Perché i gas liquefatti e compressi vengono conservati in bombole? Tipi di recipienti + regole di utilizzo

Lo ammetta, il combustibile blu è molto comodo da usare e costa poco. La sua popolarità è rafforzata dalla sicurezza ecologica e dalla disponibilità quasi universale. Ma ha mai seriamente riflettuto sul perché i gas compressi siano contenuti in bombole speciali e su come ciò influisca sulla sua sicurezza?

Nell'articolo che le presentiamo troverà risposte dettagliate e tecnicamente fondate a queste domande. Le spiegheremo la differenza tra un ambiente gassoso liquefatto e la sua controparte compressa. La informeremo sulle caratteristiche tecniche dei contenitori per gas, sulle regole per il loro riempimento e trasporto.

Perché si comprimono i gas e come ciò influisce sulle bombole?

Allo stato gassoso, le sostanze non hanno una forma definita a differenza dei solidi. Possono essere conservate e trasportate solo in contenitori ermetici.

Tuttavia, a causa della bassa densità, anche una quantità trascurabile di gas occupa un grande volume. Ad esempio, per trasportare solo 26,9 kg di propano nel suo normale stato gassoso, sarebbe necessario un enorme contenitore con un volume di circa 14.000 litri.

Il propano e il butano sono i gas più richiesti nel settore domestico e comunale. Si ottengono durante la raffinazione del petrolio o vengono estratti dal petrolio durante la sua estrazione, ad esempio con la tecnologia del fracking.

Il problema si risolve comprimendo il gas applicando una pressione esterna. Di conseguenza, la sua densità aumenta e il volume diminuisce. Dopo la compressione, gli stessi 26,9 kg di propano si trovano in un recipiente di 50 litri.

Durante la compressione, gas come propano, butano, ammoniaca, cloro, anidride carbonica passano allo stato liquido, per cui vengono chiamati liquefatti. Ossigeno, argon, metano rimangono allo stato gassoso e sono chiamati gas compressi.

Qui è necessario chiarire che è possibile trasformare qualsiasi gas in liquido mediante compressione, ma la pressione deve essere superiore e la temperatura notevolmente inferiore alla normale temperatura dell'aria.

Per gas compressi e liquefatti, i contenitori ordinari non sono adatti. Cercando di espandersi, il gas li distruggerebbe rapidamente e si libererebbe, con conseguenti esplosioni, incendi, avvelenamenti e perdite finanziarie. Per questo si utilizzano recipienti speciali in pressione interna, meglio conosciuti come bombole di gas.

Caratteristiche costruttive delle bombole di gas

I requisiti costruttivi delle bombole di gas, inclusi dimensioni e spessore delle pareti, sono stabiliti da norme tecniche statali. Maggiore è la pressione applicata per comprimere il gas, più resistente deve essere il contenitore.

I corpi dei recipienti per metano compresso, utilizzato come carburante per motori a combustione interna, non hanno giunture e sono composti da involucri metallici e compositi. Sono progettati per una pressione fino a 245 kg/cm².

L'ossigeno e l'argon sono utilizzati per lavori di saldatura. Le bombole per essi sono prodotte secondo la GOST 949-73. Il materiale è acciaio al carbonio o legato. Con un volume di 20-50 litri, i recipienti in acciaio legato con pareti di spessore 6 mm sono in grado di sopportare una pressione interna fino a 19,6 MPa.

Secondo lo standard adottato, sono verniciati esternamente con smalto blu e sul corpo riportano la scritta nera «ossigeno». I recipienti per l'argon sono grigi con scritta verde «argon puro».

Le bombole saldate in acciaio per gas di idrocarburi liquefatti sono fabbricate secondo GOST e soddisfano i requisiti di sicurezza stabiliti.

Il propano, il butano e le loro miscele sono conservati a una pressione di 1,6 MPa in bombole saldate in acciaio di colore rosso. Poiché questo gas è ampiamente richiesto per uso domestico e industriale, vale la pena esaminare più in dettaglio le caratteristiche del suo stoccaggio e trasporto, nonché le norme di sicurezza durante il riempimento delle bombole.

Utilizzo del propano-butano liquefatto

Il propano-butano tecnico (PBT), come classificato dalla GOST R 52087-2018, appartiene alla categoria dei gas di idrocarburi liquefatti (GPL). Si ottiene durante la raffinazione del petrolio. Per la transizione del PBT allo stato liquido è sufficiente un aumento di pressione relativamente piccolo. Non è necessaria una riduzione della temperatura.

A temperatura ambiente, una diminuzione della pressione porta all'evaporazione del PBT e al suo passaggio alla fase vapore. Durante il riempimento delle bombole, si forma un sistema bifase costituito contemporaneamente da gas liquefatto e dal suo vapore.

Questa proprietà rappresenta un vantaggio rispetto ad altri tipi di gas combustibili: la miscela propano-butano viene stoccata e trasportata come liquido, in contenitori compatti; viene invece utilizzata direttamente come gas, senza ulteriori trasformazioni, offrendo ulteriori comodità al consumatore.

Il gas liquefatto in bombole viene consegnato ai consumatori con veicoli specializzati, nel rigoroso rispetto delle norme per il trasporto di merci pericolose.

In bombole dello stesso volume, il propano-butano liquefatto contiene quasi 2 volte più gas rispetto al metano compresso. In termini di rilascio di calore, il GPL liquefatto supera anche il metano compresso a parità di volume.

Grazie alla ridotta quantità di metallo, le bombole per GPL hanno un peso inferiore. Ciò riduce i costi di trasporto, diminuisce il numero di consegne e rende economicamente vantaggioso l'uso della miscela propano-butano per scopi domestici e industriali.

Il GPL è richiesto nei centri abitati che non hanno accesso alle reti gasdotte. Viene utilizzato per cucinare, riscaldare acqua e fluidi termovettori negli impianti di riscaldamento da parte di abitazioni private, esercizi di ristorazione e commercio, aziende agricole e basi per vacanze.

Bombole per la miscela propano-butano

Il GPL si trova nelle bombole a una pressione decine di volte inferiore a quella necessaria per lo stoccaggio di gas compressi. Ciò semplifica la tecnologia di produzione e riduce il consumo di metallo delle bombole. Tuttavia, a queste bombole vengono imposti anche requisiti severi.

Per la miscela di propano-butano sono previste bombole in acciaio saldate da 5, 12, 27, 50 litri, progettate per una pressione interna fino a 1,6 MPa.

È possibile anche conservarli in bombole di materiale composito, progettate per 2,0 MPa. La struttura, la forma e le dimensioni di ogni parte della bombola sono definite dalle norme tecniche statali.

Un'alternativa alle tradizionali bombole in acciaio sono le più recenti bombole in materiale composito, con una durata di servizio di 20 anni e una frequenza di prova di 5 anni.

Secondo GOST 15860-84, l'elemento cilindrico (fusto) della bombola, il suo fondo e gli anelli di rinforzo sono realizzati in acciai ad alta resistenza. La superficie deve essere priva di crepe, cavità e altri difetti che riducono lo spessore delle pareti.

Il fondo viene realizzato mediante stampaggio a caldo o a freddo. Gli elementi vengono saldati tra loro. I dispositivi di chiusura vengono installati nel collo della bombola. Per la completa tenuta del giunto si utilizzano litargirio o minio.

I cappellotti di protezione possono essere in acciaio o ghisa, con attacco filettato o senza filettatura. Il requisito principale è la capacità di garantire una protezione affidabile del dispositivo di chiusura.

La bombola assemblata deve essere:

• robusta;
• ermetica;
• senza deformazioni.

All'esterno, la bombola viene verniciata con smalto rosso resistente agli agenti atmosferici. La dicitura del contenuto «Propano» viene scritta con smalto bianco al centro della parte cilindrica del corpo. La non conformità della scritta e della colorazione allo standard stabilito è motivo di scarto della bombola.

Ogni bombola sul collare o sul collo deve avere una targa identificativa con indicazione del produttore, data di fabbricazione e collaudo, caratteristiche tecniche.

Secondo la GOST R 55559-2013, una bombola composita è costituita da un involucro interno di tenuta (liner), sul quale è avvolto materiale composito. Sono ammesse anche altre soluzioni tecniche. Il colore della bombola composita è anch'esso rosso.

La bombola è dotata di valvole di intercettazione e sicurezza, inclusi dispositivi di sicurezza contro l'aumento di pressione e di temperatura, aumentandone la sicurezza.

Durante l'utilizzo di bombole composite, è necessario considerare il principio di funzionamento dei dispositivi di sicurezza. In caso di riempimento eccessivo o espansione del gas dovuta all'aumento della temperatura, l'eccesso viene rilasciato all'esterno. Ciò può portare a un aumento della concentrazione di gas nell'ambiente in cui è posizionata la bombola.

Per prevenire il superamento della concentrazione di gas, aiuta un sensore di perdita con allarme acustico, che viene fissato a muro in cucina o in un altro ambiente gasato.

Prima di inviare le bombole alla vendita, i produttori effettuano test di accettazione. Successivamente, sia le bombole in acciaio che quelle composite devono sottoporsi a verifica tecnica ogni 5 anni.

Ogni bombola è dotata di un passaporto che ne indica le caratteristiche tecniche e le scadenze per la verifica tecnica.

Proprietà della miscela propano-butano e misure di sicurezza

Le proprietà fisiche e chimiche dei gas determinano non solo i requisiti costruttivi delle bombole, ma anche le misure di sicurezza durante il loro riempimento, trasporto e utilizzo.

L'aumento della temperatura esterna provoca l'espansione della frazione liquida di propano-butano, pertanto è consentito riempire le bombole al massimo all'85% del loro volume. Ad esempio, una bombola da 50 litri, che teoricamente contiene 26,9 kg di propano-butano liquefatto, dopo il rifornimento contiene effettivamente circa 21 kg. Lo spazio libero viene riempito dalla fase vapore.

I limiti inferiori di esplosività del propano e del butano sono rispettivamente del 2,3% e dell'1,9% del volume dell'ambiente, rendendo le loro miscele gas-aria estremamente esplosive. I consumatori e il personale delle stazioni di riempimento gas devono evitare la formazione di concentrazioni esplosive e fonti di accensione del GPL.

Il riempimento di una bombola di GPL oltre l'85% comporta rischio di esplosione e incendio, il rischio è particolarmente elevato nel periodo autunno-invernale.

Le miscele di propano-butano sono più pesanti dell'aria e anche in caso di piccole perdite possono accumularsi in scantinati e piani interrati in concentrazioni pericolose. Da qui il divieto di installare apparecchiature a gas in tali ambienti.

Grattugi il sapone da bucato, lo aggiunga all'acqua, monti la schiuma con un pennello e applichi la soluzione saponata sulla zona problematica – la comparsa di bolle indica una perdita di gas.

Il propano-butano, come l'anidride carbonica, ha un effetto non tossico ma asfissiante sull'uomo e sugli animali quando la concentrazione di ossigeno nell'aria scende al 19%. Ciò può portare a un deterioramento della salute umana e alla morte. Il GPL non ha odore, quindi vengono aggiunti odoranti per aiutare a rilevarne la presenza nell'aria.

La mancata osservanza delle misure di sicurezza porta al verificarsi di situazioni di emergenza a causa di perdite di gas e della sua accensione. È anche possibile un rilascio e un'esplosione del gas con la distruzione della bombola.

Regole per il riempimento delle bombole di gas domestiche

Il riempimento viene effettuato in stazioni appositamente attrezzate con pesatura automatica obbligatoria e interruzione del gas tramite dosatore. Ciò consente di controllare il grado di riempimento con elevata precisione.

Le bombole non sono ammesse al riempimento nei seguenti casi:

• valvola o rubinetto difettosi;
• assenza di pressione residua;
• scadenza del termine di revisione;
• difetti sulla superficie;
• marcatura e verniciatura non conformi al GOST.

Nelle stazioni di rifornimento di gas per auto che non dispongono di licenza separata e di attrezzature adeguate, il rifornimento di bombole domestiche è vietato per legge.

Le attrezzature delle stazioni di rifornimento GPL sono progettate solo per bombole auto dotate di interruttori (multivalvole) che impediscono il riempimento oltre il normale.

Per il riempimento delle bombole di gas domestiche è necessaria un'attrezzatura speciale, diversa da quella di una normale stazione di rifornimento GPL.

Si ricordi: se a temperature negative si riempie una bombola di propano-butano oltre l'85% e poi la si porta in un ambiente caldo, è possibile un'esplosione.

Durante lo spostamento, le bombole vengono protette da cadute e urti, non vengono capovolte con i cappucci verso il basso. Il carico e lo scarico dall'auto vengono effettuati a motore spento.

Sicurezza del riscaldamento e dell'acqua calda sanitaria con gas in bombole

In assenza di accesso alla rete del gas centralizzata, come combustibile per sistemi di riscaldamento autonomi e scaldacqua può essere utilizzato il gas liquefatto. È più economico dell'elettricità. A differenza della legna, del carbone o del diesel, non inquina l'aria con prodotti di combustione solidi, quindi è più ecologico.

Invece delle bombole, nelle abitazioni private si possono utilizzare gasometri con volume fino a 20.000 litri, se non si presentano problemi per il loro riempimento.

Nell'organizzare un sistema di riscaldamento e acqua calda sanitaria a GPL, è necessario considerare i requisiti dello SNiP 42-01-2002.

Oltre alle bombole (50 l), viene utilizzata la seguente attrezzatura:

• caldaia a gas;
• riduttori di pressione;
• valvole di intercettazione;
• componenti della tubazione del gas;
• radiatori.

La caldaia può essere a uno o due circuiti, ma obbligatoriamente con bruciatore per gas liquefatto. Se il gas in bombole è una soluzione temporanea e la casa è prevista per essere collegata alla rete di gas cittadina, è razionale acquistare una caldaia per gas di rete e un'apparecchiatura aggiuntiva per GPL. Una caldaia a due circuiti fornisce sia acqua calda sanitaria che riscaldamento degli ambienti.

È possibile installare una caldaia a condensazione ad alta efficienza, dotata di due scambiatori di calore per il riscaldamento del fluido termovettore e per la produzione di acqua calda sanitaria. In tale caldaia, il vapore acqueo generato dalla combustione del gas viene convertito in liquido, consentendo di ottenere energia termica aggiuntiva.

La potenza della caldaia viene scelta in base alla superficie dell'ambiente da riscaldare, dando preferenza a modelli con rendimento più elevato.

Alla caldaia a gas vengono collegate più bombole di gas, aumentando il volume totale di gas e prolungando l'intervallo tra i rifornimenti

Vengono utilizzate contemporaneamente più bombole da 50 litri, le più capienti, raggruppate in un'unica batteria. Le bombole sono posizionate in armadi metallici ventilati all'esterno, sul lato nord della casa, per evitare il riscaldamento da irraggiamento solare. Un'altra opzione è un locale non residenziale separato.

Per evitare che la pressione nel sistema cali durante forti gelate, gli armadi devono essere isolati con materiali non infiammabili, e nel locale va garantito un riscaldamento minimo.

È importante assicurarsi che la distanza dalla caldaia sia di almeno 2 metri e che l'apparecchiatura sia accessibile liberamente per le ispezioni. Vicino all'apparecchiatura a gas non devono esserci pozzi di scarico, cantine, scantinati, fossati. La metanizzazione di locali interrati e seminterrati è vietata.

Le bombole vengono collegate alla tubazione del gas tramite un riduttore di gas, che consente di regolare la pressione del gas durante l'erogazione. Può essere individuale per ogni bombola o comune per tutte.

Il colore del riduttore deve corrispondere a quello della bombola, quindi essere rosso (per propano-butano). Non bisogna permettere che si ostruisca, altrimenti la pressione potrebbe aumentare e l'apparecchiatura potrebbe danneggiarsi. Una volta alla settimana, il riduttore viene controllato per eventuali perdite e per verificare il funzionamento della valvola di sicurezza.

Quando si raggruppano le bombole in un'unica batteria, è razionale utilizzare una rampa per stabilizzare la pressione, composta da modulo di connessione, riduttore, filtro, valvola, stabilizzatore

Per realizzare il gasdotto si utilizzano tubi in acciaio con pareti di spessore non inferiore a 2 mm. Il tratto di tubo che attraversa la parete viene inserito in un involucro protettivo. Per il collegamento del gasdotto alla caldaia di riscaldamento può essere utilizzato un tubo flessibile. Il riduttore viene collegato al gasdotto tramite un tubo in gomma tessile (manicotto in gomma e tessuto).

Informazioni dettagliate su quale miscela di gas sia meglio utilizzare per lo stoccaggio nel serbatoio di GPL sono fornite nell'articolo seguente, che raccomandiamo di consultare.

GPL per il riscaldamento dell'acqua

Gli scaldabagni istantanei e gli scaldacqua a gas ad accumulo (caldaie), così come le caldaie per riscaldamento, possono funzionare a propano-butano. La conversione dal gas di rete al gas liquefatto viene effettuata sostituendo gli ugelli del bruciatore. In vendita esistono modelli dotati dal produttore di kit per GPL. Il collegamento alle bombole di gas avviene tramite un riduttore.

Lo scaldacqua viene installato in un locale non abitativo dotato di ventilazione e cappa aspirante. La distanza minima dallo scaldacqua a gas agli oggetti circostanti è stabilita dalle normative e deve essere rispettata per motivi di sicurezza. L'installazione in bagno è vietata.

Dotare gli scaldacqua e le caldaie di dispositivi di controllo e regolazione automatici aumenta la loro efficienza e sicurezza. I modelli moderni sono dotati di sistemi di protezione dal surriscaldamento e dall'accensione senza acqua, controllo della presenza di fiamma. Un display LED visualizza informazioni importanti, ad esempio la temperatura dell'acqua in uscita dai rubinetti.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Controllo della bombola del gas per sicurezza, durata e scarto:

Cause del calo di pressione del gas nel sistema a -42°C e metodi per combattere il congelamento delle bombole di gas:

Dopo la compressione, il gas idrocarburo si trova nella bombola a pressione elevata ed è soggetto a rapida espansione all'aumentare della temperatura.

Il rispetto delle norme di sicurezza e l'utilizzo di bombole di gas conformi agli standard stabiliti aiutano a evitare situazioni di emergenza e a utilizzare efficacemente il combustibile blu per cucinare, riscaldare gli ambienti e la fornitura di acqua calda nelle case private.

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