Кислородные сосуды высокого давления
31 марта 2021
Прочитать позже
Отправим материал на почту
Кислород – популярное окисляющее вещество, которое используют в сварке, при резке металлов или в медицине. Максимальное давление в кислородном баллоне на 40 л – 150 кг/см2, минимальное – 125. У летучего сырья нет запаха и цвета, но оно отлично поддерживает горение. Из-за взрывоопасности газ транспортируют в специальных емкостях, также очень важно знать все о допустимом уровне давления внутри баллона. Об этом и расскажем далее.
Параметры баллона
Кислород при окислении выделяет в атмосферу много тепла. Избыток энергии может спровоцировать возгорание или детонирование (взрыв). Баллоны – безопасный сосуд, который облегчает перемещение при использовании вещества. При выборе емкости обращают внимание на 3 параметра.
Строение
Конструкции для перевозки кислорода делают бесшовным методом из высоколегированных или углеродистых марок стали. Толщина стен у резервуаров – 6-8 мм. Баллоны выполняют в форме цилиндра с закруглением с одной из сторон. У емкости выпуклое днище. В нижней части есть башмак из металлической ленты, который помогает удерживать изделие в вертикальном положении.
В области горловины располагают кольцо для монтажа колпака безопасности. Устройство устанавливают поверх вентиля. Элемент используют для защиты от попадания внутрь взрывоопасных компонентов, еще ограждает редуктор от механических повреждений.
Важной дополнительной деталью кислородного баллона является вентиль. Устройство создают из латуни. Сплав меди и цинка по химическим показателям намного превосходит другие металлы. У вещества высокая устойчивость к окислению и коррозийным процессам, что необходимо при работе с газом.
Латунный штампованный вентиль – запорная деталь, благодаря которой элемент подсоединяют к кислородному баллону. В нижней части корпуса расположен хвостовик с резьбой для горловины, сбоку – штуцер для трубки. Между емкостью и элементом вкручивают клапан и муфту с седлом, между компонентами устанавливают уплотнитель из меди.
При вращении вентиля по часовой стрелке механизм закрывает отверстие для газа. При обратном движении клапан поднимается, открывает скважину и кислород начинает выходить. Надежность оборудованию обеспечивает механическое строение конструкции.
Баллоны по ГОСТу надо окрашивать в голубой оттенок. Черной краской поперек резервуара пишут название газа. На верхней овальной части поверхности выбивают клеймо производителя и информацию о емкости:
- вес;
- дату освидетельствования;
- давление (рабочее, пробное).
Чтобы данные были хорошо видны, верх оставляют неокрашенным. Вес стандартного баллона варьируется от 67 до 105 кг. Масса дополнительных деталей – до 10 кг. Высота у сорокалитровых моделей – 1,37-1,46 м, пятидесятилитровых – 1,68-1,76 м.
Давление
Параметр отвечает за объем газа, который может выдержать резервуар. Максимальное давление в кислородном баллоне на 40 л – 150 кг/см2, минимальное – 125. В емкость помещается 6 тысяч литров или 6 кубометров. Вместительность моделей на 50 л – 200 кг/см2, что составляет 10 м3 летучего вещества.
Давление в резервуаре может меняться под воздействием температуры. Благоприятным считают градус +20 С, уже при +40С показатель увеличится на 10 единиц. При нуле снизится на 10, при -40С уменьшиться на 30 кг/см2.
Характеристика давление важна при заправке кислородных баллонов. Профессионалы используют специальную формулу, позволяющую точно определить параметр. В вычислениях учитывают вместительность конкретной модели в кубических дециметрах.
Виды кислорода
Выбор разновидности зависит от задач, которое должно вещество выполнять. Для сварки и резки металла используют недорогое техническое сырье. Состав кислорода обязательно соответствует нормам ГОСТа 5583-48.
Летучий компонент производят методом ректификации низкотемпературной из воздуха. Газ в компрессоре вначале сжимают, потом резко охлаждают до комнатной температуры. В итоге получают концентрированный жидкий кислород. Вещество можно выделять при электролизе воды.
Дополнительно газ делят на 2 сорта, которые отличаются долей разных примесей. В составе технического вида могут содержаться незначительные включения соединений и едва уловимый запах. Характеристики не влияют на работу, поэтому вещество не очищают.
