Газовый баллон - Gas cylinder

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, вертикально стоящую на плоском нижнем конце, с клапаном и фитингом наверху для подсоединения к принимающему устройству.

Термин цилиндр в данном контексте не следует путать с баком , причем последние с открытым верхом или вентилируемым контейнер , который хранит жидкость под действием силы тяжести, хотя термин подводного бак обычно используются для обозначения цилиндра , используемым для дыхания подачи газа в некоторое подводный дыхательный аппарат.

Номенклатура

В Соединенных Штатах «газ в баллонах» 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

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.

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. У них может быть ограниченный срок службы.

Интервал проверки стальных баллонов увеличился с 5-6 лет до 10 лет. Водолазные баллоны, которые используются в воде, необходимо чаще проверять. Когда было обнаружено, что им присущи структурные проблемы, некоторые стали и алюминиевые сплавы были изъяты из эксплуатации.

Изначально баллоны из волокнистого композита 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 в течение неограниченного периода времени при условии, что они проходят периодические проверки и испытания. Уже несколько лет существуют композитные баллоны, которые номинированы на неограниченный срок службы (NLL), пока не будет обнаружено никаких повреждений.

Типы

Поскольку для усиления цилиндров использовались стекловолоконные композитные материалы, существуют различные типы конструкции сосудов высокого давления:

  1. Только металл . В основном цельнокованый металл. Но для более низкого рабочего давления, например для сжиженного бутана, тоже есть сварные стальные сосуды.
  2. Металлический сосуд, 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 обернут 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 подразумевается многоразовая передвижная емкость с объемом воды до 150 литров. Многоразовые передвижные цилиндрические емкости емкостью от 150 до 3000 литров называются трубками.

Правила и тестирование

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). В Канаде этим органом управления 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 » - в Департаменте транспорта (ДПФ) - реализует нормативные акты и назначение уполномоченных тестировщиков цилиндровых проводятся Великобритания аккредитационной службой (UKAS), которые делают рекомендацию сертификации транспортных средств Агентства (СВА) 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 важная информация обычно штампуется или постоянно маркируется на баллоне. 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 визуальному осмотру каждые несколько лет. В Соединенных Штатах гидростатические / ультразвуковые испытания требуются каждые пять или десять лет, в зависимости от цилиндра и его срока службы.

Клапанные соединения

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

Газовые баллоны обычно имеют запорный угловой клапан на конце вверху. Во время хранения, транспортировки и обращения, когда газ не используется, на выступающий клапан можно навинтить крышку, 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 баллоне должен использоваться при низком давлении, крышка снимается и к запорному клапану прикрепляется узел регулирования давления. 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, которые находятся в жидком состоянии при хранении, например пропана, выходное давление зависит от давления паров газа и не падает до тех пор, пока цилиндр не будет почти исчерпан, хотя оно будет изменяться в зависимости от температуры содержимого цилиндра. Регулятор настроен на управление давлением на выходе, которое ограничивает максимальный поток газа из баллона при давлении, показываемом манометром на выходе. Выходной патрубок присоединяется ко всему, что требует подачи газа. Для некоторых целей, таких как использование защитного газа для дуговой сварки, регулятор также имеет расходомер на стороне выхода.

Клапаны промышленных, медицинских и водолазных баллонов обычно имеют резьбу разного направления, размеров и типов, как и резьбы для разных категорий газов, что затрудняет ошибочное неправильное использование газа. Например, водородный баллон не подходит для линии подачи кислорода, что приведет к катастрофическому отказу. Некоторые фитинги используют правую резьбу, а другие - левую ; 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 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 стандарты включены клапаны 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).

Клапаны общего цилиндра
Тип газа Выход клапана CGA (США) Выход клапана BS (Великобритания)
Ацетилен 510 2, 4
Воздух, дыхание 346, 347 3
Воздушный, промышленный 590 3
Аргон 580, 718, 680 (3500 фунтов на квадратный дюйм), 677 (6000 фунтов на квадратный дюйм) 3
Бутан 510 4
Углекислый газ 320, 716 8
Монооксид углерода 350, 724 4
Хлор 660, 728 6
Гелий 580, 718, 680 (3500 фунтов на кв. Дюйм) 3
Водород 350, 724, 695 (3500 фунтов на кв. Дюйм) 4
Метан 350 4
Неон 580, 718 3
Азот 580, 718, 680 (3500 фунтов на квадратный дюйм), 677 (6000 фунтов на квадратный дюйм) 3
Оксид азота 326, 712 13
Кислород 540, 714 3
Кислородные смеси (> 23,5%) 296 Применяются другие руководства
Пропан 510 4
Ксенон 580, 718 3

Безопасность и стандарты

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

Поскольку содержимое находится под давлением и иногда представляет собой опасный материал , 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. 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. Их также можно хранить в сейфе .

