裝瓶系數(shù)及CO2氣瓶沖裝知識(shí)

1、充裝系數(shù)所謂“充裝系數(shù)”是指氣瓶每升容許充裝液化氣的質(zhì)量（kg）。這是液化氣體在充裝過程中應(yīng)了解的很重要的數(shù)據(jù)。因?yàn)槊總€(gè)氣瓶都有一定的承受壓力。液化氣體在常溫下充裝一般以液態(tài)進(jìn)入瓶中，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)部分液體轉(zhuǎn)化為氣體使瓶內(nèi)的壓力增大。所以為確保安全，充裝時(shí)不能裝得過多，一定要參照充裝系數(shù)進(jìn)行充裝。在盛裝液化氣體的壓力容器設(shè)計(jì)中，充裝系數(shù)一般取0.9，對(duì)容器容積經(jīng)實(shí)際測定者，可取大于0.9，但不得大于0.95。所謂充裝系數(shù)，是指每升氣瓶容積充裝液化氣體的重量(kg)，且按下式進(jìn)行計(jì)算。F=W/V (61)式中：F充裝系數(shù)，kg/L；V氣瓶容積，L；W液化氣體的充裝重量，kg。常見的液化氣體充裝

2、系數(shù)，應(yīng)符合表65和表66的規(guī)定。 表65 高壓液化氣體的充裝系數(shù)表66 低壓液化氣體的充裝系數(shù)注：表中沒列液化石油氣的充裝系數(shù)，是因?yàn)橐夯蜌怃撈吭谠O(shè)計(jì)時(shí)，就已按充裝系數(shù)計(jì)算，將三種不同規(guī)格鋼瓶的充裝量作了規(guī)定，故此表不予再列。1低壓液化氣體氣瓶充裝量的計(jì)算因?yàn)榈蛪阂夯瘹怏w的臨界溫度(tc)高于氣瓶最高工作溫度(t=60)，所以，低壓液化氣瓶在充裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過程中都不會(huì)發(fā)生相變。只要充裝適量，不發(fā)生滿瓶，瓶內(nèi)始終是氣液二相共存，兩者之間有著非常明顯的界面，液相是飽和液體，氣相是飽和蒸氣。若充液過量，氣相容積不夠，甚至消失，氣瓶達(dá)到“滿液”，這時(shí)如果溫度升高，致使液體無法膨脹，則瓶內(nèi)

3、壓力就會(huì)驟然增高，直至氣瓶爆破。為了防止瓶內(nèi)液化氣體因受熱膨脹而導(dǎo)致發(fā)生事故，應(yīng)使氣瓶在最高工作溫度下，液相不要“充滿”氣瓶全部容積，要留有一定的氣相空間。這一空間就是瓶容與液容之差。即：VG=V-VL (62)式中：VG瓶內(nèi)氣相空間，L；V瓶內(nèi)有效容積，L；VL瓶內(nèi)液相容積，L。而VL與液化氣體在充裝時(shí)的定壓比容p的比值就是氣瓶的充裝重量。即：式中：W氣瓶的充裝重量，kg；p液化氣體的定壓比容，Lkg；VL同62式，L。對(duì)于低壓液化氣瓶，液化氣體雖然在加壓狀態(tài)充裝，但進(jìn)入瓶內(nèi)就是處于飽和狀態(tài)，所以，我們可用飽和狀態(tài)下的比容來代替液化氣體的定壓比容，即：式中：W同63式，kg；VL同62式，L

4、；飽和狀態(tài)下的液體比容，Lkg。又因飽和液體密度與飽和狀態(tài)下的液體比容互為倒數(shù)所以W=VLd (65)式中：d飽和液體密度，kgL；W、VL同前。如果我們把62式代入65式，則；W=(V-VG)d (66)因以上所述均屬理想狀態(tài)，即VG=0是在沒有任何誤差的情況下才能成立?？墒?，理想狀態(tài)在生產(chǎn)實(shí)踐中是不存在的。如果我們把生產(chǎn)中某些可以預(yù)計(jì)到的誤差疊加起來，稱為安全余量，其值與瓶內(nèi)有效容積之比即為安全系數(shù)，并賦予符號(hào)n，并使其最終在氣相容積VG上得到反映的話，那么，n=VGV，但我們?cè)跉怏w充裝工作中常常使用的是充裝系數(shù)F，因此66式中可變?yōu)椋菏街校篎充裝系數(shù)，kgL。根據(jù)我國目前的實(shí)際條件，對(duì)n

