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)。因為每個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,充裝時不能裝得過多,一定要參照充裝系數(shù)進(jìn)行充裝,并按下式進(jìn)行計算:
F=W/V (公式1)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。由此可以各種液化性氣體的安全充裝重量W=F*V即(充裝系數(shù)*瓶體容積)。
低壓液化氣體氣瓶充裝量的計算
因為低壓液化氣體的臨界溫度(tc)高于氣瓶最高工作溫度(t=60℃),所以,低壓液化氣瓶在充裝、儲存、運輸和使用過程中都不會發(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”,這時如果溫度升高,致使液體無法膨脹,則瓶內(nèi)壓力就會驟然增高,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(公式2)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的定壓比容υp的比值就是氣瓶的充裝重量。對于低壓液化氣瓶,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:υ——飽和狀態(tài)下的液體比容,L/kg。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 (公式3)式中:d——飽和液體密度,kg/L;W、VL同前。如果我們把(公式2)式代入(公式3),則;W=(V-VG)d (公式4)
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。可是,理想狀態(tài)在生產(chǎn)實踐中是不存在的。如果我們把生產(chǎn)中某些可以預(yù)計到的誤差疊加起來,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∑n,并使其最終在氣相容積VG上得到反映的話,那么,∑n=VG/V,但我們在氣體充裝工作中常常使用的是充裝系數(shù)F,因此(公式4)中可變?yōu)槭街校篎——充裝系數(shù),kg/L。
根據(jù)中國目前的實際條件,對∑n的選取,應(yīng)考慮以下兩種情況:
⑴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±0.5~1%左右,為安全起見取n1=1%。
⑵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±0.1%。假定在稱重過程中,累積誤差約為正誤差的6倍,亦即n2=0.6%,由此得出n1和n2之和為1.6%。為安全起見,取∑n=2%。所以,低壓液化氣體的充液量在60℃時所占體積,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:確定液氯的充裝系數(shù)是多少?
解:查60℃時液氯的飽和液體密度為1.2789kg/L,其氣相空間應(yīng)為2%,所以F=(1-2%)×1.2789kg/L=1.25kg/L。
詳細(xì)的低壓液化氣體氣瓶充裝量如下表:
高壓液化氣體氣瓶充裝量的計算
因為多數(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為液態(tài),此時瓶內(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存、運輸和使用過程中,由于環(huán)境溫度的影響,當(dāng)液體溫度到達(dá)tc時,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,此時表征氣瓶的壓力狀況,實質(zhì)上就和永久氣體一樣。因此對于高壓液化氣體氣瓶,一方面和永久氣體氣瓶一樣,在20℃時內(nèi)壓不應(yīng)超過氣瓶的公稱工作壓力,在60℃時的壓力不應(yīng)超過其水壓試驗壓力的0.8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P—V—T關(guān)系,服從真實氣體狀態(tài)方程式,見公式2.20。表6—5所列充裝系數(shù)是采用偏心因子法計算出來的,其中對于臨界溫度(tc)小于氣瓶最高工作溫度(t=60℃)的高壓液化氣體,在充液量計算時,安全系數(shù)(∑n)可以不予考慮(很小);對于臨界溫度(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)密度的計算誤差要比低壓液化氣體略高,所以在充液量計算時,∑n取2.5%,即在60℃時,此類高壓液化氣體的充液量,必須小于氣瓶有效容積的97.5%,留有2.5%的氣相空間。
詳細(xì)的高壓液化氣體氣瓶充裝量如下表:
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