Медицинский вид – концентрированный вариант, в котором нет примесей и посторонних ароматов. Газ поставляют только в новых баллонах, а состав должен полностью соответствовать нормам ГОСТа 5583-48. У сырья очень сложный, дорогостоящий и трудоемкий процесс производства, что отражается на стоимости.
Медицинский сжиженный кислород относят к лечебным средствам, поэтому у производителя должна быть лицензия. Сырье проходит несколько этапов проверки, позволяющие выявить брак на любой стадии. Отличить вид от технического можно по надписи на баллоне и по сопроводительной документации.
Сфера использования
Сжатый кислород – популярный газ, область применения которого зависит от вида сырья. Медицинское вещество используют во время реанимации пациентов. Элемент оказывает благоприятное воздействие на сердце и легкие, поэтому часто назначают лечебные процедуры при проблемах со здоровьем. Компонент берут для насыщения коктейлей при кислородном голодании.
Технический газ быстро нагревается и долго поддерживает высокие температуры. Полученная сплошная струя прожигает металл любой плотности, что позволяет разрезать или спаивать детали. Характеристика полезна как в строительстве, так и в бытовом использовании. В металлургии вещество усиливает КПД печей, чем улучшает качество готовой продукции.
В химической промышленности применяют во время производства сложных кислот и взрывчатки. В целлюлозной отрасли кислородом очищают и отбеливают бумагу, в рыбной – обогащают пруды. В авиации газ участвует в окислении двигательного топлива.
Правила использования
Кислород – опасный газ, который может взорваться при контакте с огнем, маслом. Герметичный баллон ограждает сырье от соприкосновения с неблагоприятными условиями, но неприятность может возникнуть при падении или нагревании солнечными лучами. Существуют рекомендации, позволяющие обезопасить людей при эксплуатации летучего вещества.
Сварка
Внутри резервуара кислород не взорвется, но из-за высоких окислительных свойств есть ограничения по материалам. При контакте с жирами происходит мгновенное выделение тепла, что приводит к пожару. При работе с газом запрещено использование одежды, на которой остались масляные следы. При взаимодействии с веществом ткань может загореться, что спровоцирует последующий взрыв.
Кислород запрещено совмещать с асфальтом и углем, древесиной и бумагой. Пропитанные концентрированной сжатой жидкостью материалы способны детонировать. После работ с веществом нужно проветривать одежду в течение получаса.
Горючие и воспламеняющиеся компоненты располагают минимум в 5-10 м от емкости с газом. По технике безопасности резервуар размещают в вертикальном положении. Перед подключением баллоны обезжиривают тряпкой. Конструкцию подсоединяют крепко и устойчиво, иначе конструкция рухнет.
Если вентиль замерз, то запрещено отогревать огнем. Лучше подержать резервуар в теплом помещении или использовать горячую воду. Колпак легче отсоединить ключом, но некоторые модели откручиваются вручную. При движениях стараются не делать резких рывков, иначе возможно воспламенение.
При осмотре поверхности запорной детали обращают внимание на вмятины, царапины. Запрещена эксплуатация оборудования с поврежденной емкостью или с просроченным сроком годности. Ингредиенты при случайном попадании могут обжечь слизистую глаз и обморозить кожу. Работы с веществом проводят в защитных рукавицах и маске.
Заправка
Надежность и безопасность эксплуатации резервуара зависит от правильности заправки. На станцию вещество поступает в жидком виде, а в баллоны попадает в форме газа. Процедуру осуществляют через вентиль, к которому подсоединяют герметично трубу. Один конец подключают к базе, второй – к емкости.
Соединительные детали прикручивают плотно, но не пережимают. Обязательно следят за герметичностью соединения. Кран аккуратно открывают до характерного шипения. Прекращение шума – признак наполненности емкости.
Закачку для объемных резервуаров осуществляют при помощи насоса, небольшие сосуды можно без дополнительного оборудования. Давление в полном кислородном баллоне редуктором, иначе конструкцию может разорвать. По завершении процедуры вентиль завинчивают, откручивают трубу.
Как хранят и перемещают
Хранение резервуаров с газом прописано в ГОСТе 26460. В помещении должно быть электричество, отопление и вытяжная вентиляция. Рядом с веществом запрещено располагать другие газы, горючие ингредиенты и нагревательные приборы. Здание находится в удалении от производственных построек. Резервуары держат в металлических ящиках с отверстиями, далеко от направленного солнца.
