Схема газового баллона: из чего состоит и как работает | Vervex - Санкт-Петербург

Баллон для газа — это сложное инженерное устройство, рассчитанное на работу под высоким давлением. Его конструкция разрабатывается с учетом норм безопасности, ведь от прочности зависит безопасность транспортировки, хранения, применения сжатых и сжиженных газов. Рассмотрим схему газового баллона, особенности его конструкции и принцип действия.

Конструкция баллона

На первый взгляд такое изделие кажется простой металлической емкостью. Но фактически конструкция газового баллона — это комплекс элементов, каждый из которых выполняет определенную функцию.

Изделия изготавливаются в виде цельносварных либо цельнотянутых сосудов, способных выдерживать высокое внутреннее давление. Толщина стенки определяется ГОСТом 15860–84. Для производства используют специальные марки легированной и углеродистой стали (например, 150У, 150Л). Более современный материал для емкостей — это стекловолокна.

Основные компоненты

Сварной газовый баллон состоит из обечайки, двух днищ и горловины, а бесшовные стальные модели включают цилиндрическую часть, днища и горловину, формируемые из единой заготовки.

Чтобы обеспечить равномерное распределение давления, которое газ оказывает на внутренние стенки, каждое изделие оснащается выпуклыми днищами сверху и снизу. Для надежной фиксации в вертикальном положении конструкция дополнена кольцевой опорой (башмаком), повышающей устойчивость сосуда. Дополнительную защиту обеспечивает колпак из металла или прочного пластика: он предохраняет вентиль от механических повреждений во время эксплуатации и при перевозке.

К горловине монтируются элементы запорной арматуры — фланцы, штуцеры или вентили, которые обеспечивают подачу и регулирование газа. 

Что находится внутри

Газовый баллон внутри никогда не заполняется полностью. Это связано с особенностями физических процессов. Между жидкой и газовой фазой оставляют пространство, которое выполняет роль паровой подушки. Она компенсирует расширение жидкости при нагреве и предотвращает разрушение корпуса. В баллонах со сжиженным газом (например, пропаном) всегда используется двухфазная система: часть содержимого находится в жидком виде, часть — в парообразном. Жидкая часть располагается снизу, а газовая — сверху. Отбор газа происходит именно из паровой фазы, образующейся при испарении жидкости. В процессе расхода газ постоянно испаряется, а освободившееся пространство заполняется новыми порциями пара. При понижении температуры часть вещества вновь конденсируется в жидкость, благодаря чему в системе поддерживается практически постоянное давление.

Для хранения ацетилена используют специальные баллоны, внутреннее пространство которых заполняется пористой массой (активированным углем или другими аналогичными материалами). Эта структура пропитывается ацетоном, способным растворять ацетилен и удерживать его в стабильном состоянии.

Как работает баллон для газа

Принцип действия удобнее рассмотреть на примере пропанового баллона. Сначала в сосуд закачивается газ под высоким давлением, при этом его значительная часть переходит в жидкое состояние. Емкость хранится в таком виде до момента использования. Когда вентиль открывается, давление внутри уменьшается, жидкая часть начинает испаряться и превращается в газовую. Газ поступает по шлангу.

Давление внутри напрямую зависит от температуры: при нагреве оно возрастает, при охлаждении — снижается. Поэтому эксплуатация емкости всегда требует постоянного контроля температуры и соблюдения правил безопасности.

Классификация баллонов

В целом устройство газового баллона схожее, но есть различия по материалу корпуса, объему или назначению.

По материалу изготовления

В зависимости от используемого материала выделяют емкости:

• Металлические (стальные, углеродистые, легированные) — традиционный вариант. Отличаются высокой прочностью, надежностью и долговечностью. Но их минус — значительный вес.
• Композитные — это более современное решение из стекловолокна. Они значительно легче, обладают повышенной безопасностью: при аварии корпус не взрывается, а расслаивается по волокнам. К плюсам относится и прозрачность стенок, позволяющая контролировать уровень вещества.

По типу хранимого газа

Газовые баллоны различаются по составу содержащейся смеси, что определяет их назначение и условия эксплуатации. Различают пропановые, бутановые, азотные, углекислотные, водородные, кислородные, гелиевые и другие емкости. Для каждого вещества предусмотрен свой температурный диапазон.

При стандартных условиях различия незначительные, однако в экстремальных ситуациях — на высокогорье или при очень низких температурах — температурный режим становится критически важным. Например, изомер бутана — смесь изобутана и пропана — неплохо работает в холодных условиях и не вредит озоновому слою. При этом пропан и бутан крайне опасны для человека: их вдыхание вызывает серьезные последствия, а непосредственный контакт с жидким бутаном способен охладить тело до −20 °C.

По объему

Емкости выпускаются в разных вариантах объема — начиная от 5 литров. Чем меньше емкость, тем чаще возникает необходимость в заправке. Для пропановых моделей максимальный объем — 50 литров, для большинства других газов предел составляет 40 литров.

Небольшие баллоны на 5–10 литров удобны для переноски, транспортировки и эпизодического использования оборудования. Емкости 12–27 литров занимают немного места, но позволяют реже обращаться за заправкой. Для промышленности оптимальны крупные варианты на 40–50 литров, обеспечивающие продолжительную работу без частой замены.

По назначению

Можно разделить емкости на несколько групп по назначению:

• Бытовые — применяются для отопительных приборов, кухонных плит и котлов.
• Автомобильные — используются в транспортных средствах с двигателями, работающими на газообразном топливе.
• Туристические — предназначены для переносных приборов: горелок, обогревателей, устройств для приготовления пищи на природе.
• Промышленные — хранят технические и технологические смеси, применяются в металлургии, химической отрасли, фармацевтике.
• Медицинские — заполняются дыхательными смесями или кислородом.

Существуют также универсальные изделия, которые подходят для различных задач. Для компактных или мобильных устройств выпускаются одноразовые картриджи объемом 100–450 граммов — внешне они напоминают аэрозольные баллончики.

Запорная арматура

Вентиль — это незаменимый элемент, с помощью которого выполняется подача газа. Он располагается на верхней части баллона — на горловине с конусной резьбой.

В некоторых моделях предусмотрена предохранительная мембрана, которая срабатывает при значительном превышении давления: мембрана разрывается, и избыточное количество смеси стравливается в атмосферу, что предотвращает разрушение тары.

Тип и материал вентиля зависят от вида газа. В кислородных емкостях используется латунная деталь, так как сталь поддается коррозии в среде сжатого кислорода. Маховики и заглушки изготавливаются из пластика или алюминиевых сплавов. В ацетиленовых баллонах корпус вентиля изготавливается из стали, а применение меди или ее сплавов строго запрещено из-за взрывоопасности контакта с ацетиленом. Подсоединение и регулировка осуществляется с помощью торцевого ключа.

Для технического пропана применяются латунные или стальные элементы с внутренним штоком, шпинделем, клапаном. Боковой штуцер оснащается резьбой левого типа. Дополнительную защиту от повреждений обеспечивает предохранительный колпак, защищающий вентиль при транспортировке и эксплуатации.

Правила эксплуатации

Чтобы баллон служил безопасно, необходимо соблюдать базовые требования:

• Проверять срок последней поверки.
• Проводить визуальный осмотр на предмет вмятин, коррозии и повреждений перед применением.
• Хранить тару только в вертикальном положении, вдали от источников тепла.
• Регулярно проверять соединения на утечку.

По правилам безопасного хранения и эксплуатации баллоны с повреждениями не допускаются к использованию.

Как прочитать информацию о баллоне

Цвет — не единственный способ идентификации емкостей. Подробно о полной расшифровке цветов и маркировки мы писали в отдельной статье.

Также важна информация на корпусе: заводское клеймо, где указаны рабочее и испытательное давление, объем, масса, дата последней поверки. По этим данным возможно понять, можно ли дальше использовать тару.

Подведем итоги

Разобравшись, из чего состоит и как работает емкость, вы сможете правильно им пользоваться. Если в дальнейшем вы планируете повторную заправку емкости, то изучите, как правильно заправить баллон.

Если вы не уверены, можно ли использовать газовую емкость повторно, то лучше обратиться за помощью к специалистам — чтобы они осмотрели тару на предмет повреждений и выполнили поверку. Далее вы сможете обменять или заправить баллон.

Часто задаваемые вопросы