 5–6 лет до 10 лет. [ нужна ссылка ] Баллоны для дайвинга, используемые в воде, необходимо проверять чаще. Когда были обнаружены присущие им структурные проблемы, некоторые стали и алюминиевые сплавы были выведены из эксплуатации. [ нужна ссылка ]
Первоначально для баллонов из волокнистого композита был предусмотрен 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 ] С некоторых лет [ нужны разъяснения ] существуют композитные баллоны, срок службы которых не ограничен (NLL), при условии отсутствия повреждений. [ нужна ссылка ]
Типы
[ редактировать ]Поскольку волокнистые композиционные материалы, существуют различные типы конструкций сосудов высокого давления: для армирования баллонов используются [ нужна ссылка ]
- Только металл . В основном бесшовный кованый металл, но для более низкого рабочего давления, например , сжиженного бутана, применяют и сварные стальные сосуды.
- Металлический сосуд, обруч, обернутый волокнистым композитом только вокруг цилиндрической части «цилиндра». (Геометрически необходимо, чтобы цилиндрическая часть имела удвоенную прочность на растяжение по сравнению со сферическими крышками цилиндра.)
- Тонкая металлическая облицовка (которая сохраняет герметичность сосуда, но не способствует повышению прочности), полностью обернутая волокнистым композитным материалом.
- Безметалловый вкладыш из пластика, полностью обернутый волокнистым композитным материалом. Горловина баллона с резьбой под клапан представляет собой металлическую вставку.
Сосуды под давлением для хранения газа также можно классифицировать по объему. В ЮАР под баллоном для хранения газа подразумевается многоразовая передвижная емкость емкостью для воды до 150 литров. Многоразовые передвижные цилиндрические емкости емкостью от 150 до 3000 литров воды называются тубами. [2]
Регламент и тестирование
[ редактировать ]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.
Соединения клапана
[ редактировать ]
Клапан
[ редактировать ]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.
Связь
[ редактировать ]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 в них.
В Соединенных Штатах соединения клапанов иногда называют соединениями CGA , поскольку Ассоциация по сжатым газам (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»).
| Тип газа | Выход клапана CGA (США) |
|---|---|
| Ацетилен | 510 |
| Воздух, дыхание | 346, 347 |
| Воздушный, промышленный | 590 |
| Аргон | 580, 718, 680 (3500 фунтов на квадратный дюйм), 677 (6000 фунтов на квадратный дюйм) |
| Бутан | 510 |
| Углекислый газ | 320, 716 |
| Окись углерода | 350, 724 |
| хлор | 660, 728 |
| Гелий | 580, 718, 680 (3500 фунтов на квадратный дюйм) |
| Водород | 350, 724, 695 (3500 фунтов на квадратный дюйм) |
| Метан | 350 |
| Неон | 580, 718 |
| Азот | 580, 718, 680 (3500 фунтов на квадратный дюйм), 677 (6000 фунтов на квадратный дюйм) |
| Закись азота | 326, 712 |
| Кислород | 540, 714 |
| Кислородные смеси (>23,5%) | 296 |
| Пропан | 510 |
| Ксенон | 580, 718 |
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]
| Тип газа | Выход клапана BS (Великобритания) [4] |
|---|---|
| Ацетилен | 2, 4 |
| Воздух, дыхание | 3 |
| Воздушный, промышленный | 3 |
| Аргон | 3 |
| Бутан | 4 |
| Углекислый газ | 8 |
| Окись углерода | 4 |
| хлор | 6 |
| Гелий | 3 |
| Водород | 4 |
| Метан | 4 |
| Неон | 3 |
| Азот | 3 |
| Закись азота | 13 |
| Кислород | 3 |
| Кислородные смеси (>23,5%) | Другие руководства применяются |
| Пропан | 4 |
| Ксенон | 3 |
Регулятор
[ редактировать ]Если газ в баллоне используется под низким давлением, крышку снимают и к запорному клапану прикрепляют узел регулирования давления. Эта насадка обычно имеет регулятор давления на входе и выходе (на выходе), с манометрами 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.
Безопасность и стандарты
[ редактировать ]
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 области. Если содержимое баллона является жидким, но в условиях окружающей среды превращается в газ, это обычно называется взрывом расширяющегося пара кипящей жидкости (BLEVE). [6]
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 ссылка ] Эта пробка 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 , 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 ссылка ]
Ассоциация по сжатому газу издает ряд буклетов и брошюр по безопасному обращению и использованию баллонных газов.
Международные и национальные стандарты
[ редактировать ]Существует широкий спектр стандартов, касающихся производства, использования и испытаний газовых баллонов под давлением и связанных с ними компонентов. Некоторые примеры перечислены здесь.