5、的選取，應(yīng)考慮以下兩種情況：(1)物性數(shù)據(jù)誤差(n1)。主要指液化氣體飽和度d值的誤差。我們無論采用推算數(shù)據(jù)，還是采用實(shí)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)誤差總是客觀存在的。一般情況下，密度數(shù)據(jù)誤差約在±051左右，為安全起見取n1=1。(2)衡器稱重誤差(n2)。氣瓶容積大都采用同體積水重法，氣瓶在充液時(shí)也需稱重控制，因此，稱重誤差也需考慮。稱重誤差一般均不超過±01。假定在稱重過程中，累積誤差約為正誤差的6倍，亦即n2=06，由此得出n1和n2之和為16。為安全起見，取n=2。所以，低壓液化氣體的充液量在60時(shí)所占體積，必須小于氣瓶有效容積的98，即還有2以上氣相容積作為安全系數(shù)。例：確定液

6、氯的充裝系數(shù)是多少?解：查60時(shí)液氯的飽和液體密度為12789kgL，其氣相空間應(yīng)為2，所以F=(1-2)×12789kgL=125kgL。2高壓液化氣體氣瓶充裝量的計(jì)算因?yàn)槎鄶?shù)高壓液化氣體的臨界溫度(tc)低于氣瓶的最高工作溫度(t=60)，所以，高壓液化氣體在充裝時(shí)為液態(tài)，此時(shí)瓶內(nèi)的壓力就是液體界面上的飽和蒸氣壓，這與低壓液化氣體沒有什么差別。但在高壓液化氣體的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過程中，由于環(huán)境溫度的影響，當(dāng)液體溫度到達(dá)tc時(shí)，則發(fā)生液體向氣體的相變。其結(jié)果氣瓶內(nèi)壓由于大量氣體產(chǎn)生而驟然上升，此時(shí)表征氣瓶的壓力狀況，實(shí)質(zhì)上就和永久氣體一樣。因此對(duì)于高壓液化氣體氣瓶，一方面和永久氣體

7、氣瓶一樣，在20時(shí)內(nèi)壓不應(yīng)超過氣瓶的公稱工作壓力，在60時(shí)的壓力不應(yīng)超過其水壓試驗(yàn)壓力的08倍(液化二氧化碳和液化氧化氮除外)，另一方面又和低壓液化氣瓶一樣，按表選擇充裝系數(shù)。高壓液化氣體的PVT關(guān)系，服從真實(shí)氣體狀態(tài)方程式，見公式220。表65所列充裝系數(shù)是采用偏心因子法計(jì)算出來的，其中對(duì)于臨界溫度(tc)小于氣瓶最高工作溫度(t=60)的高壓液化氣體，在充液量計(jì)算時(shí)，安全系數(shù)(n)可以不予考慮(很小)；對(duì)于臨界溫度(tc)介于氣瓶最高工作溫度t和70(高壓液化氣體的定義上限溫度)之間的高壓液化氣體(例如tc=67的三氧溴甲烷)，因其相態(tài)與低壓液化氣體完全一樣，即在氣瓶正常使用溫度范圍內(nèi)，瓶

8、內(nèi)介質(zhì)始終為液相，故應(yīng)考慮安全系數(shù)，而且其液態(tài)密度的計(jì)算誤差要比低壓液化氣體略高，所以在充液量計(jì)算時(shí)，n取25%，即在60時(shí)，此類高壓液化氣體的充液量，必須小于氣瓶有效容積的975%，留有25的氣相空間。3過量充裝的危險(xiǎn)性液化氣體過量充液后，爆炸危險(xiǎn)性極大，其中低壓液化氣瓶尤為嚴(yán)重。當(dāng)前氣瓶爆炸事故中，由于過量充裝導(dǎo)致氣瓶物理性爆炸的比例很大，這些氣瓶在爆炸前大都處于靜止?fàn)顟B(tài)，未受撞擊或震動(dòng)，而且處于常溫，甚至是在雪天，爆炸后的瓶體均存在明顯的變形，破口很大，有的幾乎碾成平板。這些跡象充分說明，爆炸事故的直接原因，不是由于氣瓶本身存在嚴(yán)重缺陷，而是由于瓶內(nèi)超壓，即瓶內(nèi)的壓力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過液化氣體正

9、常溫度下的飽和蒸氣壓，氣瓶承受不了這樣高的壓力因而發(fā)生了爆炸。表67以液氯鋼瓶為例，說明0滿量充裝以后，隨溫度上升的增壓情況(假定瓶容不變)，以此告誡人們過量充裝的危險(xiǎn)。表67 液氯鋼瓶在0滿液充裝后隨溫升增壓數(shù)據(jù)表為什么會(huì)有這么高的壓力，這是因?yàn)闅馄康娜莘e是一定的，而且又是封閉的，瓶內(nèi)的液化氣體隨著溫度的升高，其體積必然膨脹，但它又必須受氣瓶容積的限制，一旦液體脹滿了氣瓶內(nèi)全部空間以后，膨脹即轉(zhuǎn)為壓縮。由于液體的壓縮性很少，以致反作用于瓶壁的壓力劇烈增高。也就是說，液化氣瓶“滿瓶”后，隨溫度變化的壓力值與盛裝介質(zhì)的膨脹系數(shù)成正比，與壓縮系數(shù)成反比。正因?yàn)橐后w的壓縮系數(shù)很少，而膨脹系數(shù)相對(duì)比較

10、大(相差一個(gè)數(shù)量級(jí))，所以，瓶內(nèi)壓力的升高是很驚人的。如上所述，液化氣瓶過量充液是極其危險(xiǎn)的，它是導(dǎo)致氣瓶爆炸的主要原因，解決問題的措施就是：嚴(yán)禁超裝。CO2氣瓶沖裝知識(shí)ZT一直以來，對(duì)co2氣瓶沖裝存在疑問，有說不能灌入液態(tài)co2，有說沖裝系數(shù)是0.6kg/L，有說co2臨界溫度是31度的，小弟一直對(duì)此不解，如果灌入都是氣態(tài)co2，那在31度以下時(shí)，一升的空間內(nèi)能存在0.6kg的氣態(tài)co2嗎？ 問：二氧化碳?xì)馄抗Q工作壓力為15Mpa，充裝結(jié)束時(shí)的壓力也不過是78 Mpa，遠(yuǎn)低于公稱工作壓力，為什么強(qiáng)調(diào)“嚴(yán)禁超裝”，必須按0.6kg/L標(biāo)準(zhǔn)充裝？答：在瓶裝氣體中屬于高壓液化氣體，其臨界溫度為

11、31，當(dāng)溫度低于31時(shí)加壓即可液化，當(dāng)溫度等于或高于31，瓶內(nèi)液態(tài)二氧化碳就轉(zhuǎn)化為氣態(tài)二氧化碳。按0.6kg/L標(biāo)準(zhǔn)充裝二氧化碳時(shí)，在溫度接近31時(shí)，瓶內(nèi)呈現(xiàn)的壓力是氣液共存狀態(tài)下， 液體界面上的飽和蒸汽壓力為7.39Mpa。當(dāng)溫度達(dá)到或超過31時(shí)，則發(fā)生液體向氣體的相變，瓶內(nèi)壓力不再是二氧化碳飽和蒸汽壓的延伸，而是液態(tài)二氧化碳大量汽化而驟然上升的壓力。此時(shí)表征瓶內(nèi)的壓力狀況，實(shí)質(zhì)上和永久氣體一樣。當(dāng)溫度繼續(xù)升到54時(shí)，瓶內(nèi)壓力約增至15Mpa，與氣瓶公稱工作壓力相當(dāng)。由于瓶內(nèi)二氧化碳具有這些特點(diǎn)，為保證氣瓶在充裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用時(shí)的安全，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定的充裝系數(shù)進(jìn)行充裝。氣瓶是一個(gè)獨(dú)立的無絕

12、熱層的薄壁密閉容器，瓶內(nèi)二氧化碳的壓力不僅與溫度有關(guān)，而且與充裝量有關(guān)。氣瓶的公稱工作壓力，對(duì)于永久氣體氣瓶是指20時(shí)所充裝氣體的限定充裝壓力，充裝量是以壓力計(jì)量；對(duì)于盛裝二氧化碳等高壓液化氣體的氣瓶是指溫度為60時(shí)瓶內(nèi)氣體壓力的限定值，充裝量是以重量計(jì)量。若不按0.6kg/L標(biāo)準(zhǔn)充裝，而采取超量充裝，瓶內(nèi)的氣相空間相應(yīng)減小，隨著溫度的升高，液態(tài)二氧化碳的體積相應(yīng)膨脹，氣相空間繼續(xù)減小，最終造成瓶內(nèi)“滿液”和氣相空間消失。瓶內(nèi)出現(xiàn)滿液現(xiàn)象，其壓力不再是飽和蒸汽壓，而是液態(tài)二氧化碳體積膨脹的脹力。此脹力遠(yuǎn)大于飽和蒸汽壓。液態(tài)二氧化碳的體積膨脹系數(shù)較大，在-535范圍內(nèi)，溫度每升高1，瓶內(nèi)壓力相應(yīng)

13、升高0.3140.834Mpa，所以超裝很容易使氣瓶超壓爆炸。P.S：根據(jù)我的理解，正常充co2（室溫低于31度），只能在每升氣瓶中充入低于0.6公斤液態(tài)co2。這樣以保證在室溫逐步升高，乃至高于31度時(shí)，瓶內(nèi)有足夠的空間讓液態(tài)co2體積膨脹，乃至氣化。而不是禁止灌入液態(tài)co2。下面這個(gè)圖稱為二氧化碳實(shí)驗(yàn)等溫線圖。其中橫坐標(biāo)是密度的倒數(shù)，縱坐標(biāo)是壓強(qiáng)。線條表示不同溫度下，壓強(qiáng)和密度的關(guān)系。不同的顏色表示co2的狀態(tài)，包括液態(tài)、氣態(tài)、蒸汽狀態(tài)和液汽共存狀態(tài)。C點(diǎn)為臨界狀態(tài)，表示超過31時(shí)不管壓強(qiáng)多大co2都不可能被液化。圖片附件: co2實(shí)驗(yàn)等溫線.JPG (2006-12-8 09:16, 3

14、5.98 K)左邊有幾條接近垂直狀態(tài)的線，這個(gè)狀態(tài)稱為超臨界狀態(tài)。表示隨著密度的增加，壓強(qiáng)迅速增大。實(shí)際使用中如果進(jìn)入超臨界狀態(tài)意味著爆炸！因此在實(shí)際使用中主要的安全考慮就是避免進(jìn)入超臨界狀態(tài)。與溫度的關(guān)系31是co2的臨界溫度，超過31時(shí)原先為液態(tài)的co2會(huì)全部氣化。有人可能會(huì)擔(dān)心如果在使用過程中溫度升高超過31是不是很危險(xiǎn)。翠湖水草網(wǎng)的文章CO2的鋼壓與鋼瓶的安全性也提到“.不得超過31，以免液化CO2液體將隨溫度的升高，體積膨脹而形成高壓氣體，對(duì)鋼瓶產(chǎn)生更大的壓力，而有爆炸危險(xiǎn)之虞?！蔽艺J(rèn)為這個(gè)提法不是很準(zhǔn)確，co2的壓強(qiáng)會(huì)隨著溫度的提高而上升，但與它是氣態(tài)還是液態(tài)沒有太大的關(guān)系，不必?fù)?dān)心溫度超過31壓強(qiáng)會(huì)大幅提高。也就是說溫度從30升到31以下，或者從31以下升到32，壓強(qiáng)變化沒有太大的差別。實(shí)際我國夏天大部分地區(qū)的溫度都會(huì)超過這個(gè)溫度，也不見因此產(chǎn)生什么麻煩。當(dāng)然，實(shí)際發(fā)生爆炸時(shí)，直接誘因都是溫度的升高。這是因?yàn)樵谙嗤拿芏认拢瑴囟仍礁咴饺菀走M(jìn)入超臨界狀態(tài)。其根本原因是密度過高，接近超臨界狀態(tài)。與公稱壓力的關(guān)系實(shí)際上，充裝量和公稱壓力也沒有什么關(guān)系。這一點(diǎn)有人可能會(huì)覺得不可理解。假設(shè)我有一個(gè)質(zhì)量很好的鋼瓶，公稱壓力達(dá)到100MPA，那