Для хранения и транспортировки газообразного кислорода под давлением применяют стальные баллоны по ГОСТ 949—73, имеющие следующую характеристику.

и

1. Баллоны из углеродистой стали с пределом прочност 650 МН/м2 (65 кгс/мм2), пределом текучести 380 МН/м2 (38 кгс/мм2), относительным удлинением 15% — типа 100; 150 и 200, рассчитан­ные соответственно на условные рабочие давления ру 10; 15 и 20 МПа (100; 150 и 200 кгс/см2).

2. Баллоны из легированной стали с пределом прочности 900 МН/м2 (90 кгс/мм2), пределом текучести 700 МН/м2 (70 кгс/см2), относительным удлинением 10% и ударной вязкостью 1 МДж/м2 (Ю кгс-м/см2)—типа 15QJI и 200Л, рассчитанные соответственно на условные рабочие давления ру 15 и 20 МПа (150 и 200 кгс/см2).

Для баллонов пробное гидравлическое давление принято равным

1,5 ру, а пробное пневматическое — равным ру.

Баллоны изготовляют из бесшовных цельнотянутых труб путем обжатия днища и горловины у заготовки или из круглых плоских болванок путем прошивки и протяжки на специальных прессах. После этого баллоны подвергают необходимой механической и тер­мической обработке, а затем насаживают кольцо горловины и баш­мак, проводят гидравлическое и пневматическое испытания, клей­мение и окраску баллонов. Для кислорода, водорода, азота, метана, сжатого воздуха и инертных газов применяют баллоны типа 150 и 15QJI; для сжатого воздуха и метана — типа 200 и 200Л; для угле­кислого газа — типа 150, для ацетилена, аммиака и других газов до 10 МПа (100 кгс/см2) — типа 100.

Согласно «Правилам» Госгортехнадзора баллоны следует под­вергать контрольным проверкам и испытаниям каждые 5 лет. Баллоны для газов, вызывающих коррозию (хлор, сероводород, фосген и др.), испытывают не реже чем через каждые 2 года. На сфе­рической части баллона выбивают его паспортные данные, а также данные о результатах периодических испытаний: товарный знак завода-изготовителя; номер баллона; фактическую массу (кг); дату (месяц и год) изготовления и год следующего освидетельство­вания; рабочее давление (р, кгс/см2); пробное гидравлическое давле­ние (п, кгс/см2); емкость баллона (л); клеймо ОТК завода-изгото­вителя (круглое); клеймо завода-наполнителя (круглое, диаметром 12 мм), производившего очередное освидетельствование; дату про­изведенного и следующего освидетельствования (в одной строке с клеймом завода-наполнителя).

Баллоны окрашивают в условные цвета, установленные для соответствующих газов, и снабжают надписями названия газа, а в некоторых случаях и отличительными полосами. Например, баллоны для кислорода окрашены в голубой цвет, надпись «Кисло­род» черного цвета; для ацетилена — в белый, надпись «Ацетилен»' красного цвета; для водорода — в темно-зеленый, надпись «Во­дород» красного цвета; для пропана (и других горючих газов, кроме ацетилена) — в красный, надпись «Пропан» (или другой газ) белого цвета и т. д.

Баллоны наполняют кислородом с помощью кислородных ком­прессоров (или жидкостных кислородных насосов), используя 12

устройства, называемые наполнительными рампами. Такая рампа представляет собой два коллектора из медных труб, снабженных запорными вентилями, манометрами и присоединительными мед­ными змеевиками или гибкими шлангами высокого давления. С помощью этих змеевиков (шлангов) баллоны присоединяют к кол­лектору и наполняют газом. Коллекторы работают попеременно: когда через один из них наполняют баллоны, другой отсоединяют от наполненных баллонов и к нему присоединяют порожние бал­лоны.

