Dlaczego gazy skroplone i sprężone są przechowywane w butlach? Rodzaje pojemników + zasady eksploatacji

Przyznajcie Państwo, błękitne paliwo jest bardzo wygodne w użyciu i kosztuje niewiele. Jego popularność wzmacnia bezpieczeństwo ekologiczne i praktycznie powszechna dostępność. Ale czy kiedykolwiek poważnie zastanawiali się Państwo, dlaczego gazy sprężone przechowuje się w specjalnych butlach i jak to wpływa na Państwa bezpieczeństwo?

W przedstawionym przez nas artykule znajdą Państwo szczegółowe, technicznie uzasadnione odpowiedzi na te pytania. Opowiemy, jaka jest różnica między skroploną gazową substancją a sprężonym odpowiednikiem. Zapoznamy z technicznymi cechami pojemników na gaz, z zasadami ich napełniania i transportu.

Po co spręża się gazy i jak to wpływa na butle?

W stanie gazowym substancje nie mają określonego kształtu w przeciwieństwie do ciał stałych. Przechowywać i transportować je można tylko w szczelnych naczyniach.

Ale ze względu na niską gęstość nawet niewielka pod względem masy ilość gazu zajmuje dużą objętość. Na przykład, aby przewieźć zaledwie 26,9 kg propanu w jego zwykłym stanie gazowym, potrzebny byłby ogromny pojemnik o objętości około 14 000 litrów.

Propan i butan – najbardziej poszukiwane gazy w sferze komunalno-bytowej. Otrzymuje się je podczas przeróbki ropy naftowej lub wydziela z ropy podczas jej wydobycia, na przykład w technologii frackingu.

Problem rozwiązuje się przez sprężanie gazu za pomocą przyłożenia zewnętrznego ciśnienia. W rezultacie jego gęstość wzrasta, a objętość maleje. Po sprężeniu te same 26,9 kg propanu mieści się w naczyniu o objętości 50 litrów.

Podczas sprężania takie gazy jak propan, butan, amoniak, chlor, dwutlenek węgla przechodzą w stan ciekły, dlatego nazywa się je skroplonymi. Tlen, argon, metan pozostają w stanie gazowym i nazywane są gazami sprężonymi.

Tutaj należy doprecyzować, że można dowolne gazy zamienić w ciecz poprzez sprężanie, ale siła ciśnienia musi być przy tym wyższa, a temperatura – znacznie niższa od normalnej temperatury powietrza.

Dla gazów sprężonych i skroplonych zwykłe opakowania się nie nadają. Dążąc do rozprężenia, gaz szybko je zniszczy i wydostanie się „na wolność”, co grozi wybuchami, pożarami, zatruciami i stratami finansowymi. Dlatego stosuje się specjalne zbiorniki pod nadciśnieniem wewnętrznym, bardziej znane jako butle gazowe.

Cechy konstrukcyjne butli gazowych

Wymagania dotyczące konstrukcji butli gazowych, w tym wymiary i grubość ścianek, określają państwowe normy techniczne. Im wyższe ciśnienie zastosowano do sprężania gazu, tym wytrzymalszy musi być zbiornik.

Korpusy zbiorników do sprężonego metanu, stosowanego jako paliwo do silników spalinowych, nie mają szwów i składają się z metalowej i kompozytowej powłoki. Przeznaczone są na ciśnienie do 245 kg/cm².

Tlen i argon są stosowane do prac spawalniczych. Butle dla nich są produkowane zgodnie z GOST 949-73. Materiałem jest stal węglowa lub stopowa. Mając pojemność 20–50 litrów, zbiorniki ze stali stopowej o ściankach grubości 6 mm są w stanie wytrzymać ciśnienie wewnętrzne do 19,6 MPa.

Zgodnie z przyjętą normą są one na zewnątrz pomalowane emalią na niebiesko i na korpusie mają czarny napis „tlen”. Zbiorniki na argon są szare z zielonym napisem „argon czysty”.

Stalowe butle spawane do skroplonego gazu węglowodorowego są produkowane zgodnie z GOST i spełniają ustalone wymogi bezpieczeństwa.

Propan, butan i ich mieszaniny są przechowywane pod ciśnieniem 1,6 MPa w stalowych butlach spawanych w kolorze czerwonym. Ponieważ gaz ten jest szeroko stosowany w zastosowaniach komunalno-bytowych i przemysłowych, warto bardziej szczegółowo omówić cechy jego przechowywania i transportu, a także zasady bezpieczeństwa przy napełnianiu butli.

Zastosowanie skroplonego propanu-butanu

Propan-butan techniczny (PBT), jak klasyfikuje go GOST R 52087-2018, należy do kategorii skroplonych gazów węglowodorowych (LPG). Otrzymuje się go podczas przeróbki ropy naftowej. Do przejścia PBT w stan ciekły wystarczy stosunkowo niewielki wzrost ciśnienia. Obniżenie temperatury nie jest wymagane.

Przy normalnej temperaturze powietrza obniżenie ciśnienia prowadzi do odparowania PBT i przejścia go w fazę parową. Podczas napełniania butli tworzy się w nich układ dwufazowy, składający się jednocześnie ze skroplonego gazu i jego pary.

Taka właściwość jest zaletą w porównaniu z innymi rodzajami gazów paliwowych: mieszankę propan-butan przechowuje się i transportuje jako ciecz, w kompaktowych zbiornikach; natomiast używa się jej od razu jako gazu, bez dodatkowych przekształceń, co daje dodatkowe udogodnienia konsumentowi.

Skroplony gaz paliwowy w butlach dostarczany jest konsumentom specjalistycznym transportem samochodowym z obowiązkowym przestrzeganiem zasad postępowania z towarami niebezpiecznymi.

W butle o identycznej objętości skroplonego propanu-butanu mieści się prawie 2 razy więcej niż sprężonego metanu. Pod względem wydzielania ciepła skroplony PBT również przewyższa sprężony metan przy tej samej ilości objętościowej.

Dzięki zmniejszeniu metalochłonności butle do PBT mają mniejszą wagę. Wszystko to obniża koszty transportu, zmniejsza liczbę dostaw i czyni wykorzystanie mieszaniny propan-butanowej w celach komunalno-bytowych i produkcyjnych ekonomicznie uzasadnionym.

PBT jest poszukiwany w miejscowościach niemających dostępu do magistralnych gazociągów. Do przygotowywania posiłków, podgrzewania wody i czynników grzewczych w systemach ogrzewania jest używany przez prywatne gospodarstwa domowe, przedsiębiorstwa gastronomiczne i handlowe, gospodarstwa rolne, ośrodki wypoczynkowe.

Butle dla mieszanki propan-butan

PBT znajduje się w butlach pod ciśnieniem kilkadziesiąt razy mniejszym niż wymagane do przechowywania sprężonych gazów. Dzięki temu upraszcza się technologia produkcji, zmniejsza się metalochłonność butli. Niemniej jednak stawiane są im również surowe wymagania.

Dla mieszaniny propan-butanowej przeznaczone są stalowe butle spawane o pojemności 5, 12, 27, 50 litrów, obliczone na ciśnienie wewnętrzne do 1,6 MPa.

Możliwe jest również ich przechowywanie w butlach z materiału kompozytowego, obliczonych na 2,0 MPa. Konstrukcja, kształt i wymiary każdego elementu butli są określone przez państwowe normy techniczne.

Alternatywą dla tradycyjnych stalowych butli stały się nowsze butle z materiałów kompozytowych o żywotności 20 lat i okresie badań wynoszącym 5 lat.

Zgodnie z GOST 15860-84, cylindryczny element butli (skorupa), jego dno oraz pierścienie podkładowe są wykonane z wysokowytrzymałych gatunków stali. Powierzchnia powinna być wolna od pęknięć, wżerów i innych wad zmniejszających grubość ścianek.

Dno wytwarzane jest przez tłoczenie na gorąco lub na zimno. Elementy są ze sobą łączone za pomocą spawania. Urządzenia zamykające montuje się w szyjce butli. Do całkowitego uszczelnienia połączenia stosuje się glejtę ołowianą lub minię ołowianą.

Osłony ochronne mogą być stalowe i żeliwne z połączeniem gwintowym lub bezgwintowym. Głównym wymaganiem wobec nich jest zdolność zapewnienia niezawodnej ochrony urządzenia zamykającego.

W komplecie butla powinna być:

• wytrzymała;
• szczelna;
• bez odkształceń.

Zewnętrznie butla malowana jest czerwoną emalią odporną na wpływy atmosferyczne. Nazwa zawartości «Propan» jest napisana białą emalią na środku cylindrycznej części korpusu. Niezgodność napisu i malowania z ustaloną normą stanowi powód do odrzucenia butli.

Każda butla na kołnierzu lub szyi musi posiadać tabliczkę znamionową z podaniem producenta, daty produkcji i badań, danych technicznych.

Według GOST R 55559-2013 butla kompozytowa składa się z wewnętrznej powłoki uszczelniającej (liner), na którą nawinięty jest materiał kompozytowy. Dopuszcza się również inne rozwiązania techniczne. Kolor butli kompozytowej jest również czerwony.

Butla jest wyposażona w armaturę odcinająco-bezpieczeństwową, w tym urządzenia zabezpieczające przed wzrostem ciśnienia i wzrostem temperatury, co zwiększa jej bezpieczeństwo.

Podczas eksploatacji butli kompozytowych należy uwzględnić zasadę działania urządzeń zabezpieczających. W przypadku przepełnienia butli lub rozszerzania się gazu w wyniku wzrostu temperatury, jego nadmiar jest usuwany na zewnątrz. Może to prowadzić do wzrostu stężenia gazu w pomieszczeniu, w którym znajduje się butla.

Zapobiegnie przekroczeniu stężenia gazu czujnik wycieku z sygnalizacją dźwiękową, który montuje się na ścianie w kuchni lub innym pomieszczeniu zgazyfikowanym.

Przed wysyłką butli do sprzedaży producenci przeprowadzają badania odbiorcze. W dalszej kolejności zarówno butle stalowe, jak i kompozytowe co 5 lat muszą przechodzić badania techniczne.

Każda butla jest zaopatrzona w paszport, w którym podane są jej parametry techniczne oraz terminy przeprowadzania badań technicznych.

Właściwości LPG i środki bezpieczeństwa

Właściwości fizyczne i chemiczne gazów określają nie tylko wymagania dotyczące konstrukcji butli, ale także środki bezpieczeństwa podczas ich napełniania, transportu i eksploatacji.

Wzrost temperatury zewnętrznej powoduje rozszerzenie ciekłej frakcji propan-butanu, dlatego butle można napełniać maksymalnie do 85% ich objętości. Na przykład butla 50-litrowa, teoretycznie mieszcząca 26,9 kg skroplonego propan-butanu, po napełnieniu faktycznie zawiera około 21 kg. Wolna przestrzeń wypełniana jest fazą parową.

Dolne granice wybuchowości propanu i butanu wynoszą odpowiednio 2,3% i 1,9% objętości pomieszczenia, co czyni ich mieszaniny gazowo-powietrzne niezwykle wybuchowymi. Konsumenci i personel stacji napełnień gazem muszą wykluczyć powstawanie stężeń wybuchowych oraz źródeł zapłonu LPG.

Napełnianie butli LPG powyżej 85% grozi wybuchem i pożarem, szczególnie wysokie ryzyko występuje w okresie jesienno-zimowym.

Mieszaniny propan-butanu są cięższe od powietrza i nawet przy niewielkich wyciekach mogą gromadzić się w piwnicach oraz na parterach w niebezpiecznym stężeniu. Stąd zakaz instalowania urządzeń gazowych w takich pomieszczeniach.

Zetrzyj mydło gospodarcze na tarce, dodaj do wody, spień pędzelkiem i nałóż roztwór mydlany na problematyczne miejsce – pojawienie się bąbelków świadczy o wycieku gazu.

Propan-butan, podobnie jak dwutlenek węgla, działa na ludzi i zwierzęta nie trująco, lecz dusząco, gdy stężenie tlenu w powietrzu spadnie do 19%. Może to prowadzić do pogorszenia stanu zdrowia człowieka i śmierci. PBT nie ma zapachu, dlatego dodaje się do niego odoranty, które pomagają wykryć jego obecność w powietrzu.

Nieprzestrzeganie środków bezpieczeństwa prowadzi do powstawania sytuacji awaryjnych w wyniku wycieku gazu i jego zapłonu. Możliwe jest także uwolnienie i wybuch gazu z zniszczeniem butli.

Zasady napełniania domowych butli gazowych

Napełnianie odbywa się na specjalnie wyposażonych stacjach, przy obowiązkowym automatycznym ważeniu i odcinaniu gazu dozownikiem. Pozwala to kontrolować stopień napełnienia z dużą dokładnością.

Butle nie są dopuszczone do napełniania w następujących przypadkach:

• uszkodzony zawór lub wentyl;
• brak ciśnienia resztkowego;
• termin badania przedawniony;
• występują wady na powierzchni;
• oznakowanie i kolor nie są zgodne z GOST.

Na stacjach gazowych dla pojazdów, które nie posiadają odrębnej licencji i odpowiedniego wyposażenia, napełnianie butli domowych jest zakazane na poziomie ustawowym.

Wyposażenie stacji LPG jest przeznaczone wyłącznie do butli samochodowych, wyposażonych w odcinacze (multizawory), które nie dopuszczają napełnienia powyżej normy.

Do napełniania domowych butli gazowych wymagane jest specjalne wyposażenie, które różni się od wyposażenia zwykłej stacji LPG.

Należy pamiętać: jeśli w ujemnych temperaturach napełni się butlę propanem-butanem w ponad 85%, a następnie wniesie się ją do ciepłego pomieszczenia, możliwy jest wybuch.

Podczas przenoszenia butle chroni się przed upadkami i uderzeniami, nie obraca się ich denkami do dołu. Załadunek i rozładunek z samochodu wykonuje się przy wyłączonym silniku.

Bezpieczeństwo ogrzewania i CWU na gazie butlowym

W przypadku braku dostępu do scentralizowanego zasilania gazem, jako paliwo do autonomicznych systemów grzewczych i podgrzewaczy wody może być stosowany gaz płynny. Jest tańszy od energii elektrycznej. W przeciwieństwie do drewna, węgla czy oleju napędowego nie zanieczyszcza powietrza stałymi produktami spalania, a więc jest bardziej ekologiczny.

Zamiast butli w prywatnych domostwach można stosować zbiorniki gazu o pojemności do 20 000 litrów, jeśli nie wystąpią problemy z ich napełnianiem.

Przy organizacji systemu ogrzewania i ciepłej wody użytkowej na LPG należy uwzględniać wymagania normy SNiP 42-01-2002.

Oprócz butli (50 l) stosuje się następujące wyposażenie:

• kocioł gazowy;
• reduktory;
• armatura odcinająca;
• elementy gazociągu;
• grzejniki.

Kocioł może być jedno- lub dwufunkcyjny, ale koniecznie z palnikiem na gaz płynny. Jeśli gaz butlowy jest rozwiązaniem tymczasowym, a dom ma być podłączony do centralnego gazownictwa, racjonalnie jest kupić kocioł na gaz ziemny i dodatkowe wyposażenie do LPG. Kocioł dwufunkcyjny zapewni jednocześnie CWU i ogrzewanie pomieszczeń.

Możliwa jest instalacja wysokowydajnego kotła kondensacyjnego, wyposażonego w dwa wymienniki ciepła do podgrzewania czynnika grzewczego i ciepłej wody użytkowej. W takim kotle para wodna powstająca przy spalaniu gazu zamienia się w ciecz, co pozwala uzyskać dodatkową energię cieplną.

Moc kotła dobiera się na podstawie powierzchni ogrzewanego pomieszczenia i preferuje się modele o wyższej sprawności.

Do kotłów gazowych podłącza się kilka butli gazowych, co zwiększa całkowitą objętość gazu i wydłuża odstęp między napełnieniami.

Jednocześnie używa się kilku najpojemniejszych 50-litrowych butli, połączonych w jedną baterię. Butle umieszcza się w metalowych, wentylowanych szafach na zewnątrz, po północnej stronie domu, aby uniknąć nagrzewania promieniami słonecznymi. Inna opcja: oddzielny budynek niemieszkalny.

