Вентили на баллонах с газами высокой чистоты и другими специальными газами и газовыми смесями Фёссен

У всех, кто имеет дело с газовыми баллонами часто возникают вопросы про баллонные вентили:

• почему для разных газов в баллонах используются разные вентили?
• какая резьба будет на баллонном вентиле и подойдет ли мой редуктор?
• зачем левая и правая резьба на баллонном вентиле?

 

Мы написали статью по этой важной теме, чтобы ответить на самые распространенные вопросы о баллонных вентилях с фокусом на ситуации, характерные для специальных газов, газов высокой чистоты и баллонов, оборачиваемых на территории России и стран СНГ.

 

Что такое баллонный вентиль

Баллонный вентиль - это запорное устройство, установленное на горловине газового баллона, предназначенное для открытия, закрытия подачи газа и обеспечивающее безопасное хранение газа в баллоне.

Баллонный вентиль состоит из:

• корпуса, имеющего резьбу для соединения с баллоном и выходное соединение для присоединения регулирующей арматуры - резьбовое или, в случае с ацетиленом - просто уплотнительную прокладку. На некоторых вентилях в нижней части корпуса имеется внутренняя резьба для установки штуцера под трубку.
• запорной сборки - сальниковой или мембранной, состоящей, в зависимости от конструкции, из штоков, уплотнений, пружин и других элементов
• маховика
• заглушки (при наличии присоединительной резьбы на выходном штуцере)

 

Основные типы баллонных вентилей

Сальниковые баллонные вентили

Это самые недорогие запорные устройства, предназначенные для технических газов, когда технологические процессы не требуют чистоты или каких-либо особенных условий - например ручная дуговая сварка и резка металлов. В силу низкой стоимости, эти вентили очень распространены в баллонном парке компаний, производящих технические (в терминологи рынка "грязные" по чистоте) газы. 

Мы упомянули об этих вентилях в первом пункте, потому что часто имеем дело с этими вентилями - в особенности ВК-94 - когда получаем на обмен баллоны от клиентов. Такие вентили приходится менять и готовить баллоны под наполнение чистыми газами заново. 

Сальниковые вентили ВК-94 не подходят для использования с газами высокой чистоты по ряду причин. Во-первых - конструкция этого сальникового вентиля не позволяет отвакуумировать и подготовить баллон под газы высокой чистоты. Вентиль держит только избыточное давление, а вакуум - нет. Во-вторых - материалы сальника вентиля истираются и отдают частицы в газ, что очень критично для процессов, требующих высокую чистоту газа, отсутствие примесей и частиц. 

Существуют сальниковые вентили, произведенные в странах Европы, конструкции и материалы которых обеспечивают возможность работы с чистыми газами. Такие вентили в некоторых случаях используем и мы.

Мембранные баллонные вентили

Это вентили, в конструкции которых используется уплотнительная мембрана и отсутствует трение. Такие вентили обладают повышенной герметичностью и широко применяются с газами высокой чистоты, токсичными и коррозионными газами. 

Мы, как и любой ответственный производитель специальных газов, заменяем все сальниковые вентили ВК-94 на мембранные или, в некоторых случаях, качественные сальниковые вентили иностранного производства. Использование таких вентилей гарантирует высокое качество газов и соответствие содержимого баллона заявленным характеристикам.

Ацетиленовые вентили 

Ацетиленовые баллонные вентили конструктивно отличаются от остальных баллонных газовых вентилей. 

В первую очередь это связано с высокой реакционной способностью ацетилена и меди. 

Во вторую с тем, что ацетилен, в отличие от других газов, находится в баллоне не в газообразном, а растворенном состоянии. Баллон заполняется пористой массой, пористая масса заливается ацетоном, а в ацетоне растворяется ацетилен. 

Ацетиленовые вентили бывают мембранными и сальниковыми и могут быть выполнены из разных материалов. Но главное визуальное отличие ацетиленового вентиля - отсутствие присоединительной резьбы на выходе. 

Простыми словами - это связано с безопасностью. Резьба исключает образование стружки и минимизирует застойные зоны, в которых скапливается кислород воздуха.

Вентили с клапаном остаточного давления

Вентили с клапаном остаточного давления (RPV - residual pressure valve) - это вентили, в конструкции которых присутствует клапан, который перекрывает поток газа, когда баллон почти пуст и оставляет в нем остаточное давление, необходимое для предотвращения опустошения баллона с газом высокой чистоты и попадания внутрь баллона воздуха и влаги. 

Поддерживая минимальное давление внутри баллона, такой вентиль помогает защищать внутренние поверхности баллона от коррозии, которая может возникнуть из-за попадания влаги или других внешних факторов. 

При отсутствии остаточного давления в баллоне, который пришел от покупателя на обмен, приходится заново готовить его под наполнение чистыми газами. Это трудоемкая и затратная процедура, которую заказчик всегда компенсирует производителю газа. Без этого никак.

Двухпортовые или двухфазные вентили 

Такие вентили имеют два выхода - выход жидкой и газовой фазы и используются для работы со сжиженными газами низкого давления. 

Двухпортовый вентиль позволяет отбирать из баллона жидкую фазу, нагнетая давление в порт газовой фазы, быстро наполнять в баллон сжиженный газ, стравливая давление через порт газовой фазы.

Интегрированные или комбинированные вентили с редуктором

Это довольно дорогостоящие запорно-регулирующие устройства, на практике в России используемые, в основном, с медицинским кислородом и с баллонами, принадлежащими газовым компаниям. 

Такие баллоны не обмениваются, их можно только взять в аренду у газовой компании. В силу дороговизны решения это довольно редкое явление на российском рынке и приведено для общего развития.

Пневматические вентили или вентили с пневмоприводом 

Такие вентили используются с токсичными и коррозионными специальными газами и газовыми смесями, преимущественно в полупроводниковой промышленности в автоматизированных системах управления подачей газа - специализированных газовых шкафах. 

Такие вентили, как правило, являются нормально закрытыми (NC), открываются и закрываются автоматически при подаче воздуха автоматикой. Это повышает безопасность использования опасных газов.

Вентили с предохранительной мембраной 

Вентили с предохранительной мембраной (разрывным диском) на практике используются в основном на баллонах с углекислотой. 

Диоксид углерода в баллоне находится в сжиженном состоянии. Однако, этот газ имеет довольно низкую критическую температуру - 31°C. После этой температуры давление в баллоне начинает резко расти, что может приводить к опасным ситуациям вплоть до разрыва баллона. 

Разрывная мембрана рассчитана на определенное максимальное давление. Когда давление в баллоне достигает критического уровня, мембрана разрывается, выпуская углекислый газ наружу. Это предотвращает дальнейшее повышение давления и снижает риск разрушения баллона. 

Выпуск газа через разрывную мембрану происходит быстро, но контролируемо, что позволяет сбросить давление без опасных последствий. Важно отметить, что разрыв мембраны не является аварийной ситуацией, а предусмотренным механизмом безопасности.

Хлорные и аммиачные вентили

Это тип вентилей с уплотнением типа “металл по металлу”. Такие вентили устанавливаются на стальные баллоны с хлором, аммиаком, иногда с сернистым ангидридом. 

Вентиль довольно специфический. Выполнен из черной стали марки 09Г2С. По очевидным причинам не используется для газов высокой чистоты в силу материалов и конструкции. Может ржаветь снаружи, и это является нормальной ситуацией.

Существуют и другие типы баллонных вентилей для более узких и специфических применений, которые почти не встречаются в России, поэтому и не будут рассмотрены в этой статье.

 

Материалы баллонных вентилей

Самые распространенные материалы корпусов баллонных вентилей - это латунь (иногда хромированная или никелированная) и нержавеющая сталь. Реже встречаются вентили из черной стали и некоторых других специальных сплавов, таких как Monel, Hastelloy и прочих. Также вентили имеют уплотнения из различных материалов.

Выбор материала баллонного вентиля для применения с тем или иным газом в первую очередь зависит от его способности вступать в реакцию с газом, которым наполнен баллон. Следует обращать внимание и на материалы частей вентиля, с которым соприкасается газ. 

Выбор вентиля также определен в нормативно-технической документации производителя газа.

В целом, правило такое - для коррозионных газов и газовых смесей, содержащих химически активные компоненты - используется нержавеющая сталь. 

Для всех воздушных газов и газовых смесей на их основе, не содержащих компоненты, вступающие в реакцию с латунью (или компонентами сплава - медью, цинком и примесями) - используется латунь.

Хромирование или никелирование придает латуни эстетические свойства и защищает материал от потемнения и воздействия кислорода воздуха и влаги. Используется в качестве альтернативы обычной латуни.

Для газов с ярко выраженными коррозионными свойствам, таких как хлороводород, хлор, фтор, фтористый водород и некоторых других, запорная арматура подбирается исходя из условий эксплуатации. В этом помогут специалисты. Например, можно обратиться в Фёссен.

 

Таблица газов, материалов и направления резьбы применяемых вентилей

Газ	Формула	Материал вентиля	Направление резьбы
Бутадиен 1-3	C4H6	латунь	левая
Бутен-1	C4F8	латунь	левая
Гексафторбутадиен	C4F6	латунь	левая
Гексахлордисилан	Si2Cl6	нержавеющая сталь	левая
изо-Пентан	i-C5H12	латунь	левая
Метилацетилен (Пропин)	C3H4	латунь	левая
н-Пентан	n-C5H12	латунь	левая
нео-Пентан	neo-C5H12	латунь	левая
Окись пропилена	C3H6O	латунь	левая
Октафторциклобутан	C4F8	латунь	правая
транс-2-Бутен	trans-C4H8	латунь	левая
Фосфин	PH3	нержавеющая сталь	левая
Фторметан	CH3F	латунь	левая
Фтороформ	CHF3	латунь	правая
Хлорметан	CH3Cl	латунь	левая
цис-2-Бутен	cis-C4H8	латунь	левая
Азот	N2	латунь	правая
Аргон	Ar	латунь	правая
Ацетилен	C2H2	латунь	-
Аммиак	NH3	сталь / нержавеющая сталь	левая
Бромоводород	HBr	нержавеющая сталь	левая
Водород	H2	латунь	левая
Гелий	He	латунь	правая
Дейтерий	D2	латунь	левая
Диметиловый эфир	C2H6O	латунь	левая
Диоксид азота	NO2	нержавеющая сталь	левая
Диоксид углерода	CO2	латунь	правая
Дихлорсилан	SiH2Cl2	нержавеющая сталь	левая
Закись азота	N2O	латунь	правая
изо-Бутан	i-C4H10	латунь	левая
изо-Бутилен	i-C4H8	латунь	левая
Кислород	O2	латунь	правая
Криптон	Kr	латунь	правая
Ксенон	Xe	латунь	правая
Метан	CH4	латунь	левая
Монооксид углерода	CO	латунь	левая
Моносилан	SiH4	латунь	левая
н-Бутан	n-C4H10	латунь	левая
Неон	Ne	латунь	правая
Оксид азота	NO	нержавеющая сталь	левая
Оксид этилена	C2H4O	нержавеющая сталь	левая
Пропан	C3H8	латунь	левая
Пропилен	C3H6	латунь	левая
Сернистый ангидрид	SO2	сталь / нержавеющая сталь	левая
Сероводород	H2S	нержавеющая сталь	левая
Тетрахлорид кремния	SiCl4	нержавеющая сталь	левая
Трифторид азота	NF3	латунь	правая
Трихлорид бора	BCl3	нержавеющая сталь	левая
Хлорметан	CH3Cl	латунь	левая
Хлороводород	HCl	нержавеющая сталь	левая
Элегаз	SF6	латунь	правая
Этан	C2H6	латунь	левая
Этилен	C2H4	латунь	левая

 

Резьбы баллонных вентилей

Тема с резьбами на выходных штуцерах баллонных вентилей довольно объёмная. Мы постарались отобрать только важную информацию. 

В мире не существует единых стандартов для выходных штуцеров баллонных вентилей. Есть условно общий международный стандарт - ISO 5145:2014 Cylinder valve outlets for gases and gas mixtures — Selection and dimensioning (или Выпускные соединения баллонных вентилей для газов и газовых смесей - выбор и определение размеров). 

Базовые принципы, применяющиеся в России и странах СНГ в этом стандарте описаны такие: для горючих газов - левая резьба, для негорючих - правая. Прочими принципами международного стандарта ISO 5145:2014 - токсичностью, фазовым состоянием газа в баллоне при 15°C и давлением, а также коррозионностью -  руководствуются в некоторых других странах мира при разработке локальных стандартов. 

В зависимости от указанных свойств применяются комбинации из размеров, наружных или внутренних резьб на выходном штуцере, их направления и уплотнений. 