На современных крупных кислородных станциях построены механизированные склады и наполнительные цехи для баллонов, где все транспортные операции осуществляются механизмами: кранами, электропогрузчиками и пр. Баллоны укрепляют в спе­циальных контейнерах по 8—10 штук и в них транспортируют по складу, подают в наполнительную и перевозят к потребителю. При­меняют также контейнеры, в которых баллоны сколлектированы в группы с общим запорным вентилем для их наполнения кисло­родом и опорожнения. Транспортировка баллонов к потребителю и обратно осуществляется на автомобилях, по железной дороге и пр. Потребители организуют расходные склады баллонов и, в случае необходимости, распределительные рампы, из которых кислород через центральный редуктор по трубопроводу подается в цехи к местам сварки и резки.

Под действием влажного кислорода внутренняя поверхность стенок баллонов может подвергаться коррозии. Образующиеся при этом гидраты окислов железа Ре(ОН); Fe(OH)2; Fe(OH)3 представ­ляют собой рыхлую массу, легко проницаемую для кислорода, что способствует распространению коррозии в глубь стенки. Сухой кислород вызывает лишь медленное окисление железа в тонком поверхностном слое. Образующиеся при этом окислы покрывают металл сплошной пленкой, ограничивая дальнейший процесс окис­ления. При отсутствии влаги в кислороде и примесей поваренной соли в воде, применяемой для смазки кислородных компрессоров, не наблюдается заметной коррозии даже после эксплуатации бал­лонов в течение 20 лет и более.

Взрывы баллонов могут причинять значительные разрушения вследствие большой потенциальной энергии сжатого газа, освобож­дающейся при их взрыве. Анализ причин взрывов баллонов, имев­ших место (хотя и очень редко) в практике их использования, пока­зывает, что эти взрывы происходили вследствие наличия скрытых дефектов в баллонах или нарушения правил эксплуатации баллонов со сжатыми газами.

К дефектам могут относиться трещины, плены раковины, складки, слоистость металла стенок, не замеченные грі контроле баллона в процессе изготовления и последующих переосвиде­тельствованиях. К ним также относятся изменения нормальной структуры металла баллона вследствие неправильной термооб­работки.

Известны случаи взрывов наполненных баллонов от резкого удара о металлические предметы (рельс, балку, баллон и т. п.) при низкой температуре. Очень опасно попадание в кислородный баллон горючего газа (пропана, метана, ацетилена). В практике отмечены случаи перетекания Ё баллон с кислородом, находящимся под низким давлением в конце его опорожнения, горючего газа, находящегося в баллоне под более высоким давлением.

Образовавшаяся взрывоопасная смесь может взорваться при обратном ударе пламени. Поэтому при наполнении баллонов кисло­родом необходимо самым тщательным образом проверять, какой газ в них остался от предыдущего наполнения, и, в случае малей­шего подозрения на присутствие в баллоне горючего газа, баллон изымают из наполнительной и направляют в лабораторию для про­верки.

Попадание в кислородные баллоны органических масел и жиров также может послужить причиной взрыва баллона.

Корпуса вентилей баллонов изготовляют из латуни ЛС59-1 методом горячей штамповки, что обеспечивает необходимую плот­ность и вязкость металла при. малых размерах вентилей. Клапан делают из латуни с пластмассовым или медным уплотнением, шпиндель — из коррозионностойкой стали, маховичок — из вто­ричного алюминиевого сплава; для инертных газов используют мембранные (бессальниковые) вентили, обеспечивающие полную и надежную герметичность.

При больших расходах кислорода применяется подача его по трубопроводу под давлением 3—3,5 МПа (30—35 кгс/см2) непосред­ственно с завода-изготовителя газа, где кислород может накапли­ваться в хранилищах постоянного объема для компенсации нерав­номерности расхода газа — в так называемых реципиентах.

Для реципиентов применяют баллоны емкостью 400 дм3, соеди­няя их в батарею для получения требуемого объема хранилища. Баллоны соединяют общими трубопроводами, снабжают запорной и предохранительной арматурой, контрольно-измерительными при­борами. Реципиенты обычно располагают вне здания цеха, обеспе­чивая их соответствующим ограждением и защитой от атмосферных осадков. Из баллонов большой емкости (400 дм3) делают, также транс­портные ' реципиенты, используемые для доставки сжатого кисло­рода или других газов потребителям с помощью автотягачей на прицепах. Наполнение и опорожнение баллонов производится соот­ветственно на, заводах, производящих и потребляющих кислород, при доставке реципиентов автотягачами без снятия баллонов с прицепов. Давление кислорода в транспортном реципиенте

16,5— 20 МПа (165—200 кгс/см2). Газовместимость 1500, 750 и 375 м3 кислорода (при 20 °С и 760 мм рт. ст.). Радиус доставки авто­транспортом — до 400 км. Такой способ доставки кислорода потре­бителям прогрессивен и экономичен, так как значительно снижавт потребность в баллонах и затраты, связанные с их использование (на ремонт, погрузку и выгрузку, испытания и др.). м

В процессах газопламенной обработки используют кислород в газообразном виде. Кислород в жидком виде применяют только при его хранении и транспортировке от завода-изготовителя до потребителей.

По внешнему виду жидкий кислород — голубоватая прозрачная подвижная жидкость, затвердевающая при —218,4 °С и образую­щая кристаллы голубоватого цвета. Теплоемкость жидкого кисло­рода равна 1,69 кДж/(кг-°С) [0,406 ккал/(кг-°С)].

Перед подачей в сеть потребления для газопламенной обработки жидкий кислород подвергается испарению при заданном давлении в специальных устройствах — газификаторах, безнасосных или насосных. При испарении 1 дм3 жидкого кислорода получается

= 0,86 м, или 860 дм3 газообразного кислорода (при 20 °С

1 )Оо

и 760 мм рт. ст.); здесь 1,14 кг/дм3 и 1,33 кг/м3 соответственно плотности жидкого и газообразного кислорода. При испарении 1 кг жидкого кислорода образуется 1/1,33 = 0,75 м3 газа (при 20 °С и 760 мм рт. ст). Основные преимущества хранения и транспор­тировки кислорода в жидком виде следующие.

1. Сокращается (в среднем в 10 раз) масса тары и уменьшается требуемое количество баллонов и транспортных средств (автомо­билей, вагонов), занятых на перевозке кислорода.

2. Отпадают расходы по организации и эксплуатации большого баллонного хозяйства на заводах (приобретение баллонов, по­стройка складов, учет, испытание и ремонт баллонов, транспортные расходы).

3. Повышается безопасность и упрощается обслуживание газо - пйтания цехов газопламенной обработки, поскольку жидкий кисло­род хранится и транспортируется под небольшим давлением.

4. Получаемый при газификации жидкого кислорода газообраз­ный кислород не содержит влаги, его можно транспортировать по трубопроводам при низких окружающих температурах без приме­нения специальных мер против замерзания конденсата (прокладка труб ниже глубины промерзания, теплоизоляция, установка конден - сатоотводчиков, прокладка паровых обогревателей и пр.).

Недостатком применения жидкого кислорода являются неизбеж­ные потери его на испарение при хранении, перевозке и газифи­кации.

Для хранения и перевозки небольших количеств жидкого кислорода (азота, аргона, воздуха) используют сосуды Дьюара (рис. 2), шаровые (а) или цилиндрические (б). Сжиженный газ запол­няет сосуд 2 из алюминиевого сплава, подвешенный на тонкостенной трубке — горловине / из стали Х18Н10Т внутри внешнего сосуда 3, изготовленного также из алюминиевого сплава. Все соединения выполнены аргонодуговой сваркой, стальные детали предвари­тельно алитированы. Пространство между сосудами заполнено

тепловой изоляцией 5 из смеси порошкообразного аэрогеля и брон­зовой пудры.

