آشنایی با سیلندر گاز (کپسول گاز)

هدف از این مقاله انتقال اطلاعات اولیه و تعاریف کلی در مورد سیلندر گاز ( کپسول گاز )  و تجهیزات جانبی آن برای آشنایی بیشتر مصرف کنندگان سیلندرهای تحتف فشار می باشد.

در این مقاله با این موارد آشنا خواهید شد:

• سیلندرگاز (کپسول گاز)
• جنس سیلندر گاز
• مقررات و آزمایش
• شیر سیلندر گاز
• رگلاتور سیلندر گاز
• ایمنی و استاندارد
• کد گذاری رنگ ها
• تیوپ ذخیره گاز
• بانک دخیره گاز
• پالت منیفولد

سیلندرگاز (کپسول گاز) – Gas Cylinder :

سیلندر گاز ( کپسول گاز ) نوعی مخزن تحت فشار است که برای ذخیره‌سازی و نگهداری گازها در بالای فشار اتمسفر استفاده می‌شود. در سایر کشورها سیلندرهای گاز با فشار بالا را مخزن، Tank و Bottle هم می‌نامند. محتوی ذخیره‌شده در داخل سیلندر بسته به ویژگی‌های فیزیکی آن می‌تواند در حالت مایع، بخار یا گاز فشرده، سیال فوق بحرانی یا محلول در یک ماده بستر باشد.

طراحی سیلندر گاز (کپسول گاز ) معمولی،  طولی و ایستاده با انتهایی صاف است و شیر و قطعۀ اتصال برای متصل شدن به تجهیزات گیرنده در سر قرار داده شده است.

اصطلاح سیلندر نباید با مخزن ( تانک ) اشتباه گرفته شود. تانک یک ظرف روباز یا دارای تهویه است که مایعات را تحت نیروی گرانش ذخیره می کند. اگرچه اصطلاح مخزن غواصی معمولاً برای اشاره به سیلندرهای مورد استفاده در زیر آب برای تأمین اکسیژن تنفسی مورد استفاده قرار می گیرد.

در ایالات متحده معمولاً برای اشاره به گاز مایع از اصطلاح گاز بطری ( Bottled Gas ) استفاده می‌شود. گاهی در پزشکی و خصوصاً برای مخزن اکسیژن قابل حمل از گاز بطری استفاده می‌شود. معمولاً گازهای صنعتی بسته‌بندی‌شده را سیلندر گاز می‌نامند اما گاهی از اصطلاح گاز بطری هم استفاده می‌شود. برای سیلندرهای حاوی پروپان از اصطلاح تانک پروپان هم استفاده می‌شود.

در انگلستان و دیگر بخش‌های اروپا در هر کاربردی، چه صنعتی، چه پزشکی یا گاز مایع، از اصطلاح گاز بطری استفاده می‌شود. برعکس، آنچه که در ایالات متحده گاز مایع نامیده می‌شود، در انگلستان با عنوان LPG شناخته می‌شود و با استفاده از یکی از نام‌های تجاری متعددش یا بسته به حرارت خروجی مورد نیاز با اسامی بوتان یا پروپان مورد اشاره قرار می‌گیرد.

لازم به ذکر است سیلندرهای تحت فشار در انواع سایز ها قابل تولید می باشد ( سایزهای 2 – 5 -10 – 20 -40  -50 لیتری )

جنس سیلندر گاز – Materials :

براساس کدهای طراحی، استانداردهای کاربرد و هزینۀ مواد، جنس بیشتر سیلندرها استیل بدون جوش می باشد؛ استیل به نحوی طراحی شده است که در مقابل فرسایش مقاوم باشد. بعضی سیلندرهای کم‌وزن جدید از استیل ضدزنگ و مواد کمپوزیت ساخته شده‌اند. به دلیل مقاومت کششی بسیار بالای پلیمر تقویت‌شده با فیبر کربن این محفظه‌ها می‌توانند بسیار سبک باشند اما تولیدشان سخت‌تر است.

سیلندرهای تقویت‌شده یا ساخته‌شده با مواد فیبری معمولاً نسبت به سیلندرهای فلزی بررسی بیشتری نیاز دارند، مثلاً هر  سال به جای هر 5 سال، و باید دقیق‌تر از سیلندرهای فلزی بررسی شوند. ممکن است طول عمر محدودی داشته باشند.

بازۀ بررسی سیلندرهای استیل از 5 یا 6 سال به 10 سال افزایش یافته است. ( در ایرن این بازه تست سیلندرها همان 5 سال می باشد.)

