Por que gases liquefeitos e comprimidos são armazenados em cilindros? Tipos de recipientes + regras de operação

Concorde, o combustível azul é muito conveniente de usar e tem um preço acessível. Sua popularidade é fortalecida pela segurança ambiental e pela disponibilidade quase universal. Mas você já pensou seriamente por que os gases comprimidos são armazenados em cilindros especiais e como isso afeta a sua segurança?

No artigo que apresentamos, você encontrará respostas detalhadas e tecnicamente fundamentadas para essas perguntas. Explicaremos a diferença entre o meio gasoso liquefeito e o análogo comprimido. Apresentaremos as características técnicas dos recipientes para gás, as regras para sua recarga e transporte.

Por que os gases são comprimidos e como isso afeta os cilindros?

No estado gasoso, as substâncias não têm forma definida, ao contrário dos sólidos. Elas só podem ser armazenadas e transportadas em recipientes herméticos.

Mas devido à baixa densidade, mesmo uma pequena quantidade de gás em massa ocupa um grande volume. Por exemplo, para transportar apenas 26,9 kg de propano em seu estado gasoso normal, seria necessário um recipiente enorme com volume de cerca de 14.000 litros.

O propano e o butano são os gases mais requisitados no setor residencial e comercial. Eles são obtidos durante o processamento do petróleo ou extraídos do petróleo durante sua produção, por exemplo, pela tecnologia de fraturamento hidráulico.

O problema é resolvido comprimindo o gás por meio da aplicação de pressão externa. Como resultado, sua densidade aumenta e o volume diminui. Após a compressão, os mesmos 26,9 kg de propano cabem em um recipiente de 50 litros.

Ao serem comprimidos, gases como propano, butano, amônia, cloro e dióxido de carbono passam para o estado líquido, por isso são chamados de liquefeitos. Oxigênio, argônio e metano permanecem no estado gasoso e são chamados de gases comprimidos.

Aqui é necessário esclarecer que é possível transformar qualquer gás em líquido por compressão, mas a força de pressão deve ser maior e a temperatura, significativamente inferior à temperatura normal do ar.

Para gases comprimidos e liquefeitos, recipientes comuns não são adequados. Buscando expansão, o gás os destruirá rapidamente e escapará 'para a liberdade', o que já acarreta explosões, incêndios, envenenamentos e perdas financeiras. Portanto, são usados recipientes especiais sob pressão interna excessiva, mais conhecidos como cilindros de gás.

Características construtivas dos cilindros de gás

Os requisitos para a construção de cilindros de gás, incluindo dimensões e espessura das paredes, são determinados por normas técnicas estaduais. Quanto maior a pressão aplicada para comprimir o gás, mais resistente deve ser o recipiente.

Os corpos dos recipientes para metano comprimido, usado como combustível para motores de combustão interna, não possuem costuras e consistem em invólucros metálico e compósito. São dimensionados para pressão de até 245 kg/cm².

Oxigênio e argônio são usados para trabalhos de soldagem. Os cilindros para eles são fabricados de acordo com GOST 949-73. O material é aço carbono ou liga. Com volume de 20-50 litros, os recipientes de aço liga com paredes de espessura de 6 mm são capazes de suportar pressão interna de até 19,6 MPa.

De acordo com o padrão adotado, externamente são pintados com esmalte azul e no corpo têm a inscrição preta 'oxigênio'. Os recipientes para argônio são cinzas com inscrição verde 'argônio puro'.

Cilindros de aço soldados para gás liquefeito de hidrocarboneto são fabricados de acordo com GOST e atendem aos requisitos de segurança estabelecidos

Propano, butano e suas misturas são mantidos sob pressão de 1,6 MPa em cilindros de aço soldados de cor vermelha. Como este gás é amplamente utilizado para aplicações domésticas e industriais, vale a pena considerar mais detalhadamente as características de seu armazenamento e transporte, bem como as regras de segurança para o enchimento dos cilindros.

Aplicação do propano-butano liquefeito

O propano-butano técnico (PBT), conforme classificado pelo GOST R 52087-2018, pertence à categoria de gases liquefeitos de hidrocarboneto (GLH). É obtido no processamento do petróleo. Para a transição do PBT para o estado líquido, é suficiente um aumento relativamente pequeno de pressão. A redução de temperatura não é necessária.

À temperatura normal do ar, a redução da pressão leva à evaporação do PBT e sua transição para a fase de vapor. Ao encher os cilindros, forma-se neles um sistema bifásico, consistindo simultaneamente de gás liquefeito e seu vapor.

Essa propriedade é uma vantagem sobre outros tipos de gases combustíveis: a mistura propano-butano é armazenada e transportada como líquido, em recipientes compactos; e é usada imediatamente como gás, sem transformações adicionais, o que proporciona comodidades adicionais ao consumidor.

O gás liquefeito de petróleo em cilindros é entregue aos consumidores em veículos especializados, com observância obrigatória das regras de manuseio de cargas perigosas.

Em cilindros de volume idêntico, cabe quase 2 vezes mais propano-butano liquefeito do que metano comprimido. Em termos de liberação de calor, o GLP liquefeito também supera o metano comprimido na mesma quantidade volumétrica.

Devido à redução do consumo de metal, os cilindros para GLP têm menor peso. Isso reduz os custos de transporte, diminui o número de entregas e torna o uso da mistura propano-butano para fins domésticos e industriais economicamente justificado.

O GLP é procurado em localidades sem acesso a gasodutos principais. Para cozinhar, aquecer água e fluidos de aquecimento em sistemas de aquecimento, é usado por residências particulares, estabelecimentos de alimentação e comércio, fazendas e áreas de lazer.

Cilindros para mistura propano-butano

O GLP é armazenado em cilindros a uma pressão dezenas de vezes menor do que a necessária para armazenar gases comprimidos. Isso simplifica a tecnologia de produção e reduz o uso de metal nos cilindros. No entanto, também são impostas exigências rigorosas.

Para a mistura propano-butano, são utilizados cilindros de aço soldados com volumes de 5, 12, 27, 50 litros, projetados para pressão interna de até 1,6 MPa.

Também é possível armazená-los em cilindros de material compósito, projetados para 2,0 MPa. A construção, forma e dimensões de cada parte do cilindro são definidas por padrões técnicos estatais.

Uma alternativa aos cilindros tradicionais de aço são os cilindros mais novos feitos de materiais compósitos, com vida útil de 20 anos e periodicidade de testes de 5 anos.

De acordo com a GOST 15860-84, o elemento cilíndrico do cilindro (o corpo), seu fundo e os anéis de apoio são feitos de aços de alta resistência. A superfície deve estar livre de trincas, cavidades e outros defeitos que reduzem a espessura da parede.

O fundo é fabricado por estampagem a quente ou a frio. Os elementos são unidos por meio de soldagem. Os dispositivos de fechamento são instalados no gargalo do cilindro. Para vedação completa da junta, utiliza-se alvaiade ou zarcão.

Os capacetes de proteção podem ser de aço ou ferro fundido, com conexão roscada ou não. O principal requisito é a capacidade de proporcionar proteção confiável do dispositivo de fechamento.

Montado, o cilindro deve ser:

• resistente;
• vedado;
• sem deformações.

Externamente, o cilindro é pintado com esmalte vermelho resistente às intempéries. O nome do conteúdo 'Propano' é escrito com esmalte branco no centro da parte cilíndrica do corpo. A não conformidade da inscrição e da pintura com o padrão estabelecido é motivo para rejeição do cilindro.

Cada cilindro, no colarinho ou gargalo, deve ter uma placa de identificação indicando o fabricante, a data de fabricação e de testes, e as características técnicas.

De acordo com GOST R 55559-2013, o cilindro compósito consiste em um revestimento interno selante (liner) sobre o qual é enrolado o material compósito. Outras soluções técnicas são permitidas. A cor do cilindro compósito também é vermelha.

O cilindro é equipado com válvula de bloqueio e segurança, incluindo dispositivos de segurança contra sobrepressão e aumento de temperatura, o que aumenta sua segurança.

Durante a operação de cilindros compósitos, é necessário considerar o princípio de funcionamento dos dispositivos de segurança. Se o cilindro for sobrecarregado ou o gás se expandir devido ao aumento da temperatura, o excesso é liberado para o exterior. Isso pode levar a um aumento da concentração de gás no ambiente onde o cilindro está localizado.

Um sensor de vazamento com alarme sonoro, que é fixado na parede da cozinha ou de outro ambiente gaseificado, ajuda a evitar que a concentração de gás exceda o limite.

Antes de enviar os cilindros para venda, os fabricantes realizam testes de aceitação. Posteriormente, tanto os cilindros de aço quanto os compósitos devem passar por inspeção técnica a cada 5 anos.

Cada cilindro é fornecido com um passaporte, onde são indicadas suas características técnicas e os prazos para a inspeção técnica.

Propriedades do GLP e medidas de segurança

As propriedades físicas e químicas dos gases determinam não apenas os requisitos para a construção dos cilindros, mas também as medidas de segurança durante seu enchimento, transporte e operação.

O aumento da temperatura externa leva à expansão da fração líquida do propano-butano, portanto, os cilindros podem ser preenchidos no máximo até 85% do seu volume. Por exemplo, um cilindro de 50 litros, que teoricamente comporta 26,9 kg de propano-butano liquefeito, após o enchimento contém na verdade cerca de 21 kg. O espaço livre é preenchido pela fase de vapor.

Os limites inferiores de explosividade do propano e do butano são respectivamente 2,3% e 1,9% do volume do ambiente, o que torna suas misturas gás-ar extremamente explosivas. Os consumidores e funcionários das estações de enchimento de gás devem evitar a formação de concentrações explosivas e fontes de ignição do GLP.

Encher o cilindro de GLP (gás liquefeito de petróleo) com mais de 85% do volume acarreta risco de explosão e incêndio, especialmente no período outono-inverno.

As misturas de propano-butano são mais pesadas que o ar e, mesmo com pequenos vazamentos, podem se acumular em porões e subsolos em concentrações perigosas. Daí a proibição de instalação de equipamentos a gás em tais ambientes.

Rale o sabão de lavar roupas no ralador, adicione à água, faça espuma com um pincel e aplique a solução de sabão na área problemática – o aparecimento de bolhas indica vazamento de gás.

O propano-butano, assim como o dióxido de carbono, exerce sobre humanos e animais não uma ação tóxica, mas asfixiante, quando a concentração de oxigênio no ar cai para 19%. Isso pode levar à piora da saúde humana e à morte. O GLP não tem odor, por isso são adicionados odorantes à sua composição para ajudar a detectar sua presença no ar.

O não cumprimento das medidas de segurança leva a situações de emergência devido a vazamento de gás e sua ignição. Também é possível a liberação e explosão de gás com destruição do cilindro.

Regras para recarga de cilindros de gás domésticos

O enchimento é realizado em postos especialmente equipados com pesagem automática obrigatória e corte de gás por dosador. Isso permite controlar o nível de enchimento com alta precisão.

Os botijões não são permitidos para enchimento nos seguintes casos:

• válvula ou registro defeituosos;
• ausência de pressão residual;
• prazo de inspeção vencido;
• presença de defeitos na superfície;
• marcação e pintura não estão em conformidade com GOST.

Em postos de abastecimento de gás veicular que não possuam licença separada e equipamento adequado, o enchimento de botijões domésticos é proibido por lei.

O equipamento dos postos de GLP veicular é destinado apenas a cilindros automotivos equipados com cortadores (multiválvulas) que não permitem enchimento acima do normal.

Para o enchimento de botijões de gás domésticos é necessário equipamento especial, que difere do equipamento de um posto de GLP veicular comum.

Deve-se lembrar: se, em temperaturas negativas, o botijão for enchido com propano-butano a mais de 85% e depois for levado para um ambiente aquecido, pode ocorrer explosão.

Ao mover os botijões, proteja-os de quedas e impactos, não os vire com as tampas para baixo. O carregamento e descarregamento do veículo é feito com o motor desligado.

Segurança do aquecimento e AQS com gás de cilindro

Na ausência de acesso ao fornecimento centralizado de gás, o gás liquefeito pode ser usado como combustível para sistemas de aquecimento autônomo e aquecedores de água. É mais barato que a eletricidade. Ao contrário da lenha, carvão ou diesel, não polui o ar com produtos sólidos de combustão, sendo assim mais ecológico.

Em vez de botijões, em residências particulares podem-se usar gasômetros com capacidade de até 20.000 litros, se não houver problemas com o seu enchimento

Ao organizar o sistema de aquecimento e abastecimento de água quente com GLP, é necessário considerar os requisitos do SNiP 42-01-2002.

Além dos botijões (50 L), é utilizado o seguinte equipamento:

• caldeira a gás;
• reguladores de pressão;
• válvulas de bloqueio;
• componentes da tubulação de gás;
• radiadores.