В этом пространстве создан вакуум до остаточного давления (1 - 2) 10"1 мм рт. ст. Снизу к внутреннему сосуду приварена ка­мера 4, заполненная адсорбентом (силикагелем КСМ). При запол­нении сосуда 2 сжиженным газом адсорбент охлаждается и погло­щает остаточные газы в межстенном пространстве, создавая в нем вакуум до давления (1 -*- 5) 10~3 мм рт. ст. Сталь Х18Н10Т обла­дает низким коэффициентом теплопроводности, вследствие чего теплопригок извне по горловине существенно снижен.

Рис. 2. Сосуды Дьюара:

а — типа АСД; б — типа АСД-100

Транспортные резервуары используют для перевозки больших количеств жидкого кислорода (азота, аргона) автотранспортом и по железной дороге. Автомобильные резервуары имеют емкость 1000 7500 дм3, железнодорожные 30 000—35 000 дм3, а иногда и более. Типовой транспортный автомобильный резервуар ТРЖК-2У пока­зан на рис. 3. Внутренний резервуар, в котором хранится жидкий кислород, изготовлен из стали Х18Н9Т аргонодуговой сваркой наружный (кожух) — из низкоуглеродистой стали 20. Изоляция' заполняющая межстенное пространство, — вакуумно-порошковая — из смеси аэрогеля с перлитовой пудрой; вакуум в межстенн i ом пространстве соответствует остаточному давлению 5 • ДО""

-V - 5 • 10-2 мм рт. ст.

Заполнение резервуара жидким кислородом из стационарной емкости производится через вентиль 3 и штуцер 5 при открытом вентиле 13 для сброса газа в газгольдер или атмосферу. При опорож­нении резервуара в нем создается избыточное давление до 0,1 — 0,15 МПа (1—1,5 кгс/см2) за счет испарения части жидкого кисло­рода в испарителях 17. Слив жидкости производится также через вентиль 3 и штуцер 5 при закрытом вентиле 13. Для уменьшения притока теплоты через опоры резервуара они изготовлены из слои­стого стеклопластика, обладающего низким коэффициентом тепло­проводности и достаточной прочностью при низких температурах.

Для превращения жидкого кислорода в газообразный служат газификационные установки. Их производительность достигает 15—20 м3/ч. Применяют два типа газификационных установок: насосные и безнасосные.

Насосная газификационная установка СГУ-1, показанная на рис. 4, предназначена для газификации непереохлажденного кис­лорода и наполнения баллонов (реципиентов) газообразным кисло­родом под давлением до 24 МПа (240 кгс/см2). Кислород от реци­пиентов подается по трубопроводу к местам потребления через центральный рамповый редуктор под требуемым давлением порядка 1,2—2 МПа (15—20 кгс/см2) для процессов газопламенной обра­ботки. Имеются газификационные станции, насосы которых рас­считаны на давление 20 МПа (200 кгс/см2) и служат для подачи

кислорода в сеть через буферную емкость. В промышленности применяют также автомобильные передвижные газификационные 1 установки.

Безнасосные газификаторы имеют рабочее давление до 1,6 МПа (16 кгс/см ) при относительно постоянном и равномерном расходе кислорода, подаваемого по трубопроводу к местам потребления (рис. 5). Сосуд газификатора снабжен вакуумно-порошковой изоля­цией и рассчитан на макси­мальное рабочее давление. Первоначально давление в сосуде создается испарени­ем кислорода в испарите­ле 9 и автоматически под­держивается постоянным регулятором 2. В зависи­мости от расхода газа жид­кий кислород через регу­лятор 8 поступает в испа­ритель 7 и затем в виде газа идет в трубопровод ^ потребителю. Избыток газа

в газификаторе сбрасывается при заданном давлении также в трубопровод потребителя через регулятор 3. Сосуд У наполняется жидким кислородом через штуцер 4 и вентили 5 и 6.