Вот какие еще стандарты, касающиеся баллонных вентилей и резьб, кроме ISO 5145:2014 распространены в мире, для углубленного изучения:

• IS 3224 – 2002, Valve Fittings for Compressed Gas Cylinders Excluding Liquefied Petroleum Gas (LPG) – Specification, индийский стандарт.

• ISO 10297 – 2014, Transportable Gas Cylinders – Cylinder Valves – Specification and Type Testing, международный стандарт

• ISO 22434 – 2006, Transportable Gas Cylinders – Inspection and Maintenance of Cylinder Valves, международный стандарт

• ISO/TR/7470:198, Valve Outlet for Gas Cylinders – List of Provisions which are either standardized or in use, международный стандарт (отчет/регламент)

• ISO 11117:2019, Valve Protection Caps and Valve Guards – Design, Construction and Tests, международный стандарт

• CGA V-1 – 2013, Standard for Compressed Gas Cylinder Valve Outlet and Inlet Connections, американский стандарт, довольно распространенный во многих странах мира

• CGA V-7 – 2009, Standard Method of Determining Cylinder Valve Outlet Connections for Industrial Gas Mixtures, американский стандарт

• CGA V-9 – 2012, Compressed Gas Association Standard for Compressed Gas Cylinder Valves, американский стандарт

• JIS B 8246 – 1996, High Pressure Gas Cylinders – Valves, японский стандарт

• JIS B 8244 – 1989, Valves for Dissolved Acetylene Cylinder, японский стандарт

• BS 341-1 – 1991, Transportable Gas Container Valves Part I – Specification for Industrial Valves for Working Pressure up to and Including 300 bar, британский стандарт

• BS 341-3 – 2002, Transportable Gas Container Valves - Part 3 : Valve Outlet Connections, британский стандарт

• GB 15383 – 2011, Connection Type and Dimensions for Gas Cylinder Valve Outlets, китайский стандарт

• ISO 11114-1 – 2012, Transportable Gas Cylinders – Compatibility of Cylinder and Valve Materials with Gas Contents – Part : 1 – Metallic Materials, международный стандарт

• ISO 11114-2 – 2012, Transportable Gas Cylinders – Compatibility of Cylinder and Valve Materials with Gas Contents – Part : 1 – Non Metallic Materials, международный стандарт

• DIN 477, Gas cylinder valves - немецкий стандарт.

Почти в каждой развитой стране существуют свои стандарты, являющиеся адаптированной версией других международных стандартов.

В России пользуются немецким стандартом DIN 477. 

Самые распространенные выходные штуцеры с наружной резьбой в соответствии с этим стандартом:

• DIN 477 №1 - W 21,80 x 1/14” LH, по-русски СП21,8 левая резьба. Используется для горючих газов и газовых смесей.

• DIN 477 №3 - Yoke-type connection, или ацетиленовая скоба. Используется для растворенного ацетилена.

• DIN 477 №6 - W 21,80 x 1/14”, СП 21,8, стандартная правая резьба. В России такой выходной штуцер используется преимущественно на баллонах малого объема, от 1 до 10 литров.

• DIN 477 №9 - G3/4”, правая резьба. Самая распространенная. Используется на баллонах с негорючими газами.

 

Почему на баллонных вентилях существует правая и левая резьба

Смысл разделения резьб по направлению заключается в повышении безопасности и стандартизации при работе с разными типами газов. Вот основные причины использования правой и левой резьбы:

• Правая резьба (стандартная резьба) используется для инертных и относительно неопасных газов (например, кислород, азот, аргон, сжатый воздух)

• Левая резьба предназначена для опасных и горючих газов (например, аммиак, водород, метан)

Разделение резьб по направлениям позволяет избегать ошибок при подключении, когда, например, редуктор для инертного газа пытаются присоединить к баллону с горючим газом. Невозможность соединения из-за разной резьбы помогает предотвратить потенциально опасные ситуации. Использование неправильного редуктора или другого оборудования с баллоном опасного газа может привести к утечке, взрыву или другим аварийным ситуациям.

Введенные стандарты резьбовых соединений помогают обеспечить совместимость между различными типами оборудования и баллонов. Работники и компании могут быть уверены, что оборудование для одного типа газа не будет случайно использовано с другим типом газа.

