Cilindro de gás - Gas cylinder
Um cilindro de gás é um vaso de pressão para armazenamento e contenção de gases acima da pressão atmosférica . Alta pressão cilindros de gás são também chamados de garrafas . Dentro do cilindro, o conteúdo armazenado pode estar em um estado de gás comprimido, vapor sobre o líquido, fluido supercrítico ou dissolvido em um material de substrato, dependendo das características físicas do conteúdo. Um projeto típico de cilindro de gás é alongado, ficando em pé em uma extremidade inferior achatada, com a válvula e encaixe na parte superior para conectar ao aparelho receptor.
O termo cilindro , neste contexto, não deve ser confundido com tanque , o último sendo um recipiente aberto ou ventilado que armazena líquidos sob gravidade, embora o termo tanque de mergulho seja comumente usado para se referir a um cilindro usado para o fornecimento de gás respiratório a um aparelhos respiratórios subaquáticos.
Nomenclatura
Nos Estados Unidos, "gás engarrafado" normalmente se refere ao gás liquefeito de petróleo . O "gás engarrafado" às vezes é usado em suprimentos médicos, especialmente em tanques portáteis de oxigênio . Os gases industriais embalados são freqüentemente chamados de "gás de cilindro", embora às vezes seja usado "gás de botijão".
O Reino Unido e outras partes da Europa referem-se mais comumente a "gás engarrafado" ao discutir qualquer uso, seja petróleo industrial, médico ou liquefeito. Em contraste, o que é chamado de gás liquefeito de petróleo nos Estados Unidos é conhecido genericamente no Reino Unido como "LPG" e pode ser encomendado usando um dos vários nomes comerciais , ou especificamente como butano ou propano , dependendo da produção de calor necessária .
Materiais
Os códigos de projeto e padrões de aplicação e o custo dos materiais ditaram a escolha do aço sem soldas para a maioria dos cilindros de gás; o aço é tratado para resistir à corrosão . Alguns cilindros de gás leves recentemente desenvolvidos são feitos de aço inoxidável e materiais compostos. Devido à alta resistência à tração do polímero reforçado com fibra de carbono , esses vasos podem ser muito leves, mas são mais difíceis de fabricar.
Os cilindros reforçados ou construídos com um material de fibra geralmente devem ser inspecionados com mais freqüência do que os cilindros de metal, por exemplo , a cada 5 em vez de 10 anos, e devem ser inspecionados mais detalhadamente do que os cilindros de metal. Eles podem ter uma vida útil limitada.
O intervalo de inspeção de cilindros de aço aumentou de 5 ou 6 anos para 10 anos. Os cilindros de mergulho usados na água devem ser inspecionados com mais frequência. Quando foram encontrados problemas estruturais inerentes, certos tipos de aço e ligas de alumínio foram retirados de serviço.
Os cilindros de fibra composta foram originalmente especificados para uma vida útil limitada de 15, 20 ou 30 anos, enquanto os cilindros de aço atualmente são normalmente retirados após 70 anos, ou podem continuar a ser usados indefinidamente, desde que passem por inspeções e testes periódicos. Há alguns anos existem cilindros compostos que são indicados para uma vida não limitada (NLL), desde que nenhum dano seja detectado.
Tipos
Uma vez que materiais compostos de fibra de vidro foram usados para reforçar os cilindros, existem vários tipos de construção de vasos de alta pressão:
- Apenas metal . Principalmente metal forjado sem costura. Mas para pressão de trabalho mais baixa, por exemplo , butano liquefeito, também existem recipientes de aço soldado.
- Recipiente de metal, aro envolto em um composto de fibra apenas em torno da parte cilíndrica do "cilindro". (Geometricamente, há uma necessidade de duas vezes a resistência à tração na região cilíndrica em comparação com as tampas esféricas do cilindro.)
- Forro de metal fino (que mantém o vaso firme, mas não contribui para a pressão de trabalho) totalmente envolto em fibra no material da matriz.
- Forro de plástico isento de metal , totalmente envolto em material de fibra. A saliência, o centro da (s) cabeça (s) do cilindro ainda é de metal e inclui a rosca para a válvula.
Os vasos de pressão para armazenamento de gás também podem ser classificados por volume. Na África do Sul, um cilindro de armazenamento de gás envolve um recipiente recarregável e transportável com um volume de água de até 150 litros. Recipientes cilíndricos transportáveis recarregáveis com capacidade de 150 a 3000 litros de água são chamados de tubos.
Regulamentos e testes
O transporte de cilindros de alta pressão é regulamentado por muitos governos em todo o mundo. Vários níveis de teste são geralmente exigidos pela autoridade governamental do país para o qual o produto será transportado. Nos Estados Unidos, essa autoridade é o Departamento de Transporte dos Estados Unidos (DOT). Da mesma forma, no Reino Unido, os regulamentos de transporte europeus (ADR) são implementados pelo Departamento de Transporte (DfT). Para o Canadá, essa autoridade é Transport Canada (TC). Os cilindros podem ter requisitos adicionais colocados no projeto e / ou desempenho de agências de testes independentes, como Underwriters Laboratories (UL). Cada fabricante de cilindros de alta pressão deve ter um agente de qualidade independente que inspecionará o produto quanto à qualidade e segurança.
No Reino Unido, a " autoridade competente " - o Departamento de Transporte (DfT) - implementa os regulamentos e a nomeação de testadores de cilindros autorizados é conduzida pelo Serviço de Credenciamento do Reino Unido (UKAS), que faz recomendações à Agência de Certificação de Veículos (VCA) para aprovação de corpos individuais.
Existem vários testes que podem ser realizados em vários cilindros. Alguns dos tipos mais comuns de testes são o teste hidrostático , o teste de ruptura, a resistência à tração final , o teste de impacto Charpy e o ciclo de pressão.
Durante o processo de fabricação, informações vitais são geralmente estampadas ou marcadas permanentemente no cilindro. Essas informações geralmente incluem o tipo de cilindro, a pressão de trabalho ou de serviço, o número de série, a data de fabricação, o código registrado do fabricante e, às vezes, a pressão de teste. Outras informações também podem ser carimbadas, dependendo dos requisitos do regulamento.
Os cilindros de alta pressão que são usados várias vezes - como a maioria - podem ser testados hidrostaticamente ou ultrassonicamente e examinados visualmente a cada poucos anos. Nos Estados Unidos, o teste hidrostático / ultrassônico é necessário a cada cinco ou dez anos, dependendo do cilindro e de seu serviço.
Conexões de válvula
Os cilindros de gás geralmente têm uma válvula de ângulo de bloqueio na extremidade superior. Durante o armazenamento, transporte e manuseio quando o gás não está em uso, uma tampa pode ser aparafusada sobre a válvula protuberante para protegê-la de danos ou quebra no caso de o cilindro cair. Em vez de uma tampa, os cilindros geralmente têm um colar de proteção ou anel de pescoço ao redor do conjunto da válvula de serviço.
Quando o gás no cilindro for usado em baixa pressão, a tampa é retirada e um conjunto regulador de pressão é acoplado à válvula de bloqueio. Este acessório normalmente tem um regulador de pressão com medidores de pressão a montante (entrada) e a jusante (saída) e uma válvula de agulha a jusante e conexão de saída. Para gases que permanecem gasosos sob condições ambientais de armazenamento, o medidor de pressão a montante pode ser usado para estimar quanto gás resta no cilindro de acordo com a pressão. Para gases que são líquidos em armazenamento, por exemplo, propano, a pressão de saída depende da pressão de vapor do gás e não cai até que o cilindro esteja quase esgotado, embora varie de acordo com a temperatura do conteúdo do cilindro. O regulador é ajustado para controlar a pressão a jusante, o que limitará o fluxo máximo de gás para fora do cilindro na pressão mostrada pelo medidor a jusante. A conexão de saída é conectada a tudo o que precisa do suprimento de gás. Para algumas finalidades, como gás de proteção para soldagem a arco, o regulador também terá um medidor de vazão no lado a jusante.
As válvulas em cilindros industriais, médicos e de mergulho geralmente têm roscas de diferentes destros, tamanhos e tipos, assim como as roscas para diferentes categorias de gases, tornando mais difícil o uso indevido de um gás por engano. Por exemplo, um cilindro de hidrogênio não se encaixa em uma linha de suprimento de oxigênio que terminaria em falha catastrófica. Algumas conexões usam uma rosca para a direita, enquanto outras usam uma rosca para a esquerda ; Os encaixes roscados à esquerda são geralmente identificáveis por entalhes ou ranhuras cortados neles.
Nos Estados Unidos, as conexões de válvula às vezes são chamadas de "conexões CGA", uma vez que a Compressed Gas Association (CGA) publica diretrizes sobre quais conexões usar para quais produtos; por exemplo, nos Estados Unidos, um cilindro de argônio terá uma conexão CGA 580 na válvula.
Gases de alta pureza às vezes usam conexões CGA-DISS ("Sistema de segurança de índice de diâmetro").
Os gases medicinais podem usar o sistema de segurança de índice de pinos para evitar a conexão incorreta de gases aos serviços.
Na União Europeia, as conexões DIN são mais comuns do que nos Estados Unidos.
No Reino Unido, a British Standards Institution define os padrões. Incluído entre os padrões está o uso de válvulas rosqueadas à esquerda para cilindros de gás inflamável (mais comumente latão, BS4, válvulas para conteúdo de cilindro não corrosivo ou aço inoxidável, BS15, válvulas para conteúdo corrosivo). Os cilindros de gás não inflamável são equipados com válvulas roscadas à direita (mais comumente latão, BS3, válvulas para componentes não corrosivos ou aço inoxidável, BS14, válvulas para componentes corrosivos).
| Tipo de gás | Saída da válvula CGA (EUA) | Saída da válvula BS (Reino Unido) |
|---|---|---|
| Acetileno | 510 | 2, 4 |
| Ar, respirando | 346, 347 | 3 |
| Ar, industrial | 590 | 3 |
| Argônio | 580, 718, 680 (3500 psi), 677 (6000 psi) | 3 |
| Butano | 510 | 4 |
| Dióxido de carbono | 320, 716 | 8 |
| Monóxido de carbono | 350, 724 | 4 |
| Cloro | 660, 728 | 6 |
| Hélio | 580, 718, 680 (3500 psi) | 3 |
| Hidrogênio | 350, 724, 695 (3500 psi) | 4 |
| Metano | 350 | 4 |
| Néon | 580, 718 | 3 |
| Azoto | 580, 718, 680 (3500 psi), 677 (6000 psi) | 3 |
| Óxido nitroso | 326, 712 | 13 |
| Oxigênio | 540, 714 | 3 |
| Misturas de oxigênio (> 23,5%) | 296 | Outros guias se aplicam |
| Propano | 510 | 4 |
| Xenon | 580, 718 | 3 |
Segurança e padrões
Como o conteúdo está sob pressão e às vezes são materiais perigosos , o manuseio de gases engarrafados é regulamentado. Os regulamentos podem incluir o acorrentamento de garrafas para evitar quedas e danos à válvula, ventilação adequada para evitar ferimentos ou morte em caso de vazamentos e sinalização para indicar os perigos potenciais. a liberação de gás de alta pressão pode fazer com que o cilindro seja acelerado violentamente, podendo causar danos materiais, ferimentos ou morte. Para evitar isso, os cilindros são normalmente presos a um objeto fixo ou carrinho de transporte com uma correia ou corrente. Eles também podem ser armazenados em um armário de segurança .
Em um incêndio, a pressão em um cilindro de gás aumenta em proporção direta à sua temperatura . Se a pressão interna exceder as limitações mecânicas do cilindro e não houver meios de ventilar com segurança o gás pressurizado para a atmosfera, o vaso falhará mecanicamente. Se o conteúdo da embarcação for inflamável, este evento pode resultar em uma "bola de fogo". Oxidantes como oxigênio e flúor produzirão um efeito semelhante ao acelerar a combustão na área afetada. Se o conteúdo do cilindro for líquido, mas se tornar um gás em condições ambientais, isso é comumente referido como uma explosão de vapor em expansão de líquido em ebulição (BLEVE).
Os cilindros de gases medicinais no Reino Unido e em alguns outros países têm um plugue fusível de metal de Wood no bloco da válvula entre a sede da válvula e o cilindro. Este tampão derrete a uma temperatura comparativamente baixa (70 ° C) e permite que o conteúdo do cilindro escape para os arredores antes que o cilindro seja significativamente enfraquecido pelo calor, diminuindo o risco de explosão.
Dispositivos de alívio de pressão mais comuns são um disco de ruptura simples instalado na base da válvula entre o cilindro e a sede da válvula. Um disco de ruptura é uma pequena junta de metal projetada para romper a uma pressão pré-determinada. Alguns discos de ruptura são protegidos com um metal de baixo ponto de fusão, de modo que a válvula deve ser exposta a calor excessivo antes que o disco de ruptura possa se romper.
A Compressed Gas Association publica uma série de livretos e panfletos sobre o manuseio e uso seguro de gases engarrafados.
Padrões internacionais e nacionais
Existe uma ampla gama de padrões relacionados à fabricação, uso e teste de cilindros de gás pressurizado e componentes relacionados. Alguns exemplos estão listados aqui.
- ISO 11439 : Cilindros de gás - Cilindros de alta pressão para o armazenamento a bordo de gás natural como combustível para veículos automotores
- ISO 15500-5: Veículos rodoviários - Componentes do sistema de combustível de gás natural comprimido (CNG) - Parte 5: Válvula manual do cilindro
- US DOT 3/4/8 ???: e-CFR (Código Eletrônico de Regulamentações Federais) Título 49, parte 178, Subparte C - Especificação para Cilindros
- Alteração da liga 6351-T6 do tanque de alumínio US DOT para SCUBA, SCBA, serviço de oxigênio - inspeção visual de parasitas
- AS 2896-2011: Sistemas de gases medicinais - Instalação e teste de sistemas de gasodutos de gases medicinais não inflamáveis (padrões australianos).
Codificação de cores
Os cilindros de gás são frequentemente codificados por cores , mas os códigos não são padronizados em diferentes jurisdições e, às vezes, não são regulamentados. A cor do cilindro não pode ser usada com segurança para identificação positiva do produto; os cilindros têm etiquetas para identificar o gás que contêm.
Tamanhos de cilindro comuns
No mergulho autônomo , os Estados Unidos medem o volume do cilindro pela quantidade de ar livre (de pressão padrão de cerca de 1 bar) que pode ser comprimido no cilindro; A Europa e a maior parte do resto do mundo medem o volume do cilindro como o volume interno (= capacidade de água) e especifica a pressão de trabalho do cilindro: por exemplo, Estados Unidos 19 pés cúbicos = Internacional 3 litros a 180 bar .
A seguir estão exemplos de tamanhos de cilindro e não constituem um padrão da indústria.
| Cyl. Tamanho | Diâmetro × altura, incluindo 5,5 polegadas para válvula e tampa (polegadas) |
Peso nominal da tara, incluindo 4,5 lb para válvula e tampa (lb) |
Capacidade de água (lb) |
Volume interno, 70 ° F (21 ° C), 1 atm |
US DOT specs | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| (litros) | ( pés cúbicos ) | |||||
| 2HP | 9 por 51 polegadas (230 mm × 1.300 mm) | 187 libras (85 kg) | 43,3 | 1,53 | 3AA3500 | |
| K | 9,25 por 60 polegadas (235 mm × 1.524 mm) | 135 libras (61 kg) | 110 | 49,9 | 1,76 | 3AA2400 |
| UMA | 9 por 51 polegadas (230 mm × 1.300 mm) | 115 libras (52 kg) | 96 | 43,8 | 1,55 | 3AA2015 |
| B | 8,5 por 31 polegadas (220 mm × 790 mm) | 60 libras (27 kg) | 37,9 | 17,2 | 0,61 | 3AA2015 |
| C | 6 por 24 polegadas (150 mm × 610 mm) | 27 libras (12 kg) | 15,2 | 6,88 | 0,24 | 3AA2015 |
| D | 4 por 18 polegadas (100 mm × 460 mm) | 12 libras (5,4 kg) | 4,9 | 2,24 | 0,08 | 3AA2015 |
| AL | 8 por 53 polegadas (200 mm × 1.350 mm) | 52 libras (24 kg) | 64,8 | 29,5 | 1.04 | 3AL2015 |
| BL | 7,25 por 39 polegadas (184 mm × 991 mm) | 33 libras (15 kg) | 34,6 | 15,7 | 0,55 | 3AL2216 |
| CL | 6,9 por 21 polegadas (180 mm × 530 mm) | 19 libras (8,6 kg) | 13 | 5,9 | 0,21 | 3AL2216 |
| XL | 14,5 por 50 polegadas (370 mm × 1.270 mm) | 75 libras (34 kg) | 238 | 108 | 3,83 | 4BA240 |
| SSB | 8 por 37 polegadas (200 mm × 940 mm) | 95 libras (43 kg) | 41,6 | 18,9 | 0,67 | 3A1800 |
| 10S | 4 por 31 polegadas (100 mm × 790 mm) | 21 libras (9,5 kg) | 8,3 | 3,8 | 0,13 | 3A1800 |
| LIBRA | 2 por 15 polegadas (51 mm × 381 mm) | 4 libras (1,8 kg) | 1 | 0,44 | 0,016 | 3E1800 |
| XF | 12 por 46 polegadas (300 mm × 1.170 mm) | 180 libras (82 kg) | 60,9 | 2,15 | 8AL | |
| XG | 15 por 56 polegadas (380 mm × 1.420 mm) | 149 libras (68 kg) | 278 | 126,3 | 4,46 | 4AA480 |
| XM | 10 por 49 polegadas (250 mm × 1.240 mm) | 90 libras (41 kg) | 120 | 54,3 | 1,92 | 3A480 |
| XP | 10 por 55 polegadas (250 mm × 1.400 mm) | 55 libras (25 kg) | 124 | 55,7 | 1,98 | 4BA300 |
| QT | 3 por 14 polegadas (76 mm × 356 mm) (inclui 4,5 polegadas para válvula) | 2,5 libras (1,1 kg) (inclui 1,5 lb para válvula) | 2.0 | 0,900 | 0,0318 | 4B-240ET |
| LP5 | 12,25 por 18,25 polegadas (311 mm × 464 mm) | 18,5 libras (8,4 kg) | 47,7 | 21,68 | 0,76 | 4BW240 |
| Medical E | 4 por 26 polegadas (100 mm × 660 mm) (exclui válvula e tampa) | 14 libras (6,4 kg) (exclui válvula e tampa) | 4,5 | 0,16 | 3AA2015 | |
Tubos de armazenamento de gás
Para unidades de armazenamento de gás de alta pressão de volume maior, conhecidas como tubos , estão disponíveis. Eles geralmente têm um diâmetro e comprimento maiores do que os cilindros de alta pressão e geralmente têm um gargalo roscado em ambas as extremidades. Eles podem ser montados sozinhos ou em grupos em reboques, bases permanentes ou estruturas de transporte intermodal . Devido ao seu comprimento, são montados horizontalmente em estruturas móveis. No uso geral, eles são freqüentemente combinados e gerenciados como uma unidade.
Bancos de armazenamento de gás
Grupos de cilindros de tamanho semelhante podem ser montados juntos e conectados a um sistema coletor comum para fornecer maior capacidade de armazenamento do que um único cilindro padrão. Isso é comumente chamado de banco de cilindros ou banco de armazenamento de gás. O coletor pode ser disposto para permitir fluxo simultâneo de todos os cilindros ou, para um sistema de enchimento em cascata , onde o gás é retirado dos cilindros de acordo com a menor diferença de pressão positiva entre o cilindro de armazenamento e o de destino, sendo um uso mais eficiente do gás pressurizado.
Quads de armazenamento de gás
Um quadrante de gás é um grupo de cilindros de alta pressão montados em uma estrutura de transporte e armazenamento. Normalmente existem 16 cilindros, cada um com cerca de 50 litros de capacidade montados na vertical em quatro filas de quatro, em uma base quadrada com uma estrutura de planta quadrada com pontos de levantamento na parte superior e podem ter ranhuras para empilhadeiras na base. Os cilindros são geralmente interconectados como um coletor para uso como uma unidade, mas muitas variações no layout e na estrutura são possíveis.
Veja também
- Gás engarrafado - Gás comprimido e armazenado em cilindros
- Vaso de pressão - Recipiente projetado para conter gases ou líquidos a uma pressão substancialmente diferente da pressão ambiente
- Polímero reforçado com fibra de carbono
- Recipiente de pressão recoberto composto - Recipiente que consiste em um revestimento não estrutural fino envolto em um compósito de fibra estrutural, projetado para manter um fluido sob pressão
- Carrossel de enchimento - Dispositivo para encher cilindros de gás liquefeito de petróleo
- Gás industrial - materiais gasosos produzidos para uso na indústria
- Tanque de armazenamento - Recipiente para líquidos ou gás comprimido
- Recomendações da ONU sobre o transporte de mercadorias perigosas - Recomendações de boas práticas no transporte de mercadorias perigosas por todos os meios de transporte, exceto por navios-tanque a granel
- Garrafa de aula - pequena botija de gás normalmente usada para gases especiais