10.3. Приготовление искусственных газовых смесей

10.3. Приготовление искусственных газовых смесей

Искусственные газовые смеси приготовляются на типовых установках (см. рис 8.15) по заданным значениям содержания компонентов газа в смеси; при этом необходимо контролировать допустимые значения скорости потока кислорода в трубопроводах.

Состав компонентов газовых смесей. Для определения необходимого количества компонентов гелиокислородных и воздушно-гелиокислородных смесей используют графики и номограмму (рис. 10.3, 10.4 и 10.5).

Пример 10.10. Баллон Г (см. рис. 8.15) наполнен гелием до абсолютного давления 120 кгс/см² (по манометру 119 кгс/см²). Требуется приготовить гелиокислородную смесь (ГКС) с содержанием кислорода по объему 7%. Определить, какое количество кислорода следует перепустить в баллон Г.

Решение. Для определения необходимого количества кислорода, перепускаемого в баллон Г, а также давления готовой смеси воспользуемся графиком (рис. 10.3), На графике от значения 120 шкалы парциального давления рг по горизонтали проводим линию до пересечения с линией 2. Из точки пересечения опускаем перпендикуляр до горизонтали рсм где находим величину абсолютного давления смеси р^см = 129. Следовательно, кислород следует перепускать в баллон Г, повышая в нем абсолютное давление до 129 кгс/см² или до 128 кгс/см² по манометру на перепуске.

Пример 10.11. В баллоне Г (см. рис. 8.15) нужно приготовить воздушно-гелиевую смесь (ВГС) с содержанием гелия 67% абсолютным давлением 150 кгс/см². Определить, какое количество гелия (по давлению) нужно иметь в баллоне Г.

Решение. По графику рис. 10.3 из точки 150 шкалы р восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с прямой 3 и из этой точки проводим горизонталь до пересечения шкалы p^г, з точке которой получим абсолютное давление гелия 100,5 кгс/см², до которого нужно наполнить первоначально баллон Г гелием, а затем повысить абсолютное давление в баллоне Г до 150 кгс/см² (до 149 кгс/см² по манометру) путем подачи в него воздуха.

Пример 10.12. Требуется приготовить на установке (см. рис. 8.15) азотногелиокислородную смесь составом: гелий -50%, азот -25%, кислород – 25%. Абсолютное давление смеси равно 150 кгс/см².

Решение. По графику (рис. 10.3) определяем абсолютное парциальное давление гелия, для чего проводим прямую (накладываем линейку), соединяющую точку на шкале % со значением 50 с пересечением ординат. Из точки 150 шкалы р восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с прямой «50-0», из точки пересечения по горизонтали на шкале рг определяем значение абсолютного давления гелия – 75 кгс/см².

Проводим заполнение баллона С гелием до абсолютного давления 75 кгс/см². Аналогично определяем парциальное давление азота

рпв = 37,5 кгс/см 2 .

Из точки 37,5 на шкале рг проводим горизонталь до пересечения с наклонной (79%). Из точки пересечения опустим перпендикуляр до шкалы Рсм и определим абсолютное парциальное давление воздуха – 47,5 кгс/см². Количество чистого кислорода из группы баллонов К составит

Следовательно, после наполнения баллона С гелием следует подать в баллон С кислород до абсолютного давления в баллоне, равного 75+27,5=102,2 кгс/см² (101,2 -по манометру), а затем подать воздух до абсолютного давления р^см = 150 кгс/см² (149 кгс/см² – по манометру).

Рис. 10.3. График зависимости давления газовой смеси от парциального давления ее компонентов: 1 – прямая ГКС-97 при 97% Не; 2 – прямая ГКС-93 при 93% Не; 3 – прямая ВГС-67 при 67% Не; 4 – прямая ВГС-50 при 50% Не

Рис. 10.4. Номограмма для определения добавочного количества гелия Aрне и воздуха AрВ для изменения состава воздушно-гелиевых смесей в баллонах: 1 – прямая приготовления ВГС-50 из ВГС-67; 2 – прямая приготовления ВГС-67 из ВГС-50

Рис, 10.5. График для определения добавочного количества гелия Ар HE для изменения состава воздушно-гелиевой смеси в баллонах до конечного давления смеси p см =150 кгс/см 2 : 1 – прямая приготовления ВГС-50 из ВГС-67; 2 – прямая приготовления ВГС-50 из ВГС-50; 3 – прямая приготовления ВГС-67 из ВГС-67; 4 – прямая приготовления ВГС-67 из ВГС-50

Таблица 10.2. Допустимые скорости кислорода в трубопроводах

* Скорости, ограниченные температурным фактором при повышении давления в наполняемом баллоне. При определении скорости повышения давления в наполняемом баллоне приняты практические данные при использовании дожимающего кислородного компрессора (КД-Зм) производительностью 5 л/мин и степенью сжатия, равной 3.

Допустимые скорости кислорода в трубопроводах при приготовлении искусственных газовых смесей, обеспечивающие требования техники безопасности, не должны превышать значений, указанных в табл: 10.2. Контроль за скоростью потока кислорода при наполнении баллонов может осуществляться по скорости повышения давления в наполняемых баллонах в кгс/ (см²*мин)

где с – скорость кислорода, м/с;

d – внутренний диаметр кислородопровода, мм;

р^к – давление кислорода в трубопроводе, кгс/см²;

V^б – объем наполняемого баллона, л.

Пример 10.13. Требуется заполнить кислородом пустой баллон емкостью 5 л до давления 150 кгс/см². Внутренний диаметр кислородопровода 3 мм. Определить безопасно допустимую скорость и общее время наполнения баллона.

Решение. Из табл. 10.2 для баллона объемом 5 л определяем допустимую скорость повышения давления в баллоне:

от 0 до 10 – 7 кгс/(см² • мин);

от 10 до 20 – 8 кгс/(см² • мин);

от 20 до 30 – 10,0 кгс/(см² • мин);

от 30 до 150 – 50 кгс/(см² • мин).

Следовательно, степень открытия клапана с повышением давления в баллоне может постепенно увеличиваться в соответствии с полученными данными.

Продолжительность заполнения баллона (минимальное время повышения давления) должно быть (по табл. 10.2):

от 0 до 10 кгс/см² – 1 мин 30 с;

от 10 до 20 кгс/см² – 1 мин 12 с;

от 20 до 30 кгс/см² – 1 мин;

от 30 до 150 кгс/см² – 3 мин 24 с.

Общее время т t > 7 мин 06 с.