Aby podczas silnych mrozów ciśnienie w systemie nie spadało, szafy należy zaizolować niepalnymi materiałami, a w pomieszczeniu zapewnić minimalne ogrzewanie.

Ważne jest, aby odległość od kotła wynosiła co najmniej 2 metry, a dostęp do sprzętu był swobodny w celu kontroli. W pobliżu urządzeń gazowych nie powinno być szamb, piwnic, rowów. Gazyfikacja pomieszczeń podziemnych i piwnicznych jest zabroniona.

Butle podłącza się do gazociągu przez reduktor gazu, który pozwala regulować ciśnienie gazu podczas jego poboru. Może być oddzielny dla każdej butli lub wspólny dla wszystkich.

Kolor reduktora powinien odpowiadać kolorowi butli, czyli być czerwony (dla propan-butanu). Nie wolno dopuścić do jego zanieczyszczenia, w przeciwnym razie może wzrosnąć ciśnienie i uszkodzić się sprzęt. Raz w tygodniu reduktor jest kontrolowany pod kątem przecieków i sprawności zaworu bezpieczeństwa.

Przy łączeniu butli w jedną baterię racjonalne jest użycie rampy do stabilizacji ciśnienia, składającej się z modułu łączącego, reduktora, filtra, zaworu, stabilizatora.

Do wykonania gazociągu stosuje się rury stalowe o grubości ścianki co najmniej 2 mm. Odcinek rury przechodzący przez ścianę umieszcza się w osłonie ochronnej. Do podłączenia kotła grzewczego do gazociągu można użyć elastycznego przewodu. Reduktor podłącza się do gazociągu za pomocą węża durytowego (przewodu gumowo-tkaninowego).

O tym, jaką mieszankę gazową najlepiej stosować do przechowywania w zbiorniku gazu, szczegółowo napisano w następnym artykule, który polecamy zapoznać się.

LPG do podgrzewania wody

Przepływowe podgrzewacze wody i pojemnościowe gazowe podgrzewacze wody (bojlery), podobnie jak kotły grzewcze, mogą pracować na propan-butanie. Przejście z gazu sieciowego na skroplony również wykonuje się poprzez wymianę dysz palnika. W sprzedaży dostępne są modele wyposażone przez producenta w zestawy do LPG. Podłączenie do butli gazowych odbywa się przez reduktor.

Podgrzewacz instaluje się w pomieszczeniu niemieszkalnym z wentylacją i wywiewem. Minimalna odległość od podgrzewacza gazowego do otaczających przedmiotów jest określona normami i należy jej przestrzegać ze względów bezpieczeństwa. Instalacja w łazience jest zabroniona.

Wyposażenie podgrzewaczy i kotłów wodnych w automatyczne urządzenia kontroli i regulacji zwiększa ich wydajność i bezpieczeństwo. Nowoczesne modele posiadają systemy zabezpieczenia przed przegrzaniem i przed włączeniem bez wody, kontrolę obecności płomienia. Wyświetlacz LED pokazuje ważne informacje, na przykład temperaturę wody wpływającej do kranów.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Kontrola bezpieczeństwa butli gazowej, okresu eksploatacji i kwalifikacja do odrzucenia:

Przyczyny spadku ciśnienia gazu w systemie przy -42°C oraz sposoby zapobiegania oblodzeniu butli gazowych:

Po sprężeniu gaz węglowodorowy znajduje się w butli pod podwyższonym ciśnieniem i może gwałtownie rozprężać się przy wzroście temperatury.

Przestrzeganie zasad bezpieczeństwa i używanie butli gazowych spełniających ustalone normy pomaga uniknąć sytuacji awaryjnych i efektywnie wykorzystywać błękitne paliwo do gotowania, ogrzewania pomieszczeń i ciepłej wody użytkowej w domach prywatnych.

Opowiedzcie Państwo, jak używacie gazu z butli na działce lub w domu poza miastem. Prosimy o pozostawianie komentarzy, zadawanie pytań, publikowanie zdjęć w bloku formularza poniżej. Podzielcie się cennymi informacjami na temat artykułu, którymi warto podzielić się z odwiedzającymi stronę.