- ISO 11439 : Газовые баллоны. Баллоны высокого давления для бортового хранения природного газа в качестве топлива для автомобильных транспортных средств. [7]
- ISO 15500-5: Транспорт дорожный. Компоненты топливной системы, работающей на сжатом природном газе (СПГ). Часть 5. Ручной клапан баллона. [8] [9]
- US DOT CFR, раздел 49, часть 178, подраздел C — Спецификация для баллонов [10]
- Поправка к алюминиевому сплаву баков Министерства транспорта США 6351-T6 для подводного плавания с аквалангом, дыхательного аппарата, кислородной службы — визуальный вихревой контроль [11]
- AS 2896-2011: Системы медицинского газа. Монтаж и испытания негорючих систем трубопроводов медицинского газа (австралийские стандарты).
Цветовое кодирование
[ редактировать ]
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.
Цветовой код баллона с медицинским газом Индийский стандарт
[ редактировать ]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. [12]
Общие размеры
[ редактировать ]Ниже приведены примеры размеров цилиндров, которые не являются отраслевым стандартом. [ нужна ссылка ] [ нужны разъяснения ]
| Цил. размер | Диаметр × высота, включая 5,5 дюймов для клапана и крышки (дюймы) | Номинальная масса тары, включая 4,5 фунта для клапана и крышки (фунты) | Вода емкость (фунт) | Внутренний объем, 70 °F (21 °C), 1 атм. | Характеристики Министерства транспорта США | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| (литры) | (куб.футов ) | |||||
| 2 л.с. | 9 на 51 дюйм (230 × 1300 мм) | 187 фунтов (85 кг) | 95.5 | 43.3 | 1.53 | 3АА3500 |
| К | 9,25 на 60 дюймов (235 × 1524 мм) | 135 фунтов (61 кг) | 110 | 49.9 | 1.76 | 3АА2400 |
| А | 9 на 51 дюйм (230 × 1300 мм) | 115 фунтов (52 кг) | 96 | 43.8 | 1.55 | 3АА2015 |
| Б | 8,5 на 31 дюйм (220 × 790 мм) | 60 фунтов (27 кг) | 37.9 | 17.2 | 0.61 | 3АА2015 |
| С | 6 на 24 дюйма (150 × 610 мм) | 27 фунтов (12 кг) | 15.2 | 6.88 | 0.24 | 3АА2015 |
| Д | 4 на 18 дюймов (100 × 460 мм) | 12 фунтов (5,4 кг) | 4.9 | 2.24 | 0.08 | 3АА2015 |
| АЛ | 8 на 53 дюйма (200 × 1350 мм) | 52 фунта (24 кг) | 64.8 | 29.5 | 1.04 | 3AL2015 |
| БЛ | 7,25 на 39 дюймов (184 × 991 мм) | 33 фунта (15 кг) | 34.6 | 15.7 | 0.55 | 3АЛ2216 |
| КЛ | 6,9 на 21 дюйм (180 × 530 мм) | 19 фунтов (8,6 кг) | 13 | 5.9 | 0.21 | 3АЛ2216 |
| XL | 14,5 на 50 дюймов (370 × 1270 мм) | 75 фунтов (34 кг) | 238 | 108 | 3.83 | 4BA240 |
| ССБ | 8 на 37 дюймов (200 × 940 мм) | 95 фунтов (43 кг) | 41.6 | 18.9 | 0.67 | 3А1800 |
| 10С | 4 на 31 дюйм (100 × 790 мм) | 21 фунт (9,5 кг) | 8.3 | 3.8 | 0.13 | 3А1800 |
| ФУНТ | 2 на 15 дюймов (51 × 381 мм) | 4 фунта (1,8 кг) | 1 | 0.44 | 0.016 | 3Э1800 |
| XF | 12 на 46 дюймов (300 × 1170 мм) | 180 фунтов (82 кг) | 134.3 | 60.9 | 2.15 | 8АЛ |
| XG | 15 на 56 дюймов (380 × 1420 мм) | 149 фунтов (68 кг) | 278 | 126.3 | 4.46 | 4АА480 |
| ХМ | 10 на 49 дюймов (250 × 1240 мм) | 90 фунтов (41 кг) | 120 | 54.3 | 1.92 | 3А480 |
| XP | 10 на 55 дюймов (250 × 1400 мм) | 55 фунтов (25 кг) | 124 | 55.7 | 1.98 | 4BA300 |
| QT | 3 на 14 дюймов (76 × 356 мм) (включая 4,5 дюйма для клапана) | 2,5 фунта (1,1 кг) (включая 1,5 фунта для клапана) | 2.0 | 0.900 | 0.0318 | 4Б-240ЭТ |
| ЛП5 | 12,25 на 18,25 дюйма (311 × 464 мм) | 18,5 фунтов (8,4 кг) | 47.7 | 21.68 | 0.76 | 4BW240 |
| Медицинский Э | 4 на 26 дюймов (100 × 660 мм) (без клапана и крышки) | 14 фунтов (6,4 кг) (без клапана и крышки) | 9.9 | 4.5 | 0.16 | 3АА2015 |
(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. [13] )
Трубки для хранения газа
[ редактировать ]газохранилища высокого давления, известные как трубы Для большего объема доступны . 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. [14] [15]
Банки хранения газа
[ редактировать ]
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. [16]
Газохранилища четверки
[ редактировать ]
Газобаллонная четверка, также известная как поддон для газовых баллонов, представляет собой группу баллонов высокого давления, закрепленных 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. [17]
См. также
[ редактировать ]- Газ в баллонах – газ сжимается и хранится в баллонах.
- Сосуд под давлением с композитной оберткой - Сосуд под давлением с неструктурной облицовкой, обернутый композитным структурным волокном.
- Заправочная карусель — Устройство для наполнения баллонов сжиженным нефтяным газом.
- Бутылка для лекций - Газовый баллон - Маленький газовый баллон, обычно используемый для специальных газов.
- Powerlet - небольшой, недорогой одноразовый металлический газовый баллон для подачи пневматической энергии.
- Резервуар для хранения - Контейнер для жидкостей или сжатого газа.
- Рекомендации ООН по перевозке опасных грузов – Типовые правила ООН
Ссылки
[ редактировать ]- ^ см . в разделе «Композитный сосуд под давлением с оберткой». Подробности
- ^ Национальный стандарт Южной Африки SANS 10019:2008 Переносные контейнеры для сжатых, растворенных и сжиженных газов. Базовое проектирование, производство, использование и техническое обслуживание (6-е изд.). Претория, Южная Африка: Стандарты Южной Африки. 2008. ISBN 978-0-626-19228-0 .
- ^ Хендерсон, Северная Каролина; Берри, МЫ; Эйбер, Р.Дж.; Фринк, Д.В. (1970). «Исследование коррозии баллонов аквалангов, этап 1» . Технический отчет № 1 Национального центра данных о подводных авариях . Университет Род-Айленда. Архивировано из оригинала 15 апреля 2013 года . Проверено 11 января 2016 г.
{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б BS 341-3:2002, Британский институт стандартов, 389 Chiswick High Road , Лондон, W4 4AL.
- ^ «Анализ инцидентов – доверяй, но проверяй» . Сеть оповещения дайверов .
- ^ Уоллс, WL (ноябрь 1978 г.). "Что такое БЛЕВЕ?" . Пожарный журнал . Национальная ассоциация пожарной безопасности . стр. 46–47. ISSN 0015-2617 . Проверено 9 февраля 2024 г.
- ^ «ISO 11439:2000 — Газовые баллоны. Баллоны высокого давления для бортового хранения природного газа в качестве топлива для автомобильных транспортных средств» .
- ^ «ISO 15500-5:2001 — Транспорт дорожный. Компоненты топливной системы, работающей на сжатом природном газе (СПГ). Часть 5. Ручной клапан баллона» .
- ^ «Клапан баллона СПГ ISO 15500 -» .
- ^ US DOT e-CFR (Электронный свод федеральных правил), раздел 49, часть 178, подраздел C — Спецификация для цилиндров — например, DOT 3AL = бесшовный алюминий
- ^ Федеральный реестр / Том. 71, № 167 / вторник, 29 августа 2006 г. / Правила и положения, раздел 49 CFR, части 173 и 180 Visual Eddddy
- ^ «Индийский стандарт цветового кода газовых баллонов» . melezy.com . 28 июля 2021 г. Проверено 6 июня 2023 г.
- ^ «Цилиндры для образцов серий SC и MC» (PDF) . ФИТОК . Проверено 1 февраля 2023 г.
- ^ «ЮГ: Трубки и банки газовой келли» . www.uniquegroup.com . Проверено 8 апреля 2024 г.
- ^ «Прицепы для хранения газа высокого давления» . www.easonindustrial.com . Проверено 8 апреля 2024 г.
- ^ Харлоу, В. (2002). Спутник кислородного хакера . Пресс о воздушной скорости. ISBN 0-9678873-2-1 .
- ^ «Цилиндрические четверки/Каскады/Поддоны/Банки 16_cylinder_quad.jpg» . www.saboointernational.com . Проверено 8 апреля 2024 г.