سیلندرهای کمپوزیت فیبری در اصل برای طول عمر محدود 15، 20 یا 30 ساله ساخته شده بودند در حالی که امروزه از سیلندرهای استیل تا حدود 70 سال استفاده می‌شود و حتی اگر آزمایش و بررسی مرتب انجام شود بیشتر از این هم قابل استفاده خواهند بود. سیلندرهایی که کمپوزیتی هستند  تا وقتی آسیبی نبینند عمر نامحدود ( non-limited-life ) خواهند داشت.

از زمانی که از مواد کمپوزیت فایبرگلاس برای تقویت سیلندرها استفاده شد ساختارهای متنوعی برای محفظه‌های با فشار بالا به وجود آمده است.

 اما به صورت کلی مواد استفاده شده در ساخت سیلندرهای تحت فشار به شرح زیر است:

• فولاد کربن – منگنز
• فولاد نیکل- کروم
• فولاد ضد زنگ
• آلیاژهای آلومینیوم

در ایران ساخت سیلندر های تحت فشار مطابق با استاندارد ملی 7909 می باشد.

مقررات و آزمایش

بیشتر کشورها در سراسر جهان مقرراتی برای حمل و نقل سیلندر گاز ( کپسول گاز ) با فشار بالا وضع کرده‌اند. در ایالات متحده مسئول این کار وزارت حمل و نقل ایالات متحده[1]( DOT ) است. در انگلستان نیز وزارت حمل و نقل[2] (DFT) مقررات حمل و نقل اروپا[3] ( ADR ) را اجرا می‌کند. در کانادا سازمان مسئول، حمل و نقل کانادا ( TC )[4]است. آژانس‌های غیروابسته‌ای که آزمایش‌ها را اجرا می‌کنند مثل آزمایشگاه‌های Underwriters ( UL ) می‌توانند ملزومات دیگری هم برای طراحی یا عملکرد سیلندرها در نظر بگیرند. هر سازندۀ سیلندرهای با فشار بالا ملزم است که نمایندۀ کیفی مستقلی داشته باشد تا کیفیت و امنیت محصول را بررسی کند.

در انگلستان اجرای مقررات برعهدۀ «مقام صلاحیت‌دار» – وزارت حمل و نقل (DfT) – است و تعیین آزمونگرهای مجاز سیلندرها توسط سرویس اعتبارگذاری پادشاهی انگلستان ( UKAS ) انجام می‌شود. این سرویس در مورد تأیید افراد توسط آژانس صدور گواهی خودرو[5] ( VCA ) نظر می‌دهد.

[1] united states department of transportation

[2] department for transport

[3] European transport regulations

[4] transport Canada

[5] vehicle certification agency

برای آزمایش سیلندرهای مختلف آزمایش‌های متعددی وجود دارد. تست هیدرواستاتیک، تست انفجار، ( burst test ) مقاومت کششی نهایی، تست اثر چارپی و چرخۀ فشار برخی از معمول‌ترین این آزمایش‌ها هستند.

معمولاً در فرایند ساخت اطلاعات مهم روی سیلندر چاپ یا حک دائمی می‌شوند. معمولاً این اطلاعات شامل نوع سیلندر، فشار کار یا سرویس، شماره سریال، تاریخ ساخت، کد ثبت‌شدۀ سازنده و گاهی فشار آزمایشی هستند. بسته به مقررات ممکن است اطلاعات دیگری هم روی سیلندر چاپ شود.

سیلندرهای پرفشاری که -بیشترشان- بارها استفاده می‌شوند به شکل هیدرواستاتیک یا اولتراسونیک قابل آزمایش هستند و هرچند سال یک بار از نظر ظاهری بررسی می‌شوند. در ایالات متحده بسته به نوع سیلندر و کاری که می‌کند انجام آزمایش هیدرواستاتیک/ التراسونیک هر پنج سال یک بار یا هر ده سال یک بار ضروری است.

شیر سیلندر گاز – Valve: 

بر روی سر سیلندرهای گاز شیر قرار می گیرد. حین ذخیره‌سازی، حمل و جابجایی که گاز استفاده نمی‌شود باید یک کلاهک روی شیر کشیده شود تا اگر سیلندر افتاد، شیر آسیب نبیند یا نشکند. گاهی به جای کلاهک یک بست یا حلقه دور اجزای شیر قرار داده می‌شود.

معمولاً به شیری که روی سیلندرهای صنعتی، پزشکی و غواصی قرار دارد بنا به نوع گاز و استاندارد آن متفاوت می باشند. این شیر ها بنا به نوع استاندارد و خواص گازی که دارند راست گرد و چپ گرد می باشند.