Наличие левой и правой резьбы также служит для быстрой визуальной и тактильной идентификации типов газа. Это особенно важно при работе с большим количеством баллонов, где требуется оперативное и точное определение их содержимого.

Таким образом, правая и левая резьба на баллонных вентилях — это важная мера для повышения безопасности и предотвращения ошибок при работе с различными газами.

 

Почему для чистых газов нужны мембранные вентили

Мембранные вентили обеспечивают высокую чистоту газа и не привносят дополнительных загрязнений, поэтому используются для работы с чистыми газами по ряду причин:

• Высокая герметичность. Мембранные вентили обеспечивают качественное и эффективное уплотнение, минимизируя утечку и позволяют обеспечить глубокий вакуум в баллоне в процессе его подготовки к наполнению газом высокой чистоты. Качественное уплотнение минимизирует риск загрязнения воздухом и влагой.

• Минимизация застойных зон. Конструкция мембранных вентилей сводит к минимуму внутренние полости и застойные зоны, где могут "застревать” газы. Это предотвращает смешивание остаточного газа с чистым при открытии и закрытии вентиля.

• Минимизация привносимых загрязнений. Мембранные вентили имеют неподвижный шток, что сводит к минимуму трение и износ деталей, соответственно риск попадания частиц или других загрязнителей в поток газа.

Эти особенности делают мембранные вентили идеальными для поддержания высокой чистоты газов.

 

Можно ли починить сломанный вентиль

Жизненный цикл качественного вентиля обычно обеспечивает минимум 10 000 циклов открытия и закрытия. Случается, что баллонный вентиль выходит из строя по разным причинам. Самые распространенные “симптомы” вентиля, который становится непригодным к дальнейшей эксплуатации: 

• Нарушение геометрии корпуса вентиля в результате механического воздействия - когда вентиль погнут. Часто это случается в результате нарушения техники безопасности при работе с баллонами, когда баллон падает и бьется вентилем. В любом случае такой вентиль подлежит замене. Такое повреждение всегда видно визуально.

• Истирание резьбы на штоке. Когда шток вентиля не проворачивается при вращении маховика или открывается с приложением повышенного усилия.

• Замятие резьбы выходного штуцера. Случается при механических повреждениях резьбы и делает невозможным или затрудняет наворачивание редуктора, а также влияет на герметичность соединения.

Обычно вентили подлежат замене, так как ремонт экономически почти всегда нецелесообразен.

 

Допускается ли использование переходников для соединения с редуктором

Разные резьбы на баллонах существуют неспроста. Использование переходников для соединения баллонов со спецгазами и баллонных редукторов не рекомендуется, а в некоторых случаях запрещается. 

Переходник образует дополнительные соединения и потенциально образует риски для утечки газа. Это может привести к потере чистоты, повышению концентрации опасных веществ в воздухе или возникновению пожароопасных ситуаций. Также это может приводить к смешению потенциально реактивных друг с другом веществ.

Например, одной из самых опасных ситуаций может являться попытка использовать с кислородными баллонами редукторы, не предназначенные для использования с кислородом. Такие редукторы (особенно дешевые технические, либо редукторы, которые использовались с другими газами, которые могли содержать в себе, например, частицы масла) могут привести к взрыву и его печальным последствиям.

Можно руководствоваться простым правилом - для каждого газа лучше использовать свой редуктор, предназначенный для использования с этим газом. Для подбора необходимых редуцирующих устройств вы можете обратиться в Фёссен.

 

Зачем нужны заглушки на баллонных вентилях

Важно понимать, что заглушка вентиля не является запорным устройством и не предназначена для перекрытия потока газа. Хоть качественная заглушка и обеспечивает дополнительную герметичность, ни в коем случае нельзя пытаться открывать вентиль баллона с газом, когда на нем установлена заглушка. Это очень опасно. 

Заглушка предотвращает загрязнение вентиля пылью, от попадания внутрь вентиля влаги и других загрязнений из окружающей среды. Заглушка защищает резьбу выходного штуцера от повреждений. Повышает безопасность при транспортировке баллонов. 

В некоторых странах при транспортировке опасных материалов использование заглушек на вентилях является обязательным требованием в соответствии с международными и национальным стандартами безопасности.

 

Если у вас остаются вопросы, вы всегда можете обратиться к нам за помощью в Фёссен.