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 сосуда легковоспламеняющееся, это может привести к возникновению «огненного шара». Окислители, такие как кислород и фтор, будут производить аналогичный эффект, ускоряя горение в пораженной области. Если содержимое баллона жидкое, но в условиях окружающей среды становится газом, 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 баллоном. Эта пробка плавится при сравнительно низкой температуре (70 ° C) и позволяет содержимому цилиндра уйти в окружающую среду до того, как цилиндр будет значительно ослаблен теплом, что снижает 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.

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

Международные и национальные стандарты

Существует широкий спектр 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.
  • ISO 15500-5: Транспорт дорожный. Компоненты топливной системы для сжатого природного газа (КПГ). Часть 5: Ручной клапан баллона.
  • US DOT 3/4/8 ???: e-CFR (Электронный свод федеральных правил), раздел 49, часть 178, подраздел C - Спецификация для цилиндров
  • Поправка US DOT из алюминиевого сплава 6351-T6 для подводного плавания с аквалангом, автономного дыхательного аппарата, кислородной службы - Визуальный осмотр вихря
  • AS 2896-2011: Медицинские газовые системы - Установка и испытание трубопроводных систем негорючих медицинских газопроводов (Австралийские стандарты).

Цветовая кодировка

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 ярлыки, на которых указывается, какой в ​​них газ.

Общие размеры цилиндров

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. размер Диаметр × высота,
включая 5,5 дюйма для клапана и крышки (дюймы)
Номинальная масса 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)
2HP 9 на 51 дюйм (230 мм × 1300 мм) 187 фунтов (85 кг) 43,3 1,53 3AA3500
K 9,25 на 60 дюймов (235 мм × 1524 мм) 135 фунтов (61 кг) 110 49,9 1,76 3AA2400
А 9 на 51 дюйм (230 мм × 1300 мм) 115 фунтов (52 кг) 96 43,8 1,55 3AA2015
B 8,5 на 31 дюйм (220 мм × 790 мм) 60 фунтов (27 кг) 37,9 17,2 0,61 3AA2015
C 6 на 24 дюйма (150 мм × 610 мм) 27 фунтов (12 кг) 15,2 6,88 0,24 3AA2015
D 4 на 18 дюймов (100 мм × 460 мм) 12 фунтов (5,4 кг) 4.9 2,24 0,08 3AA2015
AL 8 на 53 дюйма (200 мм × 1350 мм) 52 фунта (24 кг) 64,8 29,5 1.04 3AL2015
BL 7,25 на 39 дюймов (184 мм × 991 мм) 33 фунта (15 кг) 34,6 15,7 0,55 3AL2216
CL 6,9 на 21 дюйм (180 мм × 530 мм) 19 фунтов (8,6 кг) 13 5.9 0,21 3AL2216
XL 14,5 на 50 дюймов (370 мм × 1270 мм) 75 фунтов (34 кг) 238 108 3,83 4BA240
SSB 8 на 37 дюймов (200 мм × 940 мм) 95 фунтов (43 кг) 41,6 18,9 0,67 3A1800
10S 4 на 31 дюйм (100 мм × 790 мм) 21 фунт (9,5 кг) 8,3 3.8 0,13 3A1800
ФУНТ 2 на 15 дюймов (51 мм × 381 мм) 4 фунта (1,8 кг) 1 0,44 0,016 3Э1800
XF 12 на 46 дюймов (300 мм × 1170 мм) 180 фунтов (82 кг) 60,9 2,15 8AL
XG 15 на 56 дюймов (380 мм × 1420 мм) 149 фунтов (68 кг) 278 126,3 4,46 4AA480
XM 10 на 49 дюймов (250 мм × 1240 мм) 90 фунтов (41 кг) 120 54,3 1,92 3A480
XP 10 на 55 дюймов (250 мм × 1400 мм) 55 фунтов (25 кг) 124 55,7 1,98 4BA300
QT 3 на 14 дюймов (76 мм × 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
LP5 12,25 на 18,25 дюйма (311 мм × 464 мм) 18,5 фунтов (8,4 кг) 47,7 21,68 0,76 4BW240
Медицинский E 4 на 26 дюймов (100 мм × 660 мм) (без клапана и крышки) 14 фунтов (6,4 кг) (без клапана и крышки) 4.5 0,16 3AA2015

Трубки для хранения газа

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 устанавливаться по отдельности или группами на прицепах, постоянных основаниях или интермодальных транспортных рамах . Благодаря своей длине они устанавливаются на мобильные конструкции горизонтально. Обычно они объединяются вместе и управляются как единое целое.

Банки для хранения газа

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 выполнен с возможностью 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

Гелиевый квадрокоптер для подводного газа с надводной подачей

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.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки