Азот является бесцветным инертным газом, реализация которого осуществляется в специальных баллонах. Такие изделия могут иметь различный объём, поэтому приобретение газа может быть осуществлено в необходимом количестве. Об основных технических характеристиках, а также об их хранении и транспортировке будет подробно рассказано далее.
Расчет кислорода в баллонах
Параметры и размеры кислородных баллонов можно посмотреть по ГОСТ 949-73 «Баллоны стальные малого и среднего для газов на Рр ≤ 19,7МПа». Наиболее популярными являются баллоны объемами 5, 10 и 40 литров.
По ГОСТ 5583-78 «Кислород газообразный технический и медицинский» (приложение 2), объем газообразного кислорода в баллоне (V) в кубических метрах при нормальных условиях вычисляют по формуле:
V = K1•Vб,
Vб — вместимость баллона, дм3;
K1 — коэффициент для определения объема кислорода в баллоне при нормальных условиях, вычисляемый по формуле
К1 = (0,968Р + 1) * *
Р — давление газа в баллоне, измеренное манометром, кгс/см2;
0,968 — коэффициент для пересчета технических атмосфер (кгс/см2) в физические;
t — температура газа в баллоне, °С;
Z — коэффициент сжигаемости кислорода при температуре t.
Значения коэффициента К1 приведены в таблице 4, ГОСТ 5583-78.
Посчитаем объем кислорода в самом распространенном баллоне в строительстве: объемом 40л с рабочим давлением 14,7МПа (150кгс/см2). Коэффициент К1 определяем по таблице 4, ГОСТ 5583-78 при температуре 15°С:
V = 0,159 • 40 = 6,36м3
Вывод (для рассматриваемого случая): 1 баллон кислорода = 40л = 6,36м3
Таблица 4. ГОСТ 5583-78.
| Температура газа в баллоне, °С | Значение коэффициента Ki при избыточном давлении, МПа (кгс/см2) | ||||||||||||||
| 13,7 (140) | 14,2 (145) | 14,7 (150) | 15,2 (155) | 15,7 (160) | 16,2 (165) | 16,7 (170) | 17,2 (175) | 17,7 (180) | 18,1 (185) | 18,6 (190) | 19,1 (195) | 19,6 (200) | 20,1 (205) | 20,6 (210) | |
| -50 | 0,232 | 0,242 | 0,251 | 0,260 | 0,269 | 0,278 | 0,286 | 0,296 | 0,303 | 0,311 | 0,319 | 0,327 | 0,335 | 0,342 | 0,349 |
| -40 | 0,212 | 0,221 | 0,229 | 0,236 | 0,245 | 0,253 | 0,260 | 0,269 | 0,275 | 0,284 | 0,290 | 0,298 | 0,305 | 0,312 | 0,319 |
| -35 | 0,203 | 0,211 | 0,219 | 0,226 | 0,234 | 0,242 | 0,249 | 0,257 | 0,264 | 0,272 | 0,278 | 0,286 | 0,293 | 0,299 | 0,306 |
| -30 | 0,195 | 0,202 | 0,211 | 0,217 | 0,225 | 0,232 | 0,239 | 0,248 | 0,253 | 0,261 | 0,267 | 0,274 | 0,281 | 0,288 | 0,294 |
| -25 | 0,188 | 0,195 | 0,202 | 0,209 | 0,217 | 0,223 | 0,230 | 0,238 | 0,243 | 0,251 | 0,257 | 0,264 | 0,270 | 0,277 | 0,283 |
| -20 | 0,182 | 0,188 | 0,195 | 0,202 | 0,209 | 0,215 | 0,222 | 0,229 | 0,235 | 0,242 | 0,248 | 0,255 | 0,261 | 0,267 | 0,273 |
| -15 | 0,176 | 0,182 | 0,189 | 0,196 | 0,202 | 0,208 | 0,215 | 0,221 | 0,227 | 0,234 | 0,240 | 0,246 | 0,252 | 0,258 | 0,263 |
| -10 | 0,171 | 0,177 | 0,183 | 0,189 | 0,195 | 0,202 | 0,208 | 0,214 | 0,220 | 0,226 | 0,232 | 0,238 | 0,244 | 0,250 | 0,255 |
| -5 | 0,165 | 0,172 | 0,178 | 0,184 | 0,190 | 0,195 | 0,202 | 0,207 | 0,213 | 0,219 | 0,225 | 0,231 | 0,236 | 0,242 | 0,247 |
| 0 | 0,161 | 0,167 | 0,172 | 0,179 | 0,184 | 0,190 | 0,196 | 0,201 | 0,207 | 0,213 | 0,219 | 0,224 | 0,229 | 0,235 | 0,240 |
| +5 | 0,157 | 0,162 | 0,168 | 0,174 | 0,179 | 0,185 | 0,190 | 0,196 | 0,201 | 0,207 | 0,212 | 0,217 | 0,223 | 0,228 | 0,233 |
| +10 | 0,153 | 0,158 | 0,163 | 0,169 | 0,174 | 0,180 | 0,185 | 0,191 | 0,196 | 0,201 | 0,206 | 0,211 | 0,217 | 0,222 | 0,227 |
| +15 | 0,149 | 0,154 | 0,159 | 0,165 | 0,170 | 0,175 | 0,180 | 0,186 | 0,191 | 0,196 | 0,201 | 0,206 | 0,211 | 0,216 | 0,221 |
| +20 | 0,145 | 0,150 | 0,156 | 0,160 | 0,166 | 0,171 | 0,176 | 0,181 | 0,186 | 0,191 | 0,196 | 0,201 | 0,206 | 0,211 | 0,215 |
| +25 | 0.142 | 0,147 | 0,152 | 0,157 | 0,162 | 0,167 | 0,172 | 0,177 | 0,182 | 0,186 | 0,191 | 0,196 | 0,201 | 0,206 | 0,210 |
| +30 | 0,139 | 0,143 | 0,148 | 0,153 | 0,158 | 0,163 | 0,168 | 0,173 | 0,177 | 0,182 | 0,187 | 0,192 | 0,196 | 0,201 | 0,206 |
| +35 | 0,136 | 0,140 | 0,145 | 0,150 | 0,154 | 0,159 | 0,164 | 0,169 | 0,173 | 0,178 | 0,182 | 0,187 | 0,192 | 0,196 | 0,201 |
| +40 | 0,133 | 0,137 | 0,142 | 0,147 | 0,151 | 0,156 | 0,160 | 0,165 | 0,170 | 0,174 | 0,178 | 0,183 | 0,188 | 0,192 | 0,196 |
| +50 | 0,127 | 0,132 | 0,136 | 0,141 | 0,145 | 0,149 | 0,154 | 0,158 | 0,163 | 0,167 | 0,171 | 0,175 | 0,180 | 0,184 | 0,188 |
Срок службы метанового баллона
Согласно межгосударственному стандарту ГОСТ ISO 11439-2014 срок службы, в течении которого эксплуатация КПГ емкостей считается безопасной, устанавливается изготовителем, но этот период не должен превышать 20 лет со дня производства.
По факту практически все производители автомобильных сосудов под метановое топливо устанавливают срок службы на свою продукцию 15 лет. Заводам разрешается проставлять дату истечения срока непосредственно при отгрузке товара.
К тому же на протяжении всего срока эксплуатации необходимо обязательно проходить периодическое освидетельствование баллонов:
- первый тип не реже одного раза в 5 лет. Также это условие касается и емкостей из листовой стали, что является их преимуществом перед композитными ёмкостями
- типы 2,3,4 не реже одного раза в 3 года.
Расчет пропана-бутана в баллонах
Параметры и размеры кислородных баллонов для пропана, бутана и их смесей можно посмотреть по ГОСТ 15860-84. В настоящее время применяются четыре типа данных изделий, объемами 5, 12, 27 и 50 литров.
При нормальных атмосферных условиях и температуре 15°С плотность пропана в жидком состоянии составляет 510 кг/м3, а бутана 580 кг/м3. Пропана в газовом состоянии при атмосферном давлении и температуре 15°С равна 1,9 кг/м3, а бутана — 2,55 кг/м3. При нормальных атмосферных условиях и температуре 15°С из 1 кг жидкого бутана образуется 0,392 м3 газа, а из 1 кг пропана 0,526 м3.
Посчитаем вес пропанобутановой смеси в самом распространенном баллоне в строительстве: объемом 50 с максимальным давлением газа 1,6МПа. Доля пропана по ГОСТ 15860-84 должна быть не менее 60% (примечание 1 к табл.2):
50л = 50дм3 = 0,05м3;
0,05м3 • (510 • 0,6 + 580 •0,4) = 26,9кг
Но из-за ограничения давления газа 1,6МПа на стенки в баллон этого типа не заправляют более 21кг.
Посчитаем объем пропанобутановой смеси в газообразном состоянии:
21кг • (0,526 • 0,6 + 0,392 •0,4) = 9,93м3
Вывод (для рассматриваемого случая): 1 баллон = 50л = 21кг = 9,93м3
Данные газы доступны у нас: пропан C3H8
Условия хранения
Заполненные газом ёмкости необходимо правильно хранить. Баллоны должны быть помещены в сухом прохладном месте. Резервуары с газом следует располагать таким образом, чтобы они находились на достаточном удалении от элементов отопления и не подвергались воздействию прямых солнечных лучей.
Следует также предохранять заправленные ёмкости от механического воздействия. Резкая разгерметизация баллона может привести к взрыву, который может стать причиной получения очень серьёзных травм.
Расчет ацетилена в баллонах
Параметры и размеры баллонов для ацетилена можно посмотреть по ГОСТ 949-73 «Баллоны стальные малого и среднего для газов на Рр ≤ 19,7МПа». Наиболее популярными являются баллоны объемами 5, 10 и 40 литров. Корпус ацетиленового баллона отличается от корпуса кислородного баллона меньшим размером.
При давлении 1,0 МПа и температуре 20 °С в 40л баллоне вмещается 5 – 5,8 кг ацетилена по массе ( 4,6 – 5,3 м3 газа при температуре 20 °С и 760 мм.рт.ст.).
Приближенное количество ацетилена в баллоне (определяется взвешиванием) можно определить по формуле:
Va = 0,07 • Е • (Р – 0,1)
0,07– коэф., который учитывает количество ацетона в баллоне и растворимость ацетилена.
Е – водяной объем баллона в куб.дм;
Р – давление в баллоне, МПа (давлении 1,9 МПа (19,0 кгс/см2) при 20 °С по ГОСТ 5457-75 «Ацетилен растворенный и газообразный технический»);
0,1 – атмосферное давление в МПа;
Вес 1 м3 ацетилена при температуре 0°С и 760 мм.рт.ст. составляет – 1,17 кг.
Вес 1 куб.м ацетилена при температуре 20°С и 760 мм.рт.ст. составляет 1,09 кг.
Посчитаем объем ацетилена в баллоне объемом 40л с рабочим давлением 1,9МПа (19кгс/см2) при температуре 20°С:
Va = 0,07 • 40 • (1,9 – 0,1) = 5,04м3
Вес ацетилена в баллоне объемом 40л с рабочим давлением 1,9МПа (19кгс/см2) при температуре 20°С:
5,04 • 1,09 = 5,5кг
Вывод (для рассматриваемого случая): 1 баллон = 40л = 5,5кг = 5,04м3
Данный газ доступен у нас: ацетилен (C2H2)
Виды баллонов для метана
В зависимости от материалов изготовления, автомобильные ёмкости для компримированного природного газа (КПГ) разделяют по типам:
Тип 1 (КПГ-1) — цельнометаллические сосуды из легированных либо углеродистых сталей, с толщиной стенки 5.5-9.5 мм (толщина зависит от объёма бака). Имеют бесшовную конструкцию и изготавливаются преимущественно из стальных труб методом горячей закатки. После формовки днища и горловины, баллон проходит ряд этапов:
- термообработка (нормализация) для придания прочностных свойств
- охлаждение
- механическая обработка со сверлением отверстия под вентиль
- нарезание конусной резьбы
- очистка, удаление окалин
- испытания (гидравлическое, пневматическое, ультразвуковое)
- маркировка
- окраска
Также производятся облегченные баллоны CNG-1 методом глубокой вытяжки из листовой стали (без сварных швов). Такие емкости имеют все необходимые прочностные параметры, но при этом их вес снижен до 20% по отношению к сосудам из труб.
Баллоны первого типа считаются очень надёжными, относительно не дорогими, однако они самые тяжёлые.
Тип 2 (КПГ-2) – металлопластиковые баллоны. Изготавливаются из более тонкой стали (4,8-6 мм). Прочность достигается за счет внешнего армирования. Упрочнение происходит методом непрерывной намотки полимерного материала (арамидные, стеклянные, углеродные волокна) на цилиндрическую часть лейнера (корпуса).
Металлокомпозитные ёмкости CNG-2 достаточно надёжны, имеют сравнительно небольшой вес. Их минус – это относительно высокая цена.
Баллон CNG-2
Тип 3 (КПГ-3) – емкости с металлическим лейнером из легких алюминиевых сплавов с наружной сплошной обмоткой полимерными материалами. Баллоны CNG-3 являются одними из самых лёгких и дорогих.
Тип 4 (КПГ-4) – композитные баллоны для метана имеют не металлический (пластиковый) лейнер с полимерной оболочкой по всей поверхности. Для горловины используется металлическая закладная. Ёмкости CNG-4 сверхлегкие, но очень дорогие.
Баллон CNG-4
Особенности окраски
Также читайте на нашем сайте стаю об углекислотных баллонах
Каждому типу газа соответствует собственный цвет. Это касается не только непосредственно емкости, но и полосы, а также наименования элемента, содержащегося внутри баллона. Например, аргоновый резервуар следует окрашивать в серый цвет, а надпись и полоса должна быть зеленой. А коричневая окраска, белый шрифт и черная полоса говорит о том, что внутри содержится гелий. Полная расшифровка применяемой гаммы на рисунке ниже.
Международные требования к окрашиванию емкостей с промышленным газом отличаются от стандартов, принятых в странах СНГ, включая Россию.
Требования безопасности
Несмотря на то, что аргон не ядовит, сильная концентрация газа несет угрозу здоровью. При вдыхании паров человек практически мгновенно теряет сознание. Если не оказать пострадавшему помощь, смерть наступает в течение нескольких минут.
В атмосферном воздухе содержится практически 21 % кислорода. В промышленности часто используется смесь аргона и кислорода. Низкое содержание последнего элемента может привести к трагическим результатам – от кислородного голодания до удушья.
Согласно требованиям охраны труда, запрещена эксплуатация резервуаров в помещениях с повреждениями системы вентиляции. Это связано с тем, что молекулярная масса данного газа выше воздуха, потому он скапливается в нижних частях помещений. Рабочее место должно быть оснащено газоанализаторами. Нужно выбирать модели с определением содержания кислорода.
Заправку баллонов аргоном должны специалисты прошедшие курсы подготовки по эксплуатации сосудов, работающих под давлением.
Аргон в жидком агрегатном состоянии способен нанести вред окружающим. Обморожение незащищенных участков кожи и поражение глаз – далеко не весь перечень потенциальных опасностей.
Все баллоны должны проходить периодическую поверку в метрологических центрах, которые имеют разрешение на проведение соответствующего освидетельствования. Эксплуатация емкости после окончания срока проверки запрещена.
Область применения
В первую очередь необходимо разобраться с техническими характеристиками вещества. Аргон – это химический элемент, обладающий следующими характеристиками:
- прозрачность;
- отсутствие специфического запаха;
- инертность;
- не ядовит;
- не горюч.
Его синтезируют промышленным способом, на специальных станциях, путем ректификации атмосферного воздуха при низкой температуре. Этим способом также отделяют кислород и азот. Аргон считается побочным продуктом производства. Технологический цикл синтеза аммиака также сопровождается незначительным выделением данного вещества.
Основная сфера применения – аргонодуговая сварка (TIG), где инертный газ защищает сварочную ванную от воздействия кислорода, содержащегося в воздухе. Кроме того, баллон для аргона, равно как и его содержимое, служит одним из компонентов смесей, которые применяют при плазменной резке или сварке в полуавтоматическом режиме.
Данные работы не ограничивают область применения газа. Его используют в следующих отраслях промышленности:
- Металлургическая. При плавке некоторых сортов металла необходим этот элемент.
- Электроэнергетическая. Им наполняют газоразрядные лампы.
- Пищевая. В качестве наполнителя аэрозольных емкостей и продуктовых упаковок.
- Медицинская. В основном для антибактериальной обработки.
- Метрологическая. Чистота элемента нашла применение в производстве различных газовых анализаторов.
Себестоимость производства аргона гораздо выше, чем у азота или углекислоты. Потому его используют только в наиболее ответственных работах, к которым предъявляют высокие требования при оценке качества. При соединении металла подача газа идет через редуктор для аргоновой сварки.