استاندارد ها در دنیا متفاوت هستند:

• CGA استاندارد آمریکا 
• DIN 477 استاندارد آلمان 
• BS 314 استاندارد بریتانیا 
• AFNOR استاندارد فرانسه 
• UNI استاندارد ایتالیا

در ایران بیشتر شیر سیلندر ها دارای استاندارد BS 314 و DIN 477 می باشند.

رگلاتور سیلندر گاز – Regulator :

زمانی که ما از یک منبع گازی ( سیلندر، پالت و …  ) با فشار زیاد می خواهیم استفاده کنیم نیاز به تجهیزاتی به نام رگلاتور داریم. رگلاتور ها فشار بالای گازی را به فشار مناسب برای مصرف تبدیل می کند. به صورت کلی رگلاتور ها یا تک مرحله ای هستند یا دو مرحله ای.

مهمترین تفاوت رگلاتور تک مرحله ای و دو مرحله ای، در ثبات فشار گاز خروجی می باشد. از آن جایی که در رگلاتور دو مرحله ای، فشار در دو مرحله، در مرحله اول به مقدار زیاد و در مرحله دوم به مقدار خیلی کم کاسته می شود، فشار و نرخ خروج گاز از این رگلاتور ها ثابت باقی خواهند ماند.

دسته بندی رگلاتورها در محل مصرف :

• رگلاتورهای سرکپسولی
• رگلاتورهای بین خطی یا لاین
• رگلاتورهای نقطه مصرف Point of use
• پانل های تأمین گاز ( تک ورودی یا دو ورودی )

کدگذاری رنگ‌ها

سیلندرهای گاز معمولاً کدگذاری رنگی شده‌اند اما کدها در حوزه‌های قانونی مختلف استاندارد نیستند و گاهی مقرراتی ندارند. نمی‌توان به راحتی از رنگ سیلندر برای شناسایی محصول استفاده کرد؛ ماهیت گاز داخل سیلندر از طریق برچسب‌هایی که رویشان قرار می‌گیرد تشخیص داده می‌شود.

تیوب ذخیرۀ گاز

برای ذخیرۀ حجم بیشتر گاز فشرده می‌توان از واحدهای ذخیرۀ گاز به نام تیوب استفاده کرد. تیوب‌ها نسبت به سیلندرهای تحت فشار قطورتر و طویل‌تر بوده و معمولاً در هر دو سرشان گلویی بسته‌شده‌ای دارند. این تیوب‌ها را می‌توان به تنهایی یا گروهی روی تریلر، پایه‌های دائمی یا فریم‌های حمل با چند وسیلۀ نقلیه قرار سوار کرد. به دلیل طول زیادی که تیوب‌ها دارند به شکل عمودی روی سازه‌های متحرک سور می‌شوند. در استفاده‌های عادی این تیوب‌ها را به هم وصل کرده و به عنوان یک واحد مدیریت می‌کنند.

بانک ذخیرۀ گاز

گروهی از سیلندرها به اندازه‌های مشابه را با هم سوار کرده و به یک سیستم چندشاخه وصل می‌کنند تا ظرفیت ذخیره‌سازی بزرگتری از یک سیلندر استاندارد به دست آید. معمولاً به این ساختار بانک سیلندر یا بانک ذخیرۀ گاز گفته می‌شود. این سیستم چندشاخه به نحوی قابل تنظیم است که امکان جریان همزمان ازهمۀ سیلندرها باشد، یعنی سیستم پرکنندۀ آبشاری، که در آن گاز طبق کمترین اختلاف فشار مثبت بین سیلندر مقصد و سیلندر ذخیره از سیلندرها خارج می‌شود. این روش طریق کارآمدتری برای استفاده از گاز فشرده‌ شده است.

پالت منیفولد

گروهی از سیلندرهای پرفشار است که روی چارچوب حمل و نقل و ذخیره سوار شده‌اند. در هر کواد معمولاً 16 سیلندر وجود دارد که هرکدام حدود 50 لیتر ظرفیت دارند و به شکل ایستاده در چهار ردیف چهارتایی روی یک پایۀ مربعی با فریم مربعی سوار شده‌اند. نقطۀ لیفت کواد بالای آن قرار دارد و ممکن است روی پایه درز‌هایی برای فورک‌لیفت هم داشته باشد. سیلندرها معمولاً به شکل یک چندشاخه به یکدیگر وصل هستند و به عنوان یک واحد استفاده می‌شوند اما آرایش‌ها و ساختارها می‌تواند متنوع باشد.