气瓶充装讲义.docx
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气瓶充装讲义
气瓶充装讲义
第一章基础知识
第一节基本概念
一、分子原子与元素
1、分子:
是物质保持其化学性质的最小微粒。
2、原子:
是组成分子的更小微粒,它不保持原物质的性质。
3、元素:
性质相同的一类原子称元素。
二、压力
(一)气体压强
1、气体的压强:
大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。
2、气体的压强跟温度有关,温度升高压强增大
3、气体的压强跟压缩程度有关,一定量的气体,体积减少,压强增大。
(二)压力的法定计量单位
1、兆帕(MPa);千帕(kPa);帕(Pa)
2、千克力/厘米2(kgf/cm2)
3、巴和毫巴符号为bar和mbar
(三)常见压力单位换算
1兆帕(MPa)=10千克力/厘米2(kgf/cm2)=10bar
三、温度
1、温度是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。
2、目前国际上用得较多的温标有华氏温标(°F)、摄氏温标(°C)、热力学温标(K)
3、我国使用摄氏度,其结冰点是0°C,沸点为100°C。
4、华氏度结冰点是32°F,沸点为212°F。
5、绝对零度:
当达到这一温度时所有的原子和分子热运动都将停止。
是温度的最低极限,相当于-273.15℃,
四、质量与体积
1、质量(m):
物体含有物质的多少叫质量。
质量不随物体形状、状态、空间位置和温度的改变而改变,质量的单位是吨、千克kg
2、体积(V):
是指物质或物体所占空间的大小;占据一特定容积的物质的量,体积的单位是m3,dm3(立方米,升)
3、密度:
单位体积的质量叫做这种物质的密度,单位是ρ
ρ=m/V
第二节物质的状态与参数
一、物质状态的变化状态:
1、物质状态气态、液态和固态;
2、物质从一种状态变为另一种状态,叫做物态变化
3、熔化、凝固、气化、液化、升华、凝华。
(1)气化:
将液态物质转化为有气体物质生成的过程
(2)液化:
物质由气态转变为液态的过程或物质由固态转变为液态的过程
(3)凝固:
物质由液态转变为固体的过程
(4)升华:
固态物质不经过液态阶段直接变为气体
(5)熔化:
是物质从固态变成液态的过程。
(6)凝华:
物质从气态不经过液态而直接变成固态的现象
二、相平衡:
当一个多相系统中各相的性质和数量均不随时间变化时,称此系统处于相平衡。
1、从宏观上看,没有物质由一相向另一相的净迁移,
2、从微观上看,不同相间分子转移并未停止,只是两个方向的迁移速率相同而已。
三、临界状态
1、物质的气态和液态平衡共存时的一个边缘状态。
2、在此状态时,气液之间的分界面消失,处于临界状态的温度、压力和密度,分别称为临界温度、临界压力和临界密度。
可用临界点表示。
3、临界温度:
物质处于临界状态时的温度,物质以液态形式出现的最高温度。
温度不超过某一数值,对气体进行加压,可以使气体液化,而在该温度以上,无论加多大压力都不能使气体液化,这个温度叫该气体的临界温度。
4、临界压力:
在临界温度下,使气体液化所必须的最小压力叫临界压力。
5、通常把在临界温度以上的气态物质叫做气体,把在临界温度以下的气态物质叫做汽。
四、气体的基本定律
1、玻—马定律:
一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强P与体积V成反比.
玻意耳定律的公式PV=常量或者P1V1=P2V2
2、查理定律:
一定质量的气体在体积不变的情况下,其压强与热力学温度成正比。
3、吕萨克定律:
压强不变时,一定质量气体的体积跟热力学温度成正比
4.理想气体:
(1)严格遵玻—马定律、查理定律和盖,吕萨克定律的气体,称为理想气体。
(2),分子本身的体积和分子间的作用力都可以忽略不计的气体,称为是理想气体,一般气体均可视为理想气体。
5、等温变化:
一定量的气体,在温度不变时其压强随体积的变化叫做等温变化.
