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[转帖]CO2的钢压与钢瓶的安全性

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东风1908 发表于 2012-12-4 20:07:17 |显示全部楼层
经常看到草友们讨论CO2钢瓶的帖子,发现有些草友对其安全性缺乏必要的认识。偶然在翠湖网看到这篇文章,拿来供献大家参考。

一、前言

您是买钢瓶或是买炸弹?这是一句很震撼性的问题,因为家庭瓦斯钢瓶发生爆炸的意外事件时有所闻,这问题可不是开玩笑或闹玩的,无论谁听到这样问题,心理总会「毛毛的」,莫不担心自己买到是否为安全的CO2钢瓶,以避免在使用过程中发生爆炸的意外。  

钢瓶的安全性是一回事,在使用过程中,是否因使用不当,以致发生意外又是另一回事。事实上,有许多发生意外的个案,都是在使用过程中没有注意到安全问题所引起的,所以它的安全使用与品质同样要受到重视。以现在的制造技术来说,要制造出符合安全标准的钢瓶,已经不再是一件难事,不过任谁也不敢保证,目前市面上所贩卖的CO2钢瓶都是合格的产品,所以我们在挑选钢瓶时,一定要「精挑细选」,以免把潜在的危险带入家中。  

从另一角度来说,钢瓶本身是否安全,一般消费者通常是无法从钢瓶本身的外观直接判断的,所以根本谈不上如何去鉴别其安全性。不过有时候如果过于担心买到「炸弹」,反而让人感到神经紧张兮兮的,这难免会影响我们栽培水草的兴致和乐趣。因此与其过度去担心这问题,不如多花一些时间去探讨一些有关CO2的相关特性,以及选购钢瓶的要领与如何安全使用等有关课题,如此方为明智之举。  

二、临界温度与临界压力  

通常气体都有一个临界温度(Critical temperature,Tc),是指能被液化的最高温度,若气体的温度高于临界温度时,不论有多大压力都不能使之液化,只是随着压力的增加而加大其密度而已,这种状态称为「高密度气体」或「高压气体」。高压气体具有强大的膨胀压力,储存于钢瓶中,可能会产生很大的压力,所以具有较大的危险性。  

另外,气体也有一个临界压力(Critical pressure,Pc),是指在临界温度下气体被液化的最低压力。如果压力小于它的临界压力,无论温度如何降低,气体都不能被液化。所以要气体以液化状态储存于钢瓶中,其压力至少要高于它的临界压力。临界压力等于该液体在临界温度之饱和蒸气压。  

综合上述,可知气体若希望以液化的状态被储存,应该是较为安全的,但是要达到这个目的,必须低于其临界温度,同时要高于临界压力。一般而言,在临界温度范围之内,如果温度越低,临界压力可以越小,所以临界压力之值,会受到温度的直接影响。  

三、CO2的钢压  

钢压(Pressure of cylinder)是指钢瓶中的填充气体,其膨胀力对钢壁所造成的压力。在临界温度和临界压力状态下,温度和压力的微小变化,都会引起气体密度很大的变化,因此其膨胀力对钢壁所造成钢压也有所不同。  

CO2是一种可以被液化的高压气体,储存于钢瓶中,一定会产生钢压。CO2钢压大小与它的临界压力及临界温度有关。CO2的临界温度是31.04℃,临界压力是72.85标准大气压(atm)或其它单位压力(如75 kg/㎝2、1073 psi、73.8 bar、4.97 Mpa等)。因此只要温度达到31.04℃,压力达到72.85 atm,它就可以被液化。  

温度越低,临界压力越小。例如,在20℃时,只需将CO2加压到59 atm即可液化。或者我们也可以这么说,在31.04℃时的钢压,将比在20℃时的钢压高出13.85 atm(72.85 atm-59 atm)。因此,在较低温度下,液化CO2所显示的钢压会比较小,在储存上当然比较安全。  

四、钢瓶的安全性  

钢瓶是一种压力容器,它的形状都是圆筒形,顶端尺寸缩减成瓶颈,为高压液化气体的出入管道。CO2钢瓶无论在填充、使用、储运过程中所能承受的耐压强度,一定要大于CO2在各种不同工作情况下所表现的钢压才是安全的,因此在设计上,应该以朝向最极端的钢压做考量,才不会发生爆炸的危险。  

CO2钢瓶的耐压强度可以表现在二个参数之上,其中之一是钢瓶本身的「设计压力(Design pressure)」。所谓设计压力是指在相应「设计温度」下,用以确定钢瓶的壁厚及其配件的抗压性。设计温度应该以钢瓶在正常操作过程中,可能达到的最高温度时(如温带气候45℃、热带气候65℃),瓶内CO2气体所产生的钢压作为上限值。例如,在热带气候,一般CO2钢瓶的设计压力约为180 atm(175 kg/㎝2)。  

另一个参数是「工作压力(Operation pressure)」,所谓工作压力是指在正常操作时,减压阀打开之后所产生的释放压力。工作压力可因减压阀打开之大小,迅速产生不同的释放压力,通常有一个最高工作压力的设定值,超过此值时,钢瓶上的安全装置就应该能发挥疏导或减压的功能。一般CO2钢瓶的操作压力约为120 atm(125 kg/㎝2)。  

在CO2钢瓶的抗压设计上,设计压力不得低于工作压力。装有安全泄压装置的钢瓶,其设计压力也不得低于安全泄压装置开启后的泄气压力。大多数钢瓶设计了温度升高时的泄压装置,由于热量的作用会导致气瓶内压力会升高,如果泄压装置失灵会引起钢瓶发生爆炸的危险。  

五、CO2钢瓶的选购要领  

1.要看有无制造许可证:有些国家对水族专用CO2钢瓶的制造实施生产许可证制度,我国尚无这项制度之实施。如果是购买舶来品,无妨多注意这问题,若能选购有许可证产品会更有安全保障一些。检查时包括仔细检查钢瓶上是否有标示制造许可证的编号,或是否附带有产品合格证、品质证实书,或安全保证等等相关资料,以作为选购时之参考。  

2.钢瓶材质的选择:目前在市面流通的水族专用CO2钢瓶材质,主要是钢材与铝合金二类,其中钢材制造者具有价格较低且较耐压力之优点,但也有容易生锈,品质好坏参杂,劣质产品鱼目混珠居多之缺点。铝合金制造者具有材质轻且不易生锈,品质较整齐,劣质产品较少之优点,但也有价格较高,耐压系数较低之缺点。在选购时无妨衡量一下二者的利弊得失,以免买到劣质产品,才不致有安全上的顾虑。  

3.仔细检查钢瓶外观是否有瑕疵:品质较好的钢瓶制品,通常都使用拉制方法(drawing),或由无缝管材一体成型制成,因此没有任何焊接的痕迹,而且在封瓶过程中也未使用其它金属(材质要一致),从外观看起来应是一光滑整体,同时表面不应有汽泡(孔)、腐蚀、龟裂、修焊或不规则突变等瑕疵。有些产品焊接的痕迹可以在磨平拋光之后,连同其它瑕疵,利用上漆的方式遮掩或美化,让人不易察觉,所以宜选购完全没有上漆的产品为佳。  

4.了解钢瓶的重量及实际的容量:钢瓶的壁厚是决定其耐压强度的关键所在,可惜我们却无法从外观看出其厚度,因此难以判断瓶壁是否达到足以承受预先设计压力的厚度,不过若能以钢瓶的重量及实际的容量为参数来评估,似乎可以间接比较出不同品牌壁厚的差异,例如,同一材质及同一容量之空钢瓶,它们的重量越大者,通常其钢壁应该较厚,当然是我们优先选择的对象。  

六、CO2钢瓶使用注意事项  

1.尽量避免钢瓶的温度过高:钢瓶应存放在阴凉、干燥、远离热源(如阳光、暖气、炉火)处,不得超过31℃,以免液化CO2液体将随温度的升高,体积膨胀而形成高压气体,对钢瓶产生更大的压力,而有爆炸危险之虞。  

2.要防止缸水倒灌:钢瓶的供气系统要有「止逆阀」装置,以防止在暂停使用期间,让水族缸的水有倒灌的现象,若发现止逆阀有损坏或失去止逆功能时,应立即更换,否则可能导致出气口的表头锈蚀或失去原有功能。  

3.附属装置需正确且无泄漏:阀、接头、及压力调节器装置需正确且无泄漏、没有损坏且状况良好。至于检查是否有泄漏问题,可用压力计等仪器测试,也可视情况使用肥皂水涂抹看是否起泡做简易测试。  

4.CO2不得超量填充:如果灌装过量(如灌满),当室温提高,体积膨胀,对钢瓶产生很大压力,此时又缺乏缓冲空间,当压力超过设计压力及泄压阀的泄气压力时,则有发生爆裂或爆炸的危险。因此液化CO2的填充量,温带气候最好不要超过钢瓶容积的75﹪(约相当于1.6534磅/升),热带气候不要超过66.7﹪(约相当于1.4704磅/升)。  

5.钢瓶千万不能卧放:理由是如果钢瓶卧放,则靠近瓶口处多是液体,当打开减压阀时,冲出的液体将迅速气化,使其体积突然扩大至少二百倍以上,这样多的气体,可能大大超过塑料导气管的压力负荷,容易发生导气管爆裂及迅速导致CO2大量泄漏的意外。

6.旧瓶要定期接受安全检验:超过钢瓶使用安全规范年限(如5年)时,应该定期委托水族馆或CO2供货商,代为送交相关单位(如各地区合格的钢瓶安全检验站)接受压力测试合格之后,再继续使用,这样比较能确保安全性,减少意外事件发生。  

七、结论  

由于CO2钢瓶里装的是高压的压缩液体,是一种关系到消费者人身和财产安全的产品,虽然它在养殖水草过程中给我们带来很大的方便,不过也可能具有某些潜在的危险性,因此我们绝不能掉以轻心,除了钢瓶的选购特别要注重品质外,同时在使用时必须严格注意安全,如此一来,可能就再没有什么问题好令我们担心或忧虑的。

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