Проблемы обновления рынка смесей технических газов

В последние годы в связи с интенсивным развитием новых технологий в химическом, фармакологическом, пищевом, перерабатывающем и других видах промышленного производства возникли новые потребители различных смесей газов. Для их обеспечения требовалось решить целый ряд задач. Описан опыт снабжения смесями газов. Дается характеристика технологической готовности компании для производства необходимых смесей. Сообщается о разработке и внедрении в практику новых способов поставки крупным потребителям.

1. Введение

Для современной практики производства и использования газов характерны две тенденции. С одной стороны — стремление к повышению чистоты газа, а с другой — возрастающее разнообразие газовых смесей (ГС), отличающихся количественными и качественными составами. Это обусловлено расширением числа потребителей, а также внедрением смесей в новые химические, пищевые, медицинские и машиностроительные технологии.

Распределение потребителей ГС по основным сферам их применения иллюстрирует диаграмма (см. рис.1), составленная с привлечением собственных данных. Рис. 1 характеризует спрос на ГС в относительном выражении. Что же касается потребления ГС в абсолютном выражении, то оно растет на 20-30% в год. Спрос на смеси специального назначения (поверочных и градуировочных) ежегодный даже удваивается.

Освоение нашей компанией производства и методов контроля чистых газов, технологий смешивания, а так же применение надежных видов обработки и подготовки баллонов создали базовые условия для обеспечения ГС различных потребителей.

2. Назначение и состав смесей

Несмотря на технологическую готовность, наша компания как производитель не может играть определяющую роль в формировании рынка ГС. Это — удел исключительно потребителя-заказчика. Мы же лишь поддерживаем его.

Производство ГС наша компания начала с единичных заказов на их приготовление для промышленных лазеров. Эти продукты готовятся на основе гелия как основного газа [1]. В состав смесей входят также азот и двуокись углерода: N2 = 5-30% и СО₂ = 3-20% (в зависимости от затребованного заказчиком состава).

С вводом в эксплуатацию линий по производству особо чистого азота, аргона высокой чистоты и двуокиси углерода номенклатура ГС существенно расширилась. Так, началось производство сварочных смесей (Ar + 20%СO₂), (Ar + 6-9%Н₂), (N₂ + 2-4%Н₂). Две последние — специальные защитные смеси, поставляемые Московскому трубному заводу «ФИЛИТ» для использования в импортных сварочных станах.

В последние два года нашла широкое применение пищевая смесь чистых азота и двуокиси углерода (10-30% СO₂) для временной консервации мяса и мясопродуктов при расфасовке и упаковке. Эту ГС специалисты и потребители (московские мясокомбинаты) предпочитают вакуумной упаковке с точки зрения как длительности хранения, сохранения вкусовых качеств, так и простоты, уменьшения затрат на расфасовку и упаковку.

В настоящее время нами завершается внедрение совершенно новой технологии по производству ГС-стерилизатора. Данная двухкомпонентная смесь содержит окись этилена С₂H₄O [2] и диоксид углерода. Она предназначенная для стерилизации и последующего поддержания этого состояния в течение длительного срока хранения медицинского инструмента, одноразовых шприцев, систем переливания крови и плазмы и т.д. Главным осложняющим фактором при использовании уже освоенной технологии производства этой ГС является высокая токсичность и взрывоопасность окиси этилена. Кроме того, необходимо использовать специальную тару (баллоны) для этой ГС. Осваивая технологию, мы уже произвели экспериментальную партию баллонов со смесью ГС-стерилизатора.

Заканчивая этот раздел, укажем на широкий спектр смесей, изготовленных по разовым и эксклюзивным заказам для экспериментальных целей, настройки оборудования и прочих применений. Состав таких заказов хотя и широк, но объем каждого заказа, к сожалению, невелик.

3. Особенности технологии изготовления ГС

В отличие от технических газов, которые выпускаются по давно сложившимся нормативам (ГОСТ, ОСТ, ТУ и т.п.), смеси в большинстве случаев требуют разработки, согласования и утверждения соответствующих ТУ, а в определенных случаях еще и получения гигиенических сертификатов. Этому предшествует разработка и отладка индивидуальной технологии их изготовления и регламента.

Часто ГС различаются только соотношением одних и тех же компонентов. В этой связи очень важно иметь четкое техническое задание, предписывающее не только качественный (компоненты) и количественный (соотношение компонентов) составы, но и точность, с которой этот состав должен быть приготовлен. Точность состава смеси, в свою очередь, предопределяет вид обработки и подготовки, а так же порядок обращения баллонов в цепи потребитель-изготовитель.

Существует несколько способов контролируемого смешивания газов при приготовлении ГС.

Способ парциальных давлений

Способ парциальных давлений основан на положении закона Дальтона для идеального газа, когда сумма парциальных давлений компонентов P_i равна конечному давлению смеси Р. В нашем случае конечное давление Р часто велико и достигает 200 бар. Поэтому необходимо принимать во внимание сжимаемость реального газа, т.е. поправки на неидеальность. Точность приготовления ГС зависит от точности измерения Р и P_i. Для этого нами используются высокоточные образцовые манометры.

Весовой или гравиметрический способ

Способ основан на измерении масс смешиваемых компонентов, последовательно дозируемых в баллоны.

Измерение масс производится путем взвешивания баллона до и после дозирования компонента смеси. Масса компонента не зависит от температуры и давления и является функцией чистоты исходного газа, достоверности и точности его анализа и взвешивания. Масса каждого компонента определяется разностью предыдущего и последующего взвешиваний.

Этот способ наиболее перспективен, особенно для массового производства ГС со сложным составом. Однако он требует прецизионного и весьма дорогостоящего оснащения для взвешивания.

Динамический способ

Динамический способ основан на смешивании непрерывных потоков компонентов с последующим компримированием. Он также требует специального дорогостоящего оборудования.

Если говорить о точности приготовления ГС, то согласно ТУ 2114-002-45905715-04 [3], разработанных нами, для смесей устанавливаются следующие характеристики:

1. интервал номинальных (заданных) значений содержания определяемого компонента (одного или нескольких);
2. допускаемая погрешность приготовления;
3. допускаемая погрешность анализа.

Пределы номинального значения определяемого компонента, допускаемые погрешности приготовления и анализа указаны в Таблице 1.

Таблица 1.

Содержание анализируемого компонента, % об.	Допустимая погрешность приготовления, ± % отн.	Допустимая погрешность анализа, ± % отн.
0,0001-0,0009	30	25
0,0010-0,0099	20	15
0,010-0,099	15	10
0,1-0,99	15	10
1,0-9,9	10	5
10,0-49,9	100	5
50,0-99,9	5	2

При проведении анализов составов должны использоваться средства изменения, прошедшие государственные испытания или государственную аттестацию, а также универсальные анализаторы, методика поверки которых соответствует требованиям методической инструкции МИ 2531-99.

4. Документирование

Из вышесказанного ясно, что на смеси газов нашим предприятием разработаны, утверждены и внедрены технические условия ТУ 2114-002-45905715-04. Этим документом также определен комплект поставки ГС потребителю.

Он включает:

1. баллон с продуктом ГС;
2. паспорт на ГС;
3. заглушку на вентиль (по требованию заказчика);
4. колпак вентиля;
5. башмак для баллонов малой и средней вместимости.

Паспорт на ГС содержит:

• наименование предприятия-изготовителя;
• наименование смеси;
• обозначение настоящих технических условий;
• класс опасности по ГОСТ 19433-88;
• номер баллона (или партии);
• давление смеси в баллоне при стандартных условиях, МПа;
• количество смеси при стандартных условиях в м³;
• дату наполнения;
• результаты анализа;
• подпись ответственного лица.