Для перемещения баллонов с кислородом используют специальную технику (носилки, тележки). Емкости запрещено носить на руках (плечах). При перевозке на дальние расстояния нужен автомобиль с грузовым отсеком. Резервуары укладывают горизонтально в ячейки, для уплотнения и защиты от соударений применяют войлок. Если мероприятия проходят в жару, то конструкцию прячут под брезентом.
Опустошенную емкость мелом помечают словом «Пустой», закрывают колпак и заглушку. Кислород из баллонов нельзя полностью расходовать, поэтому оставляют немного вещества под давлением 0,5 кг/см2. Остатки нужны для лабораторного анализа состава газа на заправочной станции. Если информация совпадает с данными от прошлой процедуры, то не надо промывать оборудование.
Заключение
Кислород – важное вещество, которое используют в медицине, строительстве и разных отраслях промышленности. Огне- и взрывоопасные характеристики газа помогает нейтрализовать хранение в баллонах. Правильная эксплуатация и обслуживание оборудования защитит от возможных проблем.
Прочитать позже
Отправим материал на почту
Источник
Металлокомпозитные баллоны давления в авиации и космонавтике
На протяжении 15 лет специалистами ЗАКБ «САФИТ» (иногда нас неверно ищут в интернете как софит) велись работы по созданию металлокомпозитных баллонов (МКБ) высокого давления, по своим характеристикам конкурирующих с лучшими отечественными и зарубежными образцами.
К настоящему времени создана и отработана технологическая цепочка серийного производства МКБ. Баллоны внедрены и поставляются в оборонную промышленность и народно-хозяйственные отрасли.
Применение МКБ стало наиболее актуально в свете программы импортозамещения, когда предприятия-поставщики металлических балонов высокого давления находятся за пределами России, а имеющийся парк воздушных судов гражданской авиации и военно космических сил снаряжен баллонами с истекающими сроками эксплуатации.
Металлокомпозитные баллоны производства ЗАКБ «САФИТ» спроектированы и предназначены для хранения и транспортирования любых видов газов в авиации, космонавтике и для гражданского применения.
Конструкция металлокомпозитного баллона
Металлокомпозитный баллон (сосуд) высокого давления производства ЗАКБ «САФИТ» спроектирован и предназначен для хранения и транспортирования всех видов газов на уровне мировых стандартов.
Главная конструктивная особенность и отличие от других композитных баллонов – это тонкостенный высокодеформативный лейнер из нержавеющей стали.
Благодаря использованию новых конструктивно-технологических решений и высокотехнологичному производительному оборудованию собственной разработки, продукция способна конкурировать по цене c повсеместно используемыми металлическими аналогами.
Особенности МКБ САФИТ
- Сверхтонкий лейнер толщиной 0,3…0,5 мм изготовлен методом микроплазменной сварки на инновационном оборудовании, не имеющем аналогов
- Составные части лейнера получены пластическим деформированием заготовок
- Лейнер и силовая оболочка раскреплены между собой
- Силовой углеволоконный слой изготовлен методом намотки. Профиль слоя, углы армирования близки к оптимальным
Преимущества МКБ САФИТ
- Возможность проектирования МКБ с заданными эксплуатационными характеристиками
- Оптимальные форма лейнера и схема армирования
- Высокая весовая эффективность
- Безопасный характер разрушения
- Повышенная коррозионная стойкость
- Увеличен срок службы баллонов и интервалы между поверками
- Уменьшена стоимость за счет использования сварки
Композитные баллоны успешно применяются в различных отраслях
Нефте-газовая
отрасль
Хранение и транспортировка промышленных газов
Атомная
отрасль
Хранение жидких радиоактивных отходов
Медицина
и МЧС
Кислородные баллоны
Авиация и
космонавтика
Кислородные системы, системы пожаротушения, пневмоприводы
Автомобильный
транспорт
Баллоны для сжиженного газа
Оборонная
отрасль
Хранение специальных газов
С расширением областей применения за 5 лет рынок МКБ в России вырос на 600% и составляет ~ 4 млрд. руб.
Металлокомпозитные баллоны – продукт эволюции металлических
Металлические баллоны давления
- Стальные
- Алюминиевые
- Титановые
Композитные баллоны давления
- Стальные со стеклопластиковой подмоткой
- Стеклопластиковые с полимерным или композитным лейнером
Металлокомпозитные с металлическим лейнером
- Алюминиевые раскатные лейнеры
- Алюминиевые и титановые сварные лейнеры
Металлокомпозитные со сверхлёгким лейнером
- Тонколистовой стальной сварной лейнер
МКБ превосходят металлические баллоны по всем параметрам
По весовой эффективности МКБ «САФИТ» сопоставимы с зарубежными и в разы превосходят отечественные баллоны давления
Сферические баллоны
Цилиндрические баллоны
Тенденции и экономический эффект от использования МКБ
Массовая доля ПКМ в ВС за 30 лет выросла в 50 раз и составляет 50% (В-787), объемная доля достигла 80%
Фюзеляж В-787 полностью выполнен из КМ и состоит из четырех состыкованных между собой отсеков, в конструкции применяются различные типы ПКМ, вытесняющих алюминий с 80% (В-737) до 20%
Источник: отчет НИР по теме «Анализ тенденций и прогноз перспектив применения композиционных материалов в конструкциях воздушных судов гражданской авиации», М, ФГУП ГосНИИ ГА, 2014, с. 313
Авиация: замена баллонов в кислородной системе ИЛ-76ТД
Композитные баллоны имеют ту же форму и характеристики при меньшем весе. Замена металлических баллонов на металлокомпозитные аналоги не требует конструктивных доработок! Размещение кислородных баллонов позволяет легко производить их замену.
Штатные баллоны
УБШ-25/150
Р раб = 170 бар
V = 25 л
m = 15,8 кг
Количество: 6 шт.
Суммарный вес: 94,8 кг
КБ-2
Р раб = 30 бар
V = 7,8 л
m = 12 кг
Количество: 2 шт.
Суммарный вес: 24 кг
Металлокомпозитный аналог
Аналог УБШ-25/150
Р раб = 170…340 бар
V = 25 л
m = 6,2 кг
Количество: 6 шт.
Суммарный вес: 37,2 кг
Аналог КБ-2
Р раб = 30…60 бар
V = 7,8 л
m = 4,8 кг
Количество: 2 шт.
Суммарный вес: 9,6 кг
Суммарный выигрыш в весе: 94,8 + 24 – 37,2 – 9,6 = 72 кг
Уменьшение массы самолета на 1 кг приводит к уменьшению расхода топлива на 40 г в час. При среднем годовом налете самолета в 2500 часов уменьшение массы на 72 кг приводит к уменьшению расхода топлива на: 72 кг x 0.04 кг/час x 2500 час = 7 200 кг
Замена баллонов в кислородной системе ИЛ-76ТД уменьшает массу самолета на 72 кг, что приводит к уменьшению годового расхода топлива на 7,2 тонны и снижению выбросов СО2 на 21 тонну!
Примечание: по экспертным оценкам замена МБ на МКБ по всем системам на пассажирском самолете может привести к 10-кратному увеличению эффективности.
Космонавтика: применение МКБ в разгонном блоке «ФРЕГАТ»
Проведено три успешных пуска ракет с космодрома Куру для вывода спутников навигационной системы ГАЛИЛЕО по заказу Европейского Космического Агентства с МКБ «САФИТ», установленными на разгонном блоке «ФРЕГАТ». РБ «ФРЕГАТ» разработан в НПО им. С.А. Лавочкина для выведения космических аппаратов в составе ракет типа Р-7А3.
Применение МКБ увеличило коммерческую загрузку РБ на 44 кг с экономическим эффектом 53 млн. руб.
Применение МКБ позволило увеличить давление заправки гелием до 340 бар.
Это дало возможность заменить шесть титановых баллонов на пять металлокомпозитных.
Суммарная масса МКБ: 6.2 кг х 5 шт. = 31 кг
Суммарная масса МБ: 12.5 кг х 6 шт. = 75 кг
Выигрыш в массе: 75 – 31 = 44 кг
Выведение 1 кг груза на геостационарную орбиту: 1.2 млн. руб.
Экономический эффект: 1.2 млн.руб. х 44 кг = 52.8 млн. руб.
