Какое давление в баллонах с водородом

Сфера применения и особенности водородных баллонов

Водородные баллоны – специализированные емкости для хранения и транспортировки водорода (H2). Этот газ является экологически чистым и безопасным? поскольку при его горении образуется только вода. Но при его использовании необходимо соблюдать крайнюю осторожность, водород взрывоопасен и легко воспламеняется даже от небольшой искры.

Сферы применения водородных баллонов:

1. Сварка. Отличается высокой эффективностью (температура на мундштуке горелки достигает 2600°С). Является альтернативой сварки с использованием ацетилена и кислорода. При этом отпадает необходимость в покупке дополнительных баллонов (с кислородом), что значительно упрощает процесс выполнения работ.
2. Газопламенная обработка металла. Благодаря высокой температуре, которая достигается при горении водорода, возможна обработка практически любых металлов (за исключением ниобия, титана и циркония). Если ваша компания предоставляет такие услуги, вы можете газовый баллон купить в Москве с удобной доставкой по оптимальной стоимости в «ТОРГГАЗ».

Особенности:

1. Аттестация. Освидетельствование емкостей, находящихся под высоким давлением, согласно нормам действующего законодательства должно проводиться не реже 1 раза в 5 лет.
2. Транспортировка. Осуществляется с использованием специализированных транспортных средств. Необходимо прочно фиксировать баллоны внутри кузова и избегать попадания прямых солнечных лучей на поверхность емкостей.
3. Хранение. Требуется соблюдать основные правила безопасности и предохранять баллоны от нагревания, поскольку это может стать причиной взрыва.
4. Конструктивные особенности. Водородные баллоны должны быть оснащены вентилями ВВБ-54 или ВВ-55. Такие устройства разработаны с учетом высокой взрывоопасности водорода и позволяют предотвратить попадание воздуха внутри емкости.

Компания «ТОРГГАЗ» предоставляет своим клиентам только высококачественные услуги и поставляет надежное оборудование. У нас также возможен обмен и заправка баллонов пропаном по минимальным тарифам. Сотрудничая с нами, вы сможете решить все свои проблемы с газовым оборудованием, не прилагая лишних усилий. Позвонив по контактному телефону, вы получите профессиональную консультацию опытного специалиста и помощь в выборе оптимальных емкостей для хранения и транспортировки газа.

Источник

Проблемы водородной энергетики

Часть 5

Если судить по прошлым статьям , где описывалась водородная энергетика и перспективы водородной экономики, то может возникнуть заблуждение, что никаких технологических ограничений к переходу на водород, в принципе, нет. Однако это не так.

Самая большая нерешённая проблема водородной энергетики и перспектив водородной экономики – это хранение водорода.

Хранение водорода обходится ещё дороже, чем его производство. Всё дело в плотности энергии водорода на 1 м3 , и в больших утечках. Также к хранению водорода предъявлен список строгих требований, среди которых главным является то, что системы хранения должны выдерживать либо криогенные температуры, либо высокие давления, либо содержать активные материалы, которые взаимодействуют с водой или воздухом.

То есть условия хранения водорода – всегда неблагоприятные, требующие обеспечения высокой надёжности и безопасности.

Какие существуют методы хранения водорода?

1. Хранение газообразного водорода под давлением.

Самый простой метод хранения водорода – это его газообразная форма под давлением.

1 килограмм водорода при комнатных условиях занимает 11,2 м3 объёма, что очень много. Сжимая газообразный водород, мы увеличиваем его плотность. Согласно уравнению состояния идеального газа, чем выше давление газа, тем меньший объём он занимает.

Сам принцип, инфраструктура и технические решения такого метода уже давно отработаны на хранении природного газа.

Для хранения используются цилиндрические баллоны и трубы большого диаметра (контейнеры).

В обычных стальных баллонах хранится водород под давлением до 200 атмосфер .

При таком давлении в 1 м3 хранится около 17,8 килограмм водорода. То есть для хранения 1 кг , водорода при давлении в 20 МПа , нужно 56,3 литра объема. И это честно говоря, вообще трэш с энергетической точки зрения.

Самостоятельно можно подсчитать энергетическую плотность, и узнать, почему это трэш.

Существуют титановые баллоны, способные хранить водород под давлением 400 атмосфер .

Наиболее передовые, композитные баллоны, используемые на автотранспорте, способны безопасно выдерживать давление до 700 атмосфер .

Однако даже при таком высоком давлении энергетическая плотность водорода составляет всего 4,4 МДж на 1 литр , что более чем в 7 раз меньше аналогичного показателя бензина – 31,6 МДж на 1 литр .

Хранение водорода под рабочим давлением 160 атмосфер в стационарных условиях происходит в трубах-контейнерах, часто объединённых по 18 штук . Это позволяет запасти до 700 кг водорода.