A caldeira pode ser de circuito simples ou duplo, mas obrigatoriamente com queimador para gás liquefeito. Se o gás engarrafado for uma solução temporária e a casa for planejada para ser conectada ao fornecimento centralizado de gás, é racional comprar uma caldeira para gás natural e equipamento adicional para GLP. Uma caldeira de circuito duplo fornecerá simultaneamente água quente sanitária e aquecimento dos ambientes.

É possível a instalação de uma caldeira de condensação de alta eficiência, equipada com dois trocadores de calor para aquecimento do fluido de aquecimento e água quente sanitária. Nessa caldeira, o vapor de água formado durante a combustão do gás é convertido em líquido, permitindo obter energia térmica adicional.

A potência da caldeira é escolhida com base na área do ambiente a ser aquecido, dando preferência a modelos com maior rendimento (eficiência).

Vários cilindros de gás são conectados às caldeiras a gás, aumentando o volume total de gás e prolongando o intervalo entre reabastecimentos.

Vários cilindros de 50 litros, os mais espaçosos, são usados simultaneamente, combinados em uma única bateria. Os cilindros são colocados em armários metálicos ventilados do lado de fora, no lado norte da casa, para evitar aquecimento pela radiação solar. Outra opção – um edifício não residencial separado.

Para que a pressão no sistema não caia durante geadas severas, os armários devem ser isolados com materiais não inflamáveis e fornecer aquecimento mínimo no ambiente.

É importante garantir que a distância da caldeira seja de pelo menos 2 metros e que o equipamento tenha livre acesso para inspeção. Não deve haver fossas de drenagem, porões, caves ou valas perto do equipamento a gás. A gaseificação de porões e subsolos é proibida.

Os cilindros são conectados ao gasoduto através de um regulador de gás, que permite ajustar a pressão do gás durante sua extração. Pode ser separado para cada cilindro ou comum para todos.

A cor do regulador deve corresponder à cor do cilindro, ou seja, ser vermelha (para propano-butano). Não se deve permitir seu entupimento, caso contrário a pressão pode aumentar e o equipamento pode falhar. Uma vez por semana, o regulador é verificado quanto a vazamentos e funcionamento da válvula de segurança.

Ao combinar os cilindros em uma única bateria, é racional usar uma rampa para estabilização da pressão, composta por módulo de conexão, regulador, filtro, válvula, estabilizador.

Para criar o gasoduto, são usados tubos de aço com espessura de parede de pelo menos 2 mm. A seção do tubo que passa pela parede é colocada em uma bainha protetora. Para conectar a caldeira de aquecimento ao gasoduto, pode ser usada uma conexão flexível. O regulador é conectado ao gasoduto usando uma mangueira de borracha (manga de tecido de borracha).

Sobre qual mistura de gases é melhor usar para armazenamento em um gasômetro, está detalhado no artigo a seguir, que recomendamos que você leia.

GLP para aquecimento de água

Aquecedores de fluxo contínuo e aquecedores de água a gás de acumulação (caldeiras), assim como caldeiras de aquecimento, podem funcionar com propano-butano. A conversão do gás de rede para gás liquefeito também é feita substituindo os bicos do queimador. Existem modelos à venda que já vêm equipados pelo fabricante com kits para GLP. A conexão aos botijões de gás é feita através de um regulador de pressão.

O aquecedor é instalado em um cômodo não residencial com ventilação e exaustão. A distância mínima do aquecedor a gás até os objetos ao redor é definida por normas e deve ser respeitada por segurança. A instalação no banheiro é proibida.

Equipar aquecedores e caldeiras de água com dispositivos de controle e regulação automáticos aumenta sua eficiência e segurança. Os modelos modernos possuem sistemas de proteção contra superaquecimento e contra acionamento sem água, além de controle de chama. O display LED exibe informações importantes, como a temperatura da água que chega às torneiras.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Verificação da segurança do botijão de gás, vida útil e descarte:

Causas da queda de pressão do gás no sistema a -42°C e formas de combater o congelamento dos botijões de gás:

Após a compressão, o gás hidrocarboneto fica no botijão sob alta pressão e pode se expandir rapidamente com o aumento da temperatura.

O cumprimento das regras de segurança e o uso de botijões de gás que atendam aos padrões estabelecidos ajudam a evitar situações de emergência e a usar o combustível azul de forma eficiente para cozinhar, aquecer ambientes e fornecer água quente para residências particulares.

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