5. Расфасовка, прослеживаемость, транспортировка

Для расфасовки (заполнения) нами используются как обычные баллоны из углеродистой стали емкостью от 5 до 40л (ГОСТ 949-73), так и алюминиевые баллоны «Luxfer» [4, 5]. Также применяются уже упоминавшиеся специальные баллоны для смеси-стерилизатора.

Перед первичным заполнением баллоны проходят очистку внутренней поверхности. Метод очистки зависит от состояния и материала баллона: это может быть просто промывка водой или моющим раствором, либо механическая зачистка. После очистки и перед заполнением, как правило, проводится вакуумно-термическая подготовка. Баллоны имеют установленную нормами окраску и соответствующие надписи. Кроме того, на каждой баллон наклеивается фирменная этикетка, пример которого дан на рисунке.

Компания «НИИ КМ» постоянно отпускает потребителям свыше 12 наименований технических газов и 8 наименований ГС, не считая эксклюзивных заявок. В этой связи вопрос принадлежности тары (баллона) своему продукту имеет весьма и весьма важное значение и «принцип прослеживаемости» тары остается постоянным правилом работы.

Помимо традиционных приемов (внешние отличительные признаки баллонов, выгороженные зоны для пустой и заполненной тары и др.) нами используется прием закрепления за потребителем постоянного парка баллонов.

В последнее время мы все шире используем моноблоки. «Моноблок» — это компактный агрегат из 12 баллонов, заключенных в металлическую раму и объединенных единым коллектором. При этом вентиль баллона может быть заменен штуцером — ввертышем.

Моноблок соответствует европейским стандартам. Основные преимущества моноблока:

• сокращение трудоемкости при подготовке, заправке, разрядке и погрузке;
• увеличение однозарядной емкости источника ГС при использовании,
• защита баллонов и вентилей от ударов и других внешних механических воздействий;
• единый срок технического переосвидетельствования баллонов.

Наконец, и это одно из важнейших обстоятельств, моноблок многократно уменьшает вероятность случайного его использования под иной продукт. Тем самым достигается автоматизм прослеживаемости тары.

Кроме традиционных кассет нами также используются и такие средства транспортировки баллонов, как паллеты (рис.8), которые представляют собой металлические ящики на 12 баллонов с откидывающейся боковой стенкой для удобства погрузки и разгрузки баллонов.

Поскольку все три устройства — «кассета», «моноблок» и «паллета» — являются элементами грузоперевозок, то они должны отвечать требованиям соответствующей нормативно-технической документации. В ООО «НИИ КМ» были разработаны конструкторская документация на перечисленные изделия и технические условия, которые прошли официальную регистрацию и являются рабочими нормативным документом для нашего опытного производства (ТУ 141580-004-4590715-04) [6].

Литература

1. О технологии получения газообразного компримированного гелия высокой чистоты / С.Н. Востриков, Б.В. Левчук, А.Е. Угроватов, В.Н. Уткин. // Технические газы. — 2002 — №4 — с. 40 — 41.

2. Смесь стерилизованная окись этилена — двуокись углерода / Технические условия / ТУ 2114-003-45905715-04 / ОКП 21 1499 / Группа Л11.

3. Смеси газовые (бинарные и многокомпонентные) / Технические условия / ТУ 2114-002-45905715-04 / ОКП 21 1499 / Группа Л11.

4. Сертификат соответствия / № РОСС GB ГС01 / Система сертификации ГОСТ Р / Продукция — баллоны алюминиевые бесшовные / Серийный выпуск.

5. Разрешение на применение № РРС 04-7580 / Оборудование (техническое устройство, материал) / Баллоны алюминиевые бесшовные для газов емкостью от 0,5 до 50 л с рабочим давлением до 20 МПа / Изготовитель — фирма "LUXFER GAS CYLINDERS Ltd" / ОКП (ТН ВЭД) 14 1200 (7613 00 000 0) 36 1590.

6. Средства пакетирования грузов (контейнеры, моноблоки, паллеты) / Технические условия / ТУ 141 580-004-4590715 -04 / ОКП 14150 / Группа B66.