第三节气体分类·.
1、永久气体的特点:
(1)、常温常压下为气体,高压下依然是气体。
(2)、常用气体充装压力为15Mpa(氧气)、20Mpa(天然气).
(3)、临界温度小于-10℃的压缩气体.
2、液化气体的特点:
(1)、常温常压下为气体,常温高压下转变为液体。
(2)、常温常压下为气体,低温高压下转变为液体。
(3)、常用液化气体有液化石油气(2.1Mpa),液化天然气(低温)
(4)、最高使用温度下的饱和蒸气压力≧0.1MPa,且临界温度大于或等于-10℃的气体
3、溶解气体的特点:
(1)、常温常压下为气体,在压力下溶解于气瓶内溶剂中的气体。
(2)、只有乙炔气体一种。
第四节气体的危险特性
一、瓶装气体的特殊性
1、有一定的压力
2、内装有毒、有害、易燃、易爆气体。
二、燃烧性和爆炸性
(一)燃烧和爆炸的基本概念
1、燃烧和爆炸的共同点
(1)都是激烈氧化反应
(2)都是放热反应
2、燃烧和爆炸的不同点
(1)燃烧与爆炸的区别在于氧化速度的不同。
(2)决定氧化速度的因素是在点火前可燃物质与助燃剂的混合均匀程度。
(3)同一种物质,在一种条件下可以燃烧,在另一种条件下可以爆炸。
(4)燃烧和爆炸都是发光发热的剧烈的化学反应,但爆炸在瞬间完成并且伴有巨大的响声。
(5)燃烧可分为完全燃烧和不完全燃烧,爆炸是瞬间完成的的化学反应。
3.爆炸是在有限的空间里发生的。
一般有大量的气态生成物产生,反应瞬间完成,温度骤升,气体体积急剧膨胀,爆炸瞬间放出大量的能量,会产生爆破及推动作用。
4、爆炸极限:
可燃物质(可燃气体、蒸气和粉尘)与空气(或氧气)必须在一定的浓度范围内均匀混合,形成预爆炸性合物,遇着火源才会发生爆炸,这个浓度范围称为爆炸极限,或爆炸浓度极限。
可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度,分别称为爆炸下限和爆炸上限,在低于爆炸下限时不爆炸也不着火;在高于爆炸上限不会发生爆炸,
5、天然气和空气混合的爆炸下限和爆炸上限分别是5.3%、15%。
(二)可燃性气体
1、可燃性气体种类
自燃气体:
在温度低于100℃下与空气接触能自发燃烧的气体。
可燃气体:
爆炸下限大于10%且爆炸上下限小于20%的气体
易燃气体:
爆炸下限小于10%且爆炸上下限大于20%的气体
2、可燃性液化气体的燃烧爆炸危险性比易燃液体大的多。
3、燃烧三要素:
物质燃烧需要同时具备可燃物、助燃物和着火源这三要素。
(1).可燃物:
能与空气中的氧或其他氧化剂起燃烧反应的物质
(2).助燃物:
是能与可燃物发生氧化反应的物质。
(3).着火源:
是指供给可燃物与助燃剂发生燃烧反应能量的来源。
4、要发生燃烧、爆炸三要素缺一不可。
因此,如采取措施使三要素不同时存在,比如控制可燃物、隔绝空气、消除着火源,即可阻止燃烧发生。
5、爆炸危险度:
(爆炸上限-爆炸下限)/爆炸下限
三、毒性与腐蚀气体
1、毒性气体:
作用于人体,对人体有毒害的气体。
2、毒性气体分级
气体毒性级别最高允许浓度
极度危害(Ⅰ)<0.1mg/m3
高度危害(Ⅱ)0.1---1.0mg/m3
中度危害(Ⅲ)1.0---10mg/m3
轻度危害(Ⅳ)≥10mg/m3
2、腐蚀气体:
是指能和和金属发生缓慢化学相作用,使金属性能发生变化,导致金属受到损伤的气体。
第四节常用气体的主要物理化学性质、用途、制取方法及危害与防护
一、永久气体
(一)氧气
1、物理性质(O2)
1).色、味、态:
通常情况下没有颜色、没有气味的气体
2).密度:
比空气密度略大1.423kg/m3
3).溶解性:
不易溶于水
4).三态转化:
临界温度:
-118℃、沸点-183℃、熔点-218℃。
2、化学性质
1)、在氧气中燃烧比在空气中剧烈并放出热量
2)、和可燃气体混合后爆炸极限扩大。
(二)天然气(CH4)
1.别名:
沼气.
2.用途:
(1)燃气、用于城市燃气事业,特别是居民生活用燃料。
随着人民生活水平的提高及环保意识的增强,大部分城市对天然气的需求明显增加。
(2)、压缩天然气汽车,以天然气代替汽车用油,具有价格低、污染少、安全等优点。
(3)生产原料。
3.物理性质
分子量:
16.043
熔点:
:
-182.6℃(101.325kPa)
沸点:
:
-161.5℃(101.325kPa)
液体密度:
422.62kg/m3(-161.52℃,101.325kPa)
气体密度:
0.7163kg/m3(100kPa,270K)
相对密度:
0.555(空气=l,0℃,101.325kPa)
比容:
1.4795m3/kg(21.1℃,101.325kPa)
气液容积比:
630L/L(15℃,100kPa)
临界温度:
-82.1℃
临界压力:
4640kPa
临界密度:
162.5kg/m3
压缩系数:
是实际气体性质与理想气体性质偏差的修正值。
温度℃
压力kPa
101.325
1010
6080
10133
25
50
0.9982
0.9988
0.9814
0.9869
0.8950
0.9290
0.8493
0.8956
熔化热(-182.5℃):
58.42kJ/kg
气化热(111.66K):
509.88kJ/kg
蒸气压(-180℃):
16.2KPsa
(-140℃):
437kPa
(-100℃):
2620kPa
4、化学性质
空气中可燃范围(20℃,101.325kPa):
5%~15%
空气中最低燃点(101.325kPa):
580℃
空气中当量燃烧时火焰温度:
1957℃
空气中当量燃烧时最大火焰速度:
0.4m/s
氧气中可燃范围:
5%~60%(20℃,101.325kPa)
氧气中最低燃点:
555℃(101.325kPa)
氧气中当量燃烧时火焰温度:
2810℃
氧气中当量燃烧时最大火焰速度:
3.90m/s
氧气中当量燃烧时燃烧热:
高-39873.52kJ/m3
低-35856.88kJ/m3
闪点:
-188℃
在空气中最易引燃浓度:
7.8%
产生最大爆炸压力的浓度:
9.8%
5.毒性:
甲烷本身对人体没有特殊毒作用,只是在浓度高时有麻醉效应。
当空气中含量大时,也能造成缺氧、窒息,引起中毒症状。
当甲烷浓度大于10%时产生眼睛和前额的受压感,浓度更高时,开始出现呼吸急促、疲劳、恶心、呕吐等窒息症状,并能导致失去知觉。
吸入甲烷气体的患者应迅速转移至无污染区,安置休息并保持温暖舒适。
当呼吸微弱或停止时要立即进行输氧或人工呼吸。
速叫医生来诊治。
6.安全防护
设备要严格密封,可用肥皂水探漏。
对甲烷来说,其爆炸性比毒性更危险。
甲烷是非腐蚀性气体,可以用所有通用金属材料。
对液态甲烷可以用含5%~95镍的铁类合金,含37%或9%镍和19%铬的奥氏体钢、含11%铬和3.95镁的铝基合金。
可以用醋酸纤维、尼龙、酚甲醛、酚呋喃、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚氯乙烯醋酸纤维、聚乙烯偏二氯乙烯、聚氯三氟乙烯、聚四氟乙烯、环氧树脂、二乙醇聚合体、丁腈橡胶、氯丁橡胶、海帕伦等。
着火时可用雾状水、泡沫和二氧化碳,最好是用干粉灭火剂。
泄漏气体时,要用强制通风的方法使其浓度在爆炸范围以下。
漏气的钢瓶如果无法堵漏,则要转移到空旷地方放气,或者装适当的灯头燃烧。
3、车用天然气质量要求;
4、天然气加臭:
如果发生泄漏能及时发现,防止着火、爆炸、人员中毒等事故发生。
二、溶解气体(乙炔气)
(一)、物理性质
1、乙炔是一种无色、无臭的可燃气体它是由电石(CaC2)与水作用而制得。
2、分子式“C2H2,相对分子质量:
26.04。
3、乙炔在标准状态下的密度为1.17167kg/m3。
4、临界温度:
35.2℃、熔点:
-81.8℃。
沸点:
-83.8℃。
5、溶于丙酮、氯仿、苯
(二)、化学性质
1、乙炔与空气温合能形成爆炸性混合物,爆炸下限:
2.1%(体积分数),爆炸上限:
80.0%(体积分数)。
2、乙炔与氧气温合能形成爆炸性混合物,爆炸下限:
2.8%(体积分数),爆炸上限:
93%(体积分数)。
三、液化石油气LPG
1.别名·液化气;Liquefiedpetroleumgas.
2.用途:
家庭用燃料、食品烟叶蔬菜等的干燥、机关学校影院等的取暖、城市煤气的原料、工业用燃料(辉光热处理、汽车飞机零件的表面硬化、钢材的切割、玻璃工业、炼铁……)、氨甲醇等的制造用化学原料、汽车燃料。
3.物理性质
气体比重(0℃,101.325kPa,空气=1)1.562
气体和液体的容积比272.7
液体密度kg/m3(0℃)528
熔点℃(101.325kPa)-187.8
沸点℃(101.325kPa)-42.1
它比空气重,易在地面扩散,积聚在低洼处。
4、化学性质:
它是一种易燃易爆物质,自燃点为446~480℃,在空气中的爆炸界限为1.8~9.5%(体积)。
5.毒性
最高容许浓度:
1000ppm(1800mg/m3)
石油液化气在高浓度时,因缺氧而引起窒息。
液体触及皮肤时可能造成冻伤。
吸入高浓度液化石油气的患者要尽可能快地转移到空气新鲜之处。
6.安全防护
近年来,液化气的产量日益增加,使用范围越来越广,但是,由于对石油液化气的特性及使用中的安全注意事项了解不多,以及管理和使用不当,常常引起火灾或爆炸事故。
石油液化气储罐应布置在通风良好、远离明火或散发火花的露天地带,要与重要建筑物、重要设备、交通要道和人员集中的场所保持一定的距离。
第五节气瓶的分类
气瓶按其结构、用途、制造方法、承受压力、使用要求及形状等七个方面进行分类。
一、从结构上分类
(一)无缝气瓶:
1、定义:
瓶体上没有焊缝的气瓶,不是用焊接方法制造的,可以承受较高的充装压力。
2、瓶装气体《氧、氮、氢(O2、N2、H2)》公称工作压力15MPa
3:
结构
图2凹形底和带底座凸形底钢瓶的典型结构
(二)焊接气瓶
1、定义:
用焊接方法制造的气瓶,可以承受的压力较低。
2、结构
(三)汽车用压缩天然气钢瓶
1、定义:
瓶体没有焊缝的气瓶,不是用焊接方法制造的,可以承受较高的充装压力。
2、瓶装气体《天然气(CH4)》公称工作压力20MPa
3:
结构1
结构2、
1、
2、
(三)乙炔气瓶
1、结构见焊接气瓶
2、乙炔气瓶的公称直径和公称容积见表
3、钢印标记
4、颜色标记
乙炔气瓶表明为白色,“乙炔”“不可近火”等字样为红色。
5、使用条件
(1)15℃时最大限定压力为1.56Mpa.
(2)最高许用温度40℃
(3)一般充装压力为1.5Mpa.
第六节气瓶的主要技术参数
一、公称工作压力
(一)、我国气瓶的公称工作压力
1、对于盛装压缩气体的气瓶,是指气体在基准温度下(一般为20℃)的充装压力;
2、对于盛装液化气体的气瓶,是指按规定的充装系数充装温度为60℃时瓶内介质的压力;
3、对于溶解乙炔气瓶,是指基准温度15℃时最大限定压力为1.56MPa,最高许用温度40℃。
4、天然气钢瓶的公称工作压力一般为20MPa
二、公称容积与直径
三、出厂钢印标记
第七节气瓶附件
一、瓶帽:
瓶帽是瓶阀的防护装置,它可避免气瓶在搬运过程中因碰撞而损坏瓶阀,保护出气口螺纹不被损坏,防止灰尘、水分或油脂等杂物落人阀内。
二、瓶阀、瓶阀是控制气体出入的装置,一般是用黄铜或钢制造。
充装可燃气体的钢瓶的瓶阀,其出气口螺纹为左旋;盛装助燃气体的气瓶,其出气口螺纹为右旋。
瓶阀的这种结构可有效地防止可燃气体与非可燃气体的错装。
三、安全泄压装置
车用压缩天然气瓶阀
1—手轮;2—出气口;3—安全装置;4—进气口;5—阀体
气瓶的安全泄压装置,是为了防止气瓶在遇到火灾等高温时,瓶内气体受热膨胀而发生破裂爆炸。
气瓶常见的泄压附件有爆破片和易熔塞。
(1)爆破片装在瓶阀上,其爆破压力略高于瓶内气体的最高温升压力。
爆破片多用于高压气瓶上,有的气瓶不装爆破片。
《气瓶安全监察规程》对是否必须装设爆破片,未做明确规定。
气瓶装设爆破片有利有弊,一些国家的气瓶不采用爆破片这种安全泄压装置。
(2)易熔塞一般装在低压气瓶的瓶肩上,当周围环境温度超过气瓶的最高使用温度时,易熔塞的易熔合金熔化,瓶内气体排出,避免气瓶爆炸。
四、防震圈
1、作用:
防止气瓶在冲装、运输、使用过程中对瓶体的震动,减少事故的发生。
2、防震圈一般两只,分别安装在瓶体上下部。
第七节气瓶的压力系列与容积系列…………………………………………9
一、气瓶压力系列
压力类别
高压(MPa)
低压(MPa)
公称工作压力
30、20、15、12.5、8
5、3、2、1
水压试验压力
45、30、22.5、18.8、12
7.54.531.5
二、气瓶容积系列
第二章专业与安全知识………………………………………………………10
第一节车辆燃料气的技术指标……………………………………………1n
二汽车用液化石油气质量
1.烯烃含量应小于或等于5.0(体积%);
2.丁二烯含量应小于或等于0.5(体积%);
3.丙烷和丁烷的含量,应按地区的使用条件和季节气温的变化进行调整。
第二节汽车用燃气加气站的总体要求……………………………………11
一。
液化石油气加气站的等级划分
级别
液化石油气贮罐(m3)
总容积
单罐容积
一级
40 ≤30 二级 20 ≤30 三级 V≤20 ≤20 二压缩天然气 级别 贮气装置总容积(m3) 一级 12 3000 二级 6 1500 三级 V≤6 ≤1500 三加油。 加气合建站 液化石油气贮罐与站外建、构筑物等的防火间距(m) 加气站级别 项目 地上贮罐 地下贮罐 一级站 二级站 三级站 一级站 二级站 三级站 与明火、散发火花地点 45 35 30 25 20 16 民用建筑物保护类别 一类保护物 二类保护物 35 25 18 18 15 12 三类保护物 25 20 15 15 12 10 生产厂房及库房类别 甲、乙类 45 45 35 22 22 18 丙、丁(厂房)类 35 25 18 18 15 12 丁(库房)、戊类 18 15 12 12 10 10 站外甲、乙类液体贮罐、易燃材料堆场 45 45 35 22 22 18 室外变配电站 45 45 35 22 22 18 铁路 45 45 45 22 22 22 地铁隧道 出入口120°内角面 100 90 80 80 70 60 出入口120°外角面及通风口 80 60 50 60 50 40 排气口、内墙壁 45 35 25 40 30 20 电力沟、暖气管沟、下水道 10 8 8 6 5 5 公路 高速、Ⅰ级、Ⅱ级 15 12 10 10 8 8 Ⅲ、Ⅳ级 12 10 8 8 6 6 架空电力线 1.50倍杆高 1.50倍杆高(>380V) 1.00倍杆高(≤380V) 1.50倍杆高 1.00倍杆高(>380V)0.75倍杆高(≤380V) 架空通信线 国家Ⅰ、Ⅱ级 1.50倍杆高 1.50倍杆高 1.00倍杆高 一般 1.50倍杆高 1.00倍杆高 1.00倍杆高 0.75倍杆高 第三节汽车用压缩天然气钢瓶……………………………………………19 汽车用压缩天然气钢瓶 Steelcylindersfortheon-boardofcompressednaturalgasasafuelforvehicles 1范围 本标准规定了汽车专用压缩天然气钢瓶(以下简称钢瓶)的型式和参数、技术要求、试验方法、检验规则、标志、涂敷、包装、运输和贮存等。 本标准适用于设计、制造公称工作压力为16~20MPa(本标准压力均指表压),公称容积为30~120L,工作温度为-50℃~60℃的钢瓶。 按本标准制造的钢瓶,只允许充装符合有关标准的,且经脱水、脱硫和脱轻油处理后,每标准立方米水份含量不超过8mg和硫化氢含量不超过20mg的作为燃料的天然气。 本标准不适用于压缩天然气充气站用的贮气钢瓶,也不适用于复合材料气瓶。 2引用标准 3术语和符号 本标准采用下列定义。 3.1 公称工作压力 钢瓶在基准温度(20℃)时的限定充装压力。 3.2 屈服应力 对材料试件拉伸试验,呈明显屈服现象的取屈服点或下屈服点;无明显屈服现象的,取屈服强度。 3.3 实测抗拉强度 按本标准6.3.2所测得实际的抗拉强度值。 3.4 批量 系指采用同一设计条件,具有相同的公称直径、设计壁厚,用同一炉罐号钢,同一制造方法制成,按 同一热处理规范进行连续热处理的钢瓶限定的数量。 3.5 应力集中系数 钢瓶某部位局部最大应力与瓶体的薄膜应力的比值。 3.6 符号 Do—钢瓶筒体外径,mm; Df—冷弯试验弯心直径,mm; H,r,S1,S2,S3—端部结构尺寸,mm; Ph—水压试验压力,MPa; Py—爆破试验过程中屈服压力,MPa; S—钢瓶筒体设计壁厚,mm; Sao—钢瓶筒体实测平均壁厚,mm; T—压扁试验压头间距,mm; V—公称水容积,L; ao—弧形扁试样的原始厚度,mm; bo—扁试样的原始宽度,mm; d—破口环向撕裂宽度,mm; —试样原始标距,mm; ak—冲击韧性值,J/cm2; δ5—伸长率,%; σe—瓶体材料热处理后的屈服应力保证值,N/mm2; σea—屈服应力实测值,N/mm2; σb—瓶体材料热处理后的抗拉强度保证值,N/mm2; σba—抗拉强度的实测值,N/mm2。 4 型式和参数 4.1钢瓶瓶体结构一般应符合图1所示型式。 图1钢瓶瓶体结构形式 4.2 钢瓶的公称工作压力应为16MPa或20MPa。 公称水容积和公称外径一般应符合表1的规定。 表1钢瓶的水容积和外径 项目 数值 允许偏差,% 公称水容积V L 3040506070 8090100120 +5 0 公称外径D0 mm 219229232245 267273335425 ±1 4.3钢瓶型号由以下部分组成: 型号示例: 公称工作压力20MPa,公称水容积为60L,公称外径为229,结构型式为A的钢瓶,其型号标记为“CNP20-6
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