Баллон: устройство, виды и применение¶

Баллон — это герметичный сосуд, предназначенный для хранения, транспортировки и выдачи газообразных или жидких веществ, как правило, находящихся под давлением, превышающим атмосферное. В зависимости от назначения баллоны изготавливаются из стали, алюминия, композитных материалов или полимеров и оснащаются запорно-предохранительной арматурой. Классическая конструкция баллона включает цилиндрический корпус с выпуклым или плоским дном, горловину для установки вентиля и, в ряде случаев, защитный колпак.

¶История

Прообразы современных баллонов появились в XVII веке, когда учёные начали экспериментировать с газами. В 1648 году французский физик Блез Паскаль доказал изменение атмосферного давления с высотой, используя стеклянные сосуды. Однако промышленное производство стальных баллонов стало возможным лишь в конце XIX века после развития технологий проката и сварки металлов. В 1880-х годах французский инженер Жорж Клод разработал методы сжижения воздуха, что потребовало создания прочных ёмкостей для хранения кислорода и азота. Массовое распространение баллоны получили в начале XX века с развитием сварочного производства, медицины и пищевой промышленности. В 1920-х годах в СССР начался выпуск стандартизированных стальных баллонов по единым техническим условиям, что позволило унифицировать оборудование и арматуру.

¶Классификация и виды

Баллоны различают по нескольким основным критериям.

¶По назначению и содержимому

• Газовые баллоны — для сжатых (кислород, азот, гелий, водород), сжиженных (пропан-бутан, углекислота, аммиак) и растворённых (ацетилен) газов. Каждому газу соответствует своя окраска корпуса и маркировка: кислородные баллоны окрашиваются в голубой цвет, пропановые — в красный, ацетиленовые — в белый, углекислотные — в чёрный.
• Баллоны для жидкостей — используются для хранения огнетушащих составов (порошок, пена), хладагентов (фреон), а также пищевых жидкостей (сифонные баллончики для газированной воды).
• Медицинские баллоны — применяются для кислородной терапии, наркозных смесей и дыхательных аппаратов; отличаются повышенными требованиями к чистоте и стерильности внутренней полости.
• Баллоны высокого давления — рассчитаны на рабочее давление от 150 до 300 атмосфер и выше; используются в аквалангах, пневматическом оружии, системах пожаротушения.

¶По материалу изготовления

• Стальные баллоны — наиболее распространённый тип, изготавливаются из углеродистой или легированной стали методом горячей штамповки или сварки. Отличаются высокой прочностью, но имеют значительную массу.
• Алюминиевые баллоны — легче стальных, не подвержены коррозии, применяются в дыхательных аппаратах и в бытовых сифонах.
• Композитные баллоны — состоят из полимерного лейнера (внутренней оболочки), армированного стекловолокном или углеродным волокном. Самые лёгкие и безопасные, однако дороги в производстве и требуют особых условий эксплуатации.
• Полимерные баллоны — используются для хранения газов при низком давлении, например, в портативных горелках.

¶По объёму

Промышленность выпускает баллоны объёмом от 0,4 литра (портативные туристические горелки) до 80–100 литров (стационарные установки). Наиболее распространены баллоны на 5, 10, 27, 40 и 50 литров.

¶Устройство и конструкция

Типовой газовый баллон состоит из следующих элементов:

• Корпус — цилиндрическая ёмкость, выдерживающая внутреннее давление. Толщина стенок стального баллона на 40 литров составляет около 3–4 мм, рабочее давление — 150 атмосфер.
• Горловина — суженная верхняя часть корпуса с резьбой для установки вентиля.
• Вентиль — запорное устройство, регулирующее подачу газа. Для разных газов используются вентили с различной резьбой и типом соединения (например, для кислорода — резьба 3/4 дюйма с правой нарезкой, для пропана — левая резьба).
• Кольцо на горловине — служит для навинчивания предохранительного колпака.
• Башмак — опорное кольцо в нижней части, обеспечивающее устойчивость баллона в вертикальном положении.
• Защитный колпак — металлический или пластмассовый кожух, предохраняющий вентиль от повреждений при транспортировке.

На корпус баллона наносится паспортная табличка с указанием завода-изготовителя, номера, даты изготовления, рабочего и испытательного давления, объёма и даты следующего освидетельствования.

¶Применение

Баллоны находят применение в десятках отраслей:

• Промышленность — газовая сварка и резка металлов (кислород, ацетилен, пропан), инертные среды для защиты сварных швов (аргон, гелий), технологические газы для химических производств.
• Медицина — кислородные подушки и аппараты ИВЛ, наркозные смеси, медицинский закись азота.
• Быт и туризм — газовые плиты и горелки на пропан-бутановых баллонах, портативные баллончики для горелок, баллоны для газирования воды.
• Пожаротушение — углекислотные и порошковые огнетушители, системы газового пожаротушения.
• Транспорт — газобаллонное оборудование (ГБО) для автомобилей, работающих на пропане или метане, криогенные ёмкости для перевозки сжиженного природного газа.
• Дайвинг — баллоны со сжатым воздухом или дыхательными смесями для подводных погружений.

¶Правила эксплуатации и безопасность

Баллоны относятся к объектам повышенной опасности, их эксплуатация регламентируется федеральными нормами и правилами промышленной безопасности. Основные требования включают:

• Запрещается использовать баллоны с истёкшим сроком освидетельствования. Периодичность проверки стальных баллонов — раз в 5 лет, композитных — раз в 3–5 лет в зависимости от модели.
• Газовые баллоны нельзя хранить вблизи источников тепла, под прямыми солнечными лучами, в жилых помещениях без специальной вентиляции.
• При транспортировке баллоны должны быть закреплены и снабжены защитными колпаками.
• Запрещается эксплуатация баллона при повреждении корпуса, вентиля или утечке газа.
• Заправку баллонов разрешается производить только на специализированных наполнительных станциях, имеющих соответствующую лицензию.

При утечке бытового пропана (который тяжелее воздуха) газ скапливается в нижней части помещения, что создаёт опасность взрыва при малейшей искре. Поэтому для обнаружения утечек в пропановые смеси добавляют одорант — вещество с резким запахом (обычно этилмеркаптан).

¶Интересные факты

• Самые большие стационарные баллоны для хранения сжатого водорода могут достигать высоты 20 метров и объёма 300 кубических метров.
• В баллонах для дайвинга воздух сжимается до 200–300 атмосфер, что позволяет находиться под водой до 40–60 минут на одном заряде.
• Композитные баллоны для дыхательных аппаратов пожарных весят в 2–3 раза меньше стальных аналогов того же объёма, что существенно снижает нагрузку на спасателя.