2. Хранение водорода в жидком виде.

Плотность жидкого водорода составляет 70,8 кг/м3 , что в 1,83 раза больше чем в газообразной форме при давлении в 700 Атмосфер . Соответственно, энергетическая плотность будет более 8 МДж на 1 литр .

Однако сам процесс сжижения водорода энергоёмкий: от 25 до 45 % энергии сжиженного водорода расходуется на сам процесс сжижения, что соответствует 10-14 кВт*ч затрат электроэнергии на 1 кг водорода.

Хранится жидкий водород в криогенных контейнерах, конструкция которых сильно отличается от конструкции композитного баллона для хранения газообразного водорода.

Для производства используются высококачественные стали, предназначенные для требуемых температурных диапазонов. Резервуары оснащены фильтрами тонкой очистки жидкого водорода и пробоотборником специальной конструкции, и имеют высокоэффективную теплоизоляционную систему.

Однако, какой бы хорошей ни была изоляция, потери на испарение водорода существуют, и довольно-таки существенные. Они особенно заметны для небольших резервуаров с высоким соотношением поверхности к объему.

Наибольших успехов в плане уменьшения утечек добились специалисты BMW. Они разработали и испытали несколько автомобилей с водородным топливом, хранящимся в жидком виде в специальных баллонах. Им удалось уменьшить потери на испарение до 1,5 % массы в день.

При хранении жидкого водорода в стационарных контейнерах нужно учитывать одну особенность: хранение водорода в герметичных ёмкостях в жидком виде нерационально для небольших количеств водорода (менее 1 кг ), так как утечка жидкого водорода для небольших количеств очень велика, а оборудование слишком дорогое.

Последние разработки в области контейнерного хранения водорода предлагают хранить водород независимо от условий заполнения. Баллоны могут быть заполнены жидким водородом при высоком или низком давлении, сжатым газообразным водородом при низкой или комнатной температуре, возможны и комбинации этих операций (если исходная температура баллона находится в диапазоне от 180 до 300 К ). В этом случае водород хранится не в жидком состоянии, а как сжатый криогаз или смесь жидкого и газообразного водорода (в зависимости от условий). Кроме того, в таких системах могут использоваться сорбенты с большой удельной поверхностью. При заполнении жидким водородом обеспечивается высокая плотность и малые потери на испарение.

Обобщая вышенаписанное, подводим итоги:

1. Энергоёмкость водорода, хранимого в газообразной форме под давлением до 400 атмосфер , очень маленькая. Баллоны, способные хранить водород под давлением 700 атмосфер , существенно дороже, и тоже обладают недостаточно высокой энергоёмкостью.

2. Стоимость хранения водорода в жидком виде относительно высокая, так как требует соответствующего оборудования с высокой стоимостью.

3. Уровень утечки жидкого водорода для небольших хранилищ, особенно в случае длительного времени хранения, очень высок.

Всё это заставляет искать новые и более эффективные способы хранения водорода. И они есть. Один из таких способов — это хранение водорода в твёрдых носителях (гидридах металлов), где возможно добиться плотности в 2,7 раза больше, чем в жидком водороде . И об этом в следующей статье.

Часть 6. Современные проблемы хранения водорода

P. S. Ссылки на источники теперь находятся в группе Вконтакте !

Источник

Баллоны для сжатых газов

Для хранения и транспортировки сжатых, сжиженных и растворенных газов, находящихся под давлением, применяют стальные баллоны. Баллоны имеют различную вместимость — от 0,4 до 55 дм 3 .

Баллоны представляют собой стальные цилиндрические сосуды, в горловине которых имеется конусное отверстие с резьбой, куда ввертывается запорный вентиль. Для каждого газа разработаны свои конструкции вентилей, что исключает установку кислородных вентилей на ацетиленовый баллон и наоборот. На горловину плотно насаживают кольцо с наружной резьбой для навертывания предохранительного колпака, который служит для предохранения вентиля баллонов от возможных ударов при транспортировке.

Баллоны для сжатых, сжиженных и растворенных газов изготовляют из бесшовных труб углеродистой и легированной стали. Для сжиженных газов при рабочем давлении не свыше 3 МПа допускается применение сварных баллонов.

В зависимости от рода газа, находящегося в баллоне, баллоны окрашивают снаружи в условные цвета, а также соответствующей каждому газу краской наносят наименование газа. Например, кислородные баллоны окрашивают в голубой цвет, а надпись делают черной краской, ацетиленовый — в белый и красной краской, водородные — в темно-зеленый и красной краской, пропан — в красный и белой краской. Часть верхней сферической части баллона не окрашивают и выбивают на ней паспортные данные баллона: тип и заводской номер баллона, товарный знак завода-изготовителя, масса порожнего баллона, вместимость, рабочее и испытательное давление, дата изготовления, клеймо ОТК и клеймо инспекции Госгортехнадзора, дата следующего испытания. Баллоны периодически, через каждые пять лет, подвергают осмотру и испытанию.

Основные типы баллонов, применяемых для хранения и транспортировки кислорода, азота, водорода и других газов, приведены в таблице.

Кислородные баллоны

Для газовой сварки и резки кислород доставляют в стальных кислородных баллонах типа 150 и 150 Л. Кислородный баллон представляет собой стальной цельнотянутый цилиндрический сосуд 3, имеющий выпуклое днище 1, на которое напрессовывается башмак 2; вверху баллон заканчивается горловиной 4. В горловине имеется конусное отверстие, куда ввертывается запорный вентиль 5. На горловину для защиты вентиля навертывается предохранительный колпак 6.

Наибольшее распространение при газовой сварке и резке получили баллоны вместимостью 40 дм 3 . Эти баллоны имеют размеры: наружный диаметр — 219 мм, толщина стенки — 7 мм, высота — 1390 мм. Масса баллона без газа 67 кг. Они рассчитаны на рабочее давление 15 МПа, а испытательное — 22,5 МПа.

Чтобы определить количество кислорода, находящегося в баллоне, нужно вместимость баллона (дм 3 ) умножить на давление (МПа). Например, если вместимость баллона 40 дм 3 (0,04 м 3 ), давлением 15 МПа, то количество кислорода в баллоне равно 0,04х15=6 м 3 .

Рисунок 1 — Кислородный баллон

На сварочном посту кислородный баллон устанавливают в вертикальном положении и закрепляют цепью или хомутом. Для подготовки кислородного баллона к работе отвертывают колпак и заглушку штуцера, осматривают вентиль, чтобы установить, нет ли на нем жира или масла, осторожно открывают вентиль баллона и продувают его штуцер, после чего перекрывают вентиль, осматривают накидную гайку редуктора, присоединяют редуктор к вентилю баллона, устанавливают рабочее давление кислорода регулировочным винтом редуктора. При окончании отбора газа из баллона необходимо следить, чтобы остаточное давление в нем было не меньше 0,05-0,1 МПа.

При обращении с кислородными баллонами необходимо строго соблюдать правила эксплуатации и техники безопасности, что обусловлено высокой химической активностью кислорода и высоким давлением. При транспортировке баллонов к месту сварки необходимо твердо помнить, что запрещается перевозить кислородные баллоны вместе о баллонами горючих газов. При замерзании вентиля кислородного баллона отогревать его надо ветошью, смоченной в горячей воде.

Причинами взрыва кислородных баллонов могут быть попадания на вентиль жира или масла, падения или удары баллонов, появление искры при слишком большом отборе газа (электризуется горловина баллона) нагрев баллона каким-либо источником тепла, в результате чего давление газа в баллоне станет выше допустимого.

Таблица 1 — Типы баллонов для сжиженных газов

Ацетиленовые баллоны

Питание постов газовой сварки и резки ацетиленом от ацетиленовых генераторов связано с рядом неудобств, поэтому в настоящее время большое распространение получило питание постов непосредственно от ацетиленовых баллонов. Они имеют те же размеры, что и кислородный. Ацетиленовый баллон заполняют пористой массой из активированного древесного угля (290- 320 г на 1 дм 3 вместимости баллона) или смесь угля, пемзы и инфузорной земли. Массу в баллоне пропитывают ацетоном (225-300 г на 1 дм 3 вместимости баллона), в котором хорошо растворяется ацетилен. Ацетилен, растворяясь в ацетоне и находясь в порах пористой массы, становится взрывобезопасным и его можно хранить в баллоне под давлением 2,5-3 МПа. Пористая масса должна иметь максимальную пористость, вести себя инертно по отношению к металлу баллона, ацетилену и ацетону, не давать осадка в процессе эксплуатации. В настоящее время в качестве пористой массы применяют активированный древесный дробленый уголь (ГОСТ 6217-74) с размером зерен от 1 до 3,5 мм.
Ацетон (химическая формула СН3СОСН3) является одним из лучших растворителей ацетилена, он пропитывает пористую массу и при наполнении баллонов ацетиленом растворяет его. Ацетилен, доставляемый потребителям в баллонах, называется растворенным ацетиленом.

Рисунок 2 — Ацетиленовый баллон

Максимальное давление ацетилена в баллоне составляет 3 МПа. Давление ацетилена в полностью наполненном баллоне изменяется при изменении температуры:

Давление наполненных баллонов не должно превышать при 20°С 1,9 МПа.

При открывании вентиля баллона ацетилен выделяется из ацетона и в виде газа поступает через редуктор и шланг в горелку или резак. Ацетон остается в порах пористой массы и растворяет новые порции ацетилена при последующих наполнениях баллона газом. Для уменьшения потерь ацетона во время работы необходимо ацетиленовые баллоны держать в вертикальном положении. При нормальном атмосферном давлении и 20°С в 1 кг (л) ацетона растворяется 28 кг (л) ацетилена. Растворимость ацетилена в ацетоне увеличивается примерно прямо пропорционально с увеличением давления и уменьшается с понижением температуры.

Для полного использования емкости баллона порожние ацетиленовые баллоны рекомендуется хранить в горизонтальном положении, так как это способствует равномерному распределению ацетона по всему объему, и с плотно закрытыми вентилями. При отборе ацетилена из баллона он уносит часть ацетона в виде паров. Это уменьшает количество ацетилена в баллоне при следующих наполнениях. Для уменьшения потерь ацетона из баллона ацетилен необходимо отбирать со скоростью не более 1700 дм 3 /ч.

Для определения количества ацетилена баллон взвешивают до и после наполнения газом и по разнице определяют количество находящегося в баллоне ацетилена в кг.

Пример. Масса баллона с ацетиленом 89 кг, порожнего — 83 кг, следовательно, количество ацетилена в баллоне равно: по массе — 89-83=6 кг, по объему — 6/1,09=5,5 м 3 (1,09 кг/м 3 — плотность ацетилена при атмосферном давлении и температуре 20°С).

Масса пустого ацетиленового баллона складывается из массы самого баллона, пористой массы и ацетона. При отборе ацетилена из баллона вместе с газом расходуется 30- 40 г ацетона на 1 м 3 ацетилена. При отборе ацетилена из баллона необходимо следить за тем, чтобы в баллоне остаточное давление было не менее 0,05-0,1 МПа.

Использование ацетиленовых баллонов вместо ацетиленовых генераторов дает ряд преимуществ: компактность и простота обслуживания сварочной установки, безопасность и улучшение условий работы, повышение производительности труда газосварщиков. Кроме того, растворенный ацетилен содержит меньшее количество посторонних примесей, чем ацетилен, получаемый из ацетиленовых генераторов.

Причинами взрыва ацетиленовых баллонов могут быть резкие толчки и удары, сильный нагрев (свыше 40°С).

Баллоны для пронан-бутана

Баллоны для пропан-бутана изготовляют согласно ГОСТ 15860-84 сварными из листовой углеродистой стали. Основное применение нашли баллоны вместимостью 40 и 50 дм 3 . Балонны для пропан-бутана окрашиваются в красный цвет с белой надписью «пропан».

Баллон для пропан-бутана представляет собой цилиндрический сосуд 1, к верхней части которого приваривается горловина 5, а к нижней — днище 2 и башмак 3. В горловину ввертывается латунный вентиль 6. На корпус баллона напрессовываются подкладные кольца 4. Для защиты вентиля баллона служит колпак 7.

Баллоны рассчитаны на максимальное давление 1,6 МПа. Из-за большого коэффициента объемного расширения баллоны для сжиженных газов заполняют на 85-90% от общего объема. Норма заполнения баллонов для пропана — 0,425 кг сжиженного газа на 1 дм 3 вместимости баллона. В баллон вместимостью 55 дм 3 наливается 24 кг жидкого пропан-бутана. Максимальный отбор газа не должен превышать 1,25 м 3 /ч.

Рисунок 3 — Баллон для пропап-бутана

Хранение и транспортировка баллонов

Транспортировка баллонов разрешается только на рессорных транспортных средствах, а также на специальных ручных тележках или носилках. При бесконтейнерной транспортировке баллонов должны соблюдаться следующие требования:

• на всех баллонах должны быть до отказа навернуты предохранительные колпаки;
• кислородные баллоны должны укладываться в деревянные гнезда (разрешается применять металлические подкладки с гнездами, оклеенными резиной или другими мягкими материалами);
• кислородные баллоны должны укладываться только поперек кузова машины так, чтобы предохранительные колпаки были в одной стороне; укладывать баллоны допускается в пределах высоты бортов;
• баллоны должны грузить рабочие, прошедшие специальный инструктаж.

Перевозка в вертикальном положении кислородных и ацетиленовых баллонов допускается только в специальных контейнерах. Совместная транспортировка кислородных и ацетиленовых баллонов на всех видах транспорта запрещается, за исключением транспортировки двух баллонов на специальной тележке к рабочему месту. В летнее время баллоны должны быть защищены от солнечных лучей брезентом или другими покрытиями. Баллоны в пределах рабочего места разрешается перемещать кантовкой в наклонном положении. На рабочих местах баллоны должны быть прочно закреплены в вертикальном положении.

Источник