Из какого металла сделан кислородный баллон
Обновлено: 04.10.2024
При газовой сварке и резке нагрев металла осуществляется высокотемпературным газовым пламенем, получаемым при сжигании горючего газа или паров жидкости в смеси с технически чистым кислородом.
Кислород является самым распространенным элементом на земле, встречающимся в виде химических соединений с различными веществами: в земле - до 50% по массе, в соединении с водородом в воде - около 86% по массе и в воздухе - до 21% по объему и 23% по массе.
Кислород при нормальных условиях (температура 20°С, давление 0,1 МПа) - это бесцветный, негорючий газ, немного тяжелее воздуха, не имеющий запаха, но активно поддерживающий горение. При нормальном атмосферном давлении и температуре 0°С масса 1 м 3 кислорода равна 1,43 кг, а при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении - 1,33 кг.
Кислород имеет высокую химическую активность, образуя соединения со всеми химическими элементами, кроме инертных газов (аргона, гелия, ксенона, криптона и неона). Реакции соединения с кислородом протекают с выделением большого количества теплоты, т. е. носят экзотермический характер.
При соприкосновении сжатого газообразного кислорода с органическими веществами, маслами, жирами, угольной пылью, горючими пластмассами может произойти их самовоспламенение в результате выделения теплоты при быстром сжатии кислорода, трении и ударе твердых частиц о металл, а также электростатического искрового разряда. Поэтому при использовании кислорода необходимо тщательно следить за тем, чтобы он не находился в контакте с легковоспламеняющимися и горючими веществами.
Всю кислородную аппаратуру, кислородопроводы и баллоны необходимо тщательно обезжиривать. Кислород способен образовывать в широких пределах взрывчатые смеси с горючими газами или парами жидких горючих, что также может привести к взрывам при наличии открытого огня или даже искры.
Отмеченные особенности кислорода следует всегда иметь в виду при использовании его в процессах газопламенной обработки.
Атмосферный воздух в основном представляет собой механическую смесь трех газов при следующем их объемном содержании: азота - 78,08%, кислорода - 20,95%, аргона-0,94%, остальное - углекислый газ, водород, закись азота и др. Кислород получают разделением воздуха на кислород и азот методом глубокого охлаждения (сжижения), попутно идет отделение аргона, применение которого при аргонодуговой сварке непрерывно возрастает. Азот применяют как защитный газ при сварке меди.
Кислород можно получать химическим способом или электролизом воды. Химические способы малопроизводительны и неэкономичны. При электролизе воды постоянным током кислород получают как побочный продукт при производстве чистого водорода.
В промышленности кислород получают из атмосферного воздуха методом глубокого охлаждения и ректификации. В установках для получения кислорода и азота из воздуха последний очищают от вредных примесей, сжимают в компрессоре до соответствующего давления холодильного цикла 0,6-20 МПа и охлаждают в теплообменниках до температуры сжижения, разница в температурах сжижения кислорода и азота составляет 13°С, что достаточно для их полного разделения в жидкой фазе.
Жидкий чистый кислород накапливается в воздухоразделительном аппарате, испаряется и собирается в газгольдере, откуда компрессором его накачивают в баллоны под давлением до 20 МПа.
Технический кислород транспортируют также по трубопроводу. Давление кислорода, транспортируемого по трубопроводу, должно быть согласовано между изготовителем и потребителем. К месту сварки кислород доставляется в кислородных баллонах, и в жидком виде - в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией.
Для превращения жидкого кислорода в газ используют газификаторы или насосы с испарителями для жидкого кислорода. При нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С 1 дм 3 жидкого кислорода при испарении дает 860 дм 3 газообразного. Поэтому доставлять кислород к месту сварки целесообразно в жидком состоянии, так как при этом в 10 раз уменьшается масса тары, что позволяет экономить металл на изготовление баллонов, уменьшать расходы на транспортировку и хранение баллонов.
Для сварки и резки по ГОСТ 5583-78 технический кислород выпускается трех сортов:
- 1-й - чистотой не менее 99,7%
- 2-й - не менее 99,5%
- 3-й - не менее 99,2% по объему
Чистота кислорода имеет большое значение для кислородной резки. Чем меньше содержится в нем газовых примесей, тем выше скорость реза, чище кромки и меньше расход кислорода.
Кислород – рождающий кислоты
Кислород химический элемент, атомный номер 8, атомная масса 15,9994. Обычно концентрация кислорода (в виде молекул O2) в атмосфере на уровне моря составляет по объему 21%. Кислород немного тяжелее воздуха, вес 1 м 3 при 0° и 760 мм рт. ст. равен 1,43 кг. Плотность по отношению к воздуху 1,1. При температуре -182,97°C и давлении 760 мм рт. ст. кислород превращается в голубоватую легко подвижную жидкость, энергично испаряющуюся при нормальной температуре. При этом занимаемый газом объем уменьшается примерно в 850 раз. При нагревании жидкий кислород снова превращается в газ. Вес 1 л жидкого кислорода при температуре -183°C равен 1,14 кг. Жидкий кислород при атмосферном давлении затвердевает при температуре -218,4°C и образует кристаллы голубоватого цвета. Химическая формула – O. В обычных условиях молекула кислорода двухатомная - O2.
Содержание
Кислород при нормальных условиях (температуре и давлении) представляет собой прозрачный газ без запаха, вкуса и цвета. Не относится к горючим газам, но способен активно поддерживать горение.
По химической активности среди неметаллов он занимает второе место после фтора.
Все элементы, кроме благородных металлов (платина, золото, серебро, родий, палладий и др.) и инертных газов (гелий, аргон, ксенон, криптон и неон), вступают в реакцию окисления и образовывают оксиды. Процесс окисления элементов, как правило, носит экзотермический (с выделением теплоты) характер. Также необходимо учитывать тот факт, что при повышении температуры, давления или использовании катализаторов – скорость реакции окисления резко возрастает.
История открытия кислорода
Открытие кислорода приписывают Джозефу Пристли (Joseph Priestley). У него была лаборатория, оборудованная приборами для собирания газов. Он испытывал его физиологическое действие на себе и на мышах. Пристли установил, что после вдыхания газа некоторое время ощущается приятная легкость. Мыши в герметически закрытой банке с воздухом задыхаются быстрей, чем в банке с O2. Поскольку Пристли был приверженцем флогистонной теории он так и не узнал, что оказалось у него в руках. Он только описал этот газ, даже не догадываясь, что он описал. А вот лавры открытия кислорода принадлежат Антуан Лоран Лавуазье (Antoine Laurent de Lavoisier), который и дал ему имя.
Лавуазье, поставил свой знаменитый опыт, продолжавшийся 12 дней. Он нагревал ртуть в реторте. При кипении образовывалась ее красная окись. Когда реторту охладили, оказалось, что воздуха в ней убыло почти на 1/6 его объема, а остаток ртути весил меньше, чем перед нагревом. Но когда разложили окись ртути сильным прокаливанием, все вернулось: и недостача ртути, и «исчезнувший» кислород.
Впоследствии Лавуазье установил, что этот газ входит в состав азотной, серной, фосфорной кислот. Он ошибочно полагал, что O2 обязательно входит в состав кислот, и поэтому назвал его «оксигениум», что значит «рождающий кислоты». Теперь хорошо известны кислоты, лишенные «оксигениума» (например: соляная, сероводородная, синильная и др.).
Способы получения кислорода
В основном кислород получают тремя способами:
- разделение воздуха путем низкотемпературной ректификации (глубокого охлаждения);
- разложение воды путем электролиза (пропускание электрического тока);
- химический способ.
Из атмосферного воздуха его получают методом глубокого охлаждения, как побочный продукт при получении азота.
Также O2 добывают путем пропускания электрического тока через воду (электролиз воды) с попутным получением водорода.
Химические способ получения малопроизводителен, а, следовательно, и неэкономичен, он не нашел широкого применения и используются в лабораторной практике.
Наверно многие помнят химический опыт, когда в колбе нагревают марганцовку (перманганат калия KMnO4), а потом выделяющийся в процессе нагрева газ собирают в другую колбу?
А весь фокус был, когда в данную колбу помещали тлеющую лучинку и она вспыхивала ярким пламенем и учитель объяснял, что выделившийся газ - O2, который поддерживает горение. И что процесс горения - это не что иное, как процесс окисления.
Применение кислорода
Помимо того, что все живые существам в природе, за исключением немногих микроорганизмов, при дыхании потребляют кислород, он широко применяется во многих отраслях промышленности: металлургической, химической, машиностроении, авиации, ракетостроении и даже в медицине.
В химической промышленности его применяет:
- при получении ацетилена из природного газа (метана);
- при производстве кислот (азотной, серной);
- для газификации твердого топлива;
- для производства аммиака, формальдегида и метанола.
В металлургии его используют:
- при получении цветных металлов из руд;
- при выплавке чугуна в доменных печах;
- при выплавке стали в мартеновских и электрических печах;
- кислородно-конверторной выплавке стали.
В медицинских целях больным, у которых нарушена нормальная деятельность органов дыхания или кровообращения, искусственно увеличивают содержание O2 в воздухе или дают дышать непродолжительное время чистым O2. Медицинский кислород, выпускаемый ГОСТ 5583, особенно тщательно очищают от всех примесей.
Применение кислорода в сварке
Сам по себе O2 является негорючим газом, но из-за свойства активно поддерживать горение и увеличения интенсивности (интенсификации) горения газов и жидкого топлива его используют в ракетных энергетических установках и во всех процессах газопламенной обработки. В таких процессах газопламенной обработки, как газовая сварка, поверхностная закалка высокая температура пламени достигается путем сжигания горючих газов в O2, а при газовой резке благодаря ему происходит окисление и сгорание разрезаемого металла.
При полуавтоматической сварке (MIG/MAG) кислород O2 используют как компонент защитных газовых смесей с аргоном (Ar) или углекислым газом (CO2).
Кислород добавляют в аргон при полуавтоматической сварке легированных сталей для обеспечения устойчивости горения дуги и струйного переноса расплавленного металла в сварочную ванну. Дело в том, что как поверхностно активный элемент он уменьшает поверхностное натяжение жидкого металла, способствуя образованию на конце электрода более мелких капель.
При сварке низколегированных и низкоуглеродистых сталей полуавтоматом O2 добавляют в углекислый газ для обеспечения глубокого проплавления и хорошего формирования сварного шва, а также для уменьшения разбрызгивания.
Чаще всего кислород используют в газообразном виде, а в виде жидкости используют только при его хранении и транспортировке от завода-изготовителя до потребителей.
Вредность и опасность кислорода
За внешней безобидностью скрывается очень опасный газ, но об этом на нашем сайте опубликована статья про маслоопасность и взрывоопасность кислорода и мы не будем здесь дублировать информацию.
Хранение и транспортировка кислорода
Кислород газообразный технический и медицинский выпускают по ГОСТ 5583.
Хранят и транспортируют его в стальных баллонах ГОСТ 949 под давлением 15 МПа. Кислородные баллоны окрашены в синий цвет с надписью черными буквами «КИСЛОРОД».
Жидкий кислород выпускается по ГОСТ 6331. O2 находится в жидком состоянии только при получении, хранении и транспортировке. Для газовой сварки или газовой резки его необходимо снова превратить в газообразное состояние.
Характеристики кислорода
Характеристики O2 представлены в таблицах ниже:
Коэффициент перевода объема и массы O2 при Т=15°С и Р=0,1 МПа
| Масса, кг | Объем | |
|---|---|---|
| Газ, м 3 | Жидкость, л | |
| 1,337 | 1 | 1,172 |
| 1,141 | 0,853 | 1 |
| 1 | 0,748 | 0,876 |
Коэффициенты перевода объема и массы O2 при Т=0°С и Р=0,1 МПа
| Масса, кг | Объем | |
|---|---|---|
| Газ, м 3 | Жидкость, л | |
| 1,429 | 1 | 1,252 |
| 1,141 | 0,799 | 1 |
| 1 | 0,700 | 0,876 |
Кислород в баллоне
| Наименование | Объем баллона, л | Масса газа в баллоне, кг | Объем газа (м 3 ) при Т=15°С, Р=0,1 МПа |
|---|---|---|---|
| O2 | 40 | 8,42 | 6,3 |
Благодаря этой таблице теперь можно легко дать ответы на вопросы, которые очень часто задают сварщики:
- Сколько кислорода в баллоне в м 3 ?
Ответ: в 40 литровом баллоне 6,3 м 3 - Сколько в баллоне кислорода?
Ответ: в 40 литровом баллоне 6,3 м 3 или 8,42 кг - Сколько весит баллон кислорода?
Ответ:
58,5 кг - масса пустого баллона из углеродистой стали согласно ГОСТ 949;
8,42 - кг масса кислорода в баллоне;
Итого: 58,5 + 8,42 = 69,92 кг вес баллона с кислородом.
Для того, чтобы приблизительно узнать сколько кислорода в баллоне, нужно вместимость баллона (м 3 ) умножить на давление (МПа). Например, если вместимость баллона 40 литров (0,04 м 3 ), а давление газа 15 МПа, то объем кислорода в баллоне равен 0,04×15=6 м 3 .
Кислородные баллоны: из чего делают и как используют
Во многих случаях наиболее удобное решение для тех, кто использует кислород в своей деятельности - кислородные баллоны.
02.09.16 18:25
текст: Анна Гладкая
14951
Кислород — газ, который широко используется во многих сферах человеческой деятельности. Среди его предназначений выделяют такие, как:
• создание оптимальных условий на подводных лодках, в авиационных и космических аппаратах;
• обеспечение дыхательной среды для больных в медицинских учреждениях;
• обеспечение безопасного восхождение на высокие вершины, где ощущается нехватка кислорода;
• экипировка для пожарных;
• проведение специфичных технологических процессов в металлургической промышленности
Во многих случаях наиболее удобное решение для тех, кто использует кислород в своей деятельности - кислородные баллоны. Это специальные сосуды для хранения и транспортировки газа. Конструкция сосуда создана специально для удобного применения газа. А окрашивается баллон краской голубого цвета. Наименование газа выделено черным. Баллон имеет такие элементы, как:1) кольцо горловины;2) вентиль, регулирующий подачу, и уплотнитель, который добавляется при монтаже;3) предохранительный кол; 4) опорный башмак.
Материалы
Стандартные баллоны делаются из стали, но, в связи с современными модификациями, сейчас баллоны выполняются из более продвинутого материала - полимерно-композитного. Баллоны из стали намного тяжелее. Чтобы примерно понимать, насколько различается вес обычного баллона из стали и полимерно-композитного, можно сравнить приблизительную массу колпака: металлический весит около 1,8 кг, а из волокнита — только 0,5 кг.
Для безопасности, удобства и экономии средств некоторые производственники переходят на полимерно-композитные конструкции. Они легче, а значит, с ними меньше ресурсов уходит на перемещение. Особенности строения предотвращают взрывоопасные ситуации, а низкая стоимость материала позволяет сэкономить. Это достижение современной химической промышленности, благодаря которому пользоваться баллонами стало намного удобнее.
Однако, чаще всего люди используют металлические кислородные баллоны. Напомним, что такие баллоны нуждаются в освидетельствовании. Делается это в соответствии с указаниями государственной инстанции, а именно Госгортехнадзора. Процедура включает внутренний осмотр, измерение массы баллона, а также гидравлические испытания. Специалистами проверяется, нет ли коррозии, трещин и вмятин, оценивается состояние, чтобы определить, возможна ли его дальнейшая эксплуатация. Если выясняется, что стенки баллона стали тоньше, а его объём — больше, то необходимо снизить давление, а то и вовсе не допустить к эксплуатации при превышении допустимых значений.