Металлокомпозитный баллон для разгонного блока «ФРЕГАТ»
Технические характеристики
Р раб = 340 бар
V = 25 л
m = 6,2 кг
МАКС-2017: Продукция ЗАКБ САФИТ, металлокомпозитные баллоны давления в изделиях Российского Космического Агентства
Технология изготовления Металлокомпозитного баллона давления
Установка сварки лейнера запатентована и является инновационной
- Сварочный аппарат имеет программное управление и полностью автоматизирован
- Позволяет вести сварку тонких 0,3…0,5 мм элементов лейнера
- Сварной шов не имеет дефектов
Установка для намотки силовой оболочки
В ЗАКБ «САФИТ» разработана методика оптимального выбора материалов и углов армирования лейнера
- Формирование силовой оболочки производится методом «мокрой» намотки армирующего материала на лейнер
- Намотка силовой оболочки формируется последовательной укладкой спиральных и кольцевых слоев пропитанного армирующего материала по заданной программе
- Схема армирования и программа определяются результатами проектных расчетов
- По окончании процесса намотки баллон нагружается внутренним давлением и подвергается термообработке. По завершении термообработки давление стравливается
Металлокомпозитные баллоны ЗАКБ «САФИТ» прошли сертификационные испытания по международному стандарту ЕN 12245
Требование по взрывобезопасности (пункт 5.2.5 EN 12245 : 2002)
Статическое нагружение
Требования стандарта
- Разрушающее давление Pв должно быть больше двух предельных PH
- Баллон не должен давать утечки при Р Баллон и лейнер должны разрушаться не более чем на три части.
- В зачет идут только куски лейнера, выбитые из оболочки баллона.
Условия
- Тип баллона – БMK 9 -165- 250
- Среда испытаний – вода
- Температура среды – 23 °C
- Температура поверхности – 22°C
- Скорость наддува 25 – 30 bar/s
Результаты
- Безосколочное разрушение (удовлетворяет требованиям стандарта)
Иллюстрация
Огнестойкость
Требования стандарта
- Баллоны не должны разрушаться катастрофически во время огненного испытания. Испытательная среда может протекать через стенки баллона
Условия
- Тип баллона – БMK 9 -165- 250
- Среда испытаний – воздух
- Давление испытаний 250 бар
- Температура среды – 20°C
- Тип устройства для сброса давления – Valve A 232 (manufacturer Rotarex)
Результаты
- Баллон начал течь через 14 минут и 40 секунд после начала испытания на огнестойкость через стенки цилиндра и штуцер
- В ходе испытания баллон не разрушился (удовлетворяет требованиям стандарта)
Иллюстрация
Пулевой прострел
Требования стандарта
- Тестируемый баллон не должен разрушиться на осколки независимо от проникновения в него пули
Условия
- Тип баллона – БMK 9 -165- 250
- Среда испытаний – воздух
- Температура среды – меньше 50°C
- Давление испытания – 250 бар
- Скорость пули – 850 м/сек
- Размер пули – 7,62 мм
- Баллон опрессован воздухом до 300 баров и испытан методом «аквариума»
- Баллон является герметичным
Результаты
- Баллон получил входное и выходное отверстие диаметром 50 мм
- После удара пули в баллоне не оказалось осколочного разрушения (удовлетворяет требованиям стандарта)
Иллюстрация
Обработана статистика повреждений МКБ и даны рекомендации по оценкам живучести
Наибольшее число повреждений связано с появлением микротрещин (44%), истиранием и царапинами (16%), случайными ударами (14%).
Примеры эксплуатационных повреждений и их влияние на работоспособность МКБ
Высокая температура и огонь
О Компании
ЗАКБ САФИТ
С 1993 года компания САФИТ (иногда нас ищут как софит) работает в сфере разработки и производства стеклопластиковых изделий на основе эпоксидных и полиэфирных смол. Конструкторские разработки осуществляются при участии специалистов ФНПЦ ОАО ЦНИИСМ – ведущего института России по созданию изделий из композиционных материалов для ракетно-космической техники, а производственные мощности компании состоят из современного высокопроизводительного оборудования, позволяющего производить широкий спектр высококачественных изделий, соответствующих международным стандартам ASTM, AWWA.
В настоящее время компанией выпускается широкий ассортимент изделий из стеклопластика: артезианские и нефтеперегонные трубы, химически стойкие шламо-, соле-, кислотопроводы, трубопроводы быстрого развертывания, футляры защитные для газопроводов, опоры освещения, токоразмыкатели и электроизоляторы, электро-подогреваемые трубы, антенные системы и радиопрозрачные колпаки.
Источник