Купить кислород и кислородные баллоны можно в компании "Диоксид", а также можно заказать процедуру освидетельствования кислородного баллона.
Изготовление и маркировка кислородных баллонов
Сварочное Оборудование
Сжатые газообразные вещества применяются во многих сферах деятельности человека, поэтому производство газовых баллонов для различных целей налажено в промышленных масштабах. При этом стоит учитывать то, что для разных газов предусмотрена не только различная маркировка и цвет окраски, но и сама конструкция емкости отличается.
Чаще всего используется кислород, поэтому рассмотрим устройство и особенности баллона именно под этот газ.
Классификация кислородных баллонов
Все существующие кислородные баллоны можно классифицировать по нескольким признакам:
- Материал, из которого изготовлен баллон. Сегодня практикуется изготовление кислородных баллонов из стали, металлопластика, композитных материалов. Стоит сказать о том, что композитные баллоны появились на рынке сравнительно недавно, поэтому, несмотря на заверения производителей, они достаточно часто не способны работать длительное время под заявленным давлением.
Так в свое время такие баллоны поставлялись для изолирующих дыхательных аппаратов горноспасательной службы Украины, но в течение 5-6 лет практически весь баллонный парк такого типа был снят с оснащения. Конечно, технология их изготовления постоянно усовершенствуется, и в ближайшем будущем они смогут на равных конкурировать со стандартными стальными баллонами, которые сейчас используют чаще всего. Основное преимущество композитных баллонов, это их небольшая масса. - По емкости кислородные баллоны делят на следующие категории — малого объема (до 5 литров), среднего (до 20 л) большого (более 20 л). Транспортные кислородные баллоны обычно имеют емкость 40литров.
- По рабочему давлению. Большинство кислородных малолитражных баллонов могут эксплуатироваться при давлении до 200 атмосфер, а транспортные до 150 атм. Некоторые производители могут предлагать модели с большим рабочим давлением.
Изготовление стальных кислородных баллонов
Производство кислородных баллонов осуществляется из цельнотянутых стальных труб (легированная или углеродистая сталь). При изготовлении осуществляют обжатие верхней и нижней части заготовки, в результате чего получают выпуклое днище и горловину, в которой нарезается резьба для перекрывного вентиля.
Для баллонов большой емкости предусмотрено изготовление специальной юбки (башмака), которая напрессовывается на днище при разогреве баллона. Эта деталь обеспечивает устойчивость емкости в вертикальном положении.
В верхнюю часть баллона вкручивается перекрывной вентиль с резьбой для подсоединения кислородного шланга или трубопровода.
Стоит сказать то, что маховичок вентиля для его открытия вращается против часовой стрелки.
После того как баллон изготовлен, он в обязательном порядке проходит проверку на прочность, для чего выполняются гидравлические испытания при давлении в полтора раза превышающем рабочее.
Окраска и маркировка баллонов
Согласно «Требований по эксплуатации сосудов, работающих под давлением» маркировка кислородных баллонов должна быть выполнена следующим образом:
- Окраска голубого цвета.
- Надпись кислород черного цвета. Если баллон предназначен для наполнения медицинским газом, добавляется соответствующая надпись.
- Вся информация о баллоне выбивается в его паспорте, который размещен у горловины. Он содержит следующие данные — знак завода изготовителя, уникальный номер, дату изготовления или последней тарировки (гидравлического испытания), дату следующей тарировки в формате месяц-год, емкость, масса, рабочее и пробное давление, клеймо ОТК.
Осторожно! Выбирая баллон, в первую очередь обращайте внимание на дату последней тарировки, кислородные сосуды должны проходить ее один раз в 5 лет. Эксплуатировать баллон, не прошедший гидравлическое испытание в установленные сроки запрещено. Так же нельзя наполнять баллон газом выше рабочего давления, кроме того, не допускается контакт вентиля баллона с маслосодержащими веществами, это может привести к взрыву.
Помните, кислородный баллон — сосуд, работающий под высоким давлением, любое нарушение правил эксплуатации может привести к печальным последствиям.
Читайте также: