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充装系数所谓“充装系数”是指气瓶每升容许充装液化气的质量（kg）。这是液化气体在充装过程中应了解的很重要的数据。因为每个气瓶都有一定的承受压力。液化气体在常温下充装一般以液态进入瓶中，当环境温度升高时部分液体转化为气体使瓶内的压力增大。所以为确保安全，充装时不能装得过多，一定要参照充装系数进行充装。在盛装液化气体的压力容器设计中，充装系数一般取0.9，对容器容积经实际测定者，可取大于0.9，但不得大于0.95。所谓充装系数，是指每升气瓶容积充装液化气体的重量(kg)，且按下式进行计算。F=W/V(6．1)式中：F——充装系数，kg/L；V——气瓶容积，L；W——液化气体的充装重量，kg。常见的液化气体充装系数，应符合表6—5和表6—6的规定。表6—5高压液化气体的充装系数表6—6低压液化气体的充装系数注：表中没列液化石油气的充装系数，是因为液化石油气钢瓶在设计时，就已按充装系数计算，将三种不同规格钢瓶的充装量作了规定，故此表不予再列。1．低压液化气体气瓶充装量的计算因为低压液化气体的临界温度(tc)高于气瓶最高工作温度(t=60℃)，所以，低压液化气瓶在充装、储存、运输和使用过程中都不会发生相变。只要充装适量，不发生满瓶，瓶内始终是气液二相共存，两者之间有着非常明显的界面，液相是饱和液体，气相是饱和蒸气。若充液过量，气相容积不够，甚至消失，气瓶达到“满液”，这时如果温度升高，致使液体无法膨胀，则瓶内压力就会骤然增高，直至气瓶爆破。为了防止瓶内液化气体因受热膨胀而导致发生事故，应使气瓶在最高工作温度下，液相不要“充满”气瓶全部容积，要留有一定的气相空间。这一空间就是瓶容与液容之差。即：VG=V-VL(6．2)式中：VG——瓶内气相空间，L；V——瓶内有效容积，L；VL——瓶内液相容积，L。而VL与液化气体在充装时的定压比容υp的比值就是气瓶的充装重量。即：式中：W——气瓶的充装重量，kg；υp——液化气体的定压比容，L／kg；VL——同6．2式，L。对于低压液化气瓶，液化气体虽然在加压状态充装，但进入瓶内就是处于饱和状态，所以，我们可用饱和状态下的比容来代替液化气体的定压比容，即：式中：W——同6．3式，kg；VL——同6．2式，L；υ——饱和状态下的液体比容，L／kg。又因饱和液体密度与饱和状态下的液体比容互为倒数所以W=VLd(6．5)式中：d——饱和液体密度，kg／L；W、VL同前。如果我们把6．2式代入6．5式，则；W=(V-VG)d(6．6)因以上所述均属理想状态，即VG=0是在没有任何误差的情况下才能成立。可是，理想状态在生产实践中是不存在的。如果我们把生产中某些可以预计到的误差叠加起来，称为安全余量，其值与瓶内有效容积之比即为安全系数，并赋予符号∑n，并使其最终在气相容积VG上得到反映的话，那么，∑n=VG／V，但我们在气体充装工作中常常使用的是充装系数F，因此6．6式中可变为：式中：F——充装系数，kg／L。根据我国目前的实际条件，对∑n的选取，应考虑以下两种情况：(1)物性数据误差(n1)。主要指液化气体饱和度d值的误差。我们无论采用推算数据，还是采用实测数据，数据误差总是客观存在的。一般情况下，密度数据误差约在±0．5～1％左右，为安全起见取n1=1％。(2)衡器称重误差(n2)。气瓶容积大都采用同体积水重法，气瓶在充液时也需称重控制，因此，称重误差也需考虑。称重误差一般均不超过±0．1％。假定在称重过程中，累积误差约为正误差的6倍，亦即n2=0．6％，由此得出n1和n2之和为1．6％。为安全起见，取∑n=2％。所以，低压液化气体的充液量在60℃时所占体积，必须小于气瓶有效容积的98％，即还有2％以上气相容积作为安全系数。例：确定液氯的充装系数是多少?解：查60℃时液氯的饱和液体密度为1．2789kg／L，其气相空间应为2％，所以F=(1-2％)×1．2789kg／L=1．25kg／L。2．高压液化气体气瓶充装量的计算因为多数高压液化气体的临界温度(tc)低于气瓶的最高工作温度(t=60℃)，所以，高压液化气体在充装时为液态，此时瓶内的压力就是液体界面上的饱和蒸气压，这与低压液化气体没有什么差别。但在高压液化气体的储存、运输和使用过程中，由于环境温度的影响，当液体温度到达tc时，则发生液体向气体的相变。其结果气瓶内压由于大量气体产生而骤然上升，此时表征气瓶的压力状况，实质上就和永久气体一样。因此对于高压液化气体气瓶，一方面和永久气体气瓶一样，在20℃时内压不应超过气瓶的公称工作压力，在60℃时的压力不应超过其水压试验压力的0．8倍(液化二氧化碳和液化氧化氮除外)，另一方面又和低压液化气瓶一样，按表选择充装系数。高压液化气体的P—V—T关系，服从真实气体状态方程式，见公式2．20。表6—5所列充装系数是采用偏心因子法计算出来的，其中对于临界温度(tc)小于气瓶最高工作温度(t=60℃)的高压液化气体，在充液量计算时，安全系数(∑n)可以不予考虑(很小)；对于临界温度(tc)介于气瓶最高工作温度t和70℃(高压液化气体的定义上限温度)之间的高压液化气体(例如tc=67℃的三氧溴甲烷)，因其相态与低压液化气体完全一样，即在气瓶正常使用温度范围内，瓶内介质始终为液相，故应考虑安全系数，而且其液态密度的计算误差要比低压液化气体略高，所以在充液量计算时，∑n取2．5%，即在60℃时，此类高压液化气体的充液量，必须小于气瓶有效容积的97．5%，留有2．5％的气相空间。3．过量充装的危险性液化气体过量充液后，爆炸危险性极大，其中低压液化气瓶尤为严重。当前气瓶爆炸事故中，由于过量充装导致气瓶物理性爆炸的比例很大，这些气瓶在爆炸前大都处于静止状态，未受撞击或震动，而且处于常温，甚至是在雪天，爆炸后的瓶体均存在明显的变形，破口很大，有的几乎碾成平板。这些迹象充分说明，爆炸事故的直接原因，不是由于气瓶本身存在严重缺陷，而是由于瓶内超压，即瓶内的压力已远远超过液化气体正常温度下的饱和蒸气压，气瓶承受不了这样高的压力因而发生了爆炸。表6—7以液氯钢瓶为例，说明0℃满量充装以后，随温度上升的增压情况(假定瓶容不变)，以此告诫人们过量充装的危险。表6—7液氯钢瓶在0℃满液充装后随温升增压数据表为什么会有这么高的压力，这是因为气瓶的容积是一定的，而且又是封闭的，瓶内的液化气体随着温度的升高，其体积必然膨胀，但它又必须受气瓶容积的限制，一旦液体胀满了气瓶内全部空间以后，膨胀即转为压缩。由于液体的压缩性很少，以致反作用于瓶壁的压力剧烈增高。也就是说，液化气瓶“满瓶”后，随温度变化的压力值与盛装介质的膨胀系数成正比，与压缩系数成反比。正因为液体的压缩系数很少，而膨胀系数相对比较大(相差一个数量级)，所以，瓶内压力的升高是很惊人的。如上所述，液化气瓶过量充液是极其危险的，它是导致气瓶爆炸的主要原因，解决问题的措施就是：严禁超装。CO2气瓶冲装知识ZT一直以来，对co2气瓶冲装存在疑问，有说不能灌入液态co2，有说冲装系数是0.6kg/L，有说co2临界温度是31度的，小弟一直对此不解，如果灌入都是气态co2，那在31度以下时，一升的空间内能存在0.6kg的气态co2吗？问：二氧化碳气瓶公称工作压力为15Mpa，充装结束时的压力也不过是7～8Mpa，远低于公称工作压力，为什么强调“严禁超装”，必须按0.6kg/L标准充装？答：在瓶装气体中属于高压液化气体，其临界温度为31℃，当温度低于31℃时加压即可液化，当温度等于或高于31℃，瓶内液态二氧化碳就转化为气态二氧化碳。按0.6kg/L标准充装二氧化碳时，在温度接近31℃时，瓶内呈现的压力是气—液共存状态下，液体界面上的饱和蒸汽压力为7.39Mpa。当温度达到或超过31℃时，则发生液体向气体的相变，瓶内压力不再是二氧化碳饱和蒸汽压的延伸，而是液态二氧化碳大量汽化而骤然上升的压力。此时表征瓶内的压力状况，实质上和永久气体一样。当温度继续升到54℃时，瓶内压力约增至15Mpa，与气瓶公称工作压力相当。由于瓶内二氧化碳具有这些特点，为保证气瓶在充装、储存、运输和使用时的安全，应严格按规定的充装系数进行充装。气瓶是一个独立的无绝热层的薄壁密闭容器，瓶内二氧化碳的压力不仅与温度有关，而且与充装量有关。气瓶的公称工作压力，对于永久气体气瓶是指20℃时所充装气体的限定充装压力，充装量是以压力计量；对于盛装二氧化碳等高压液化气体的气瓶是指温度为60℃时瓶内气体压力的限定值，充装量是以重量计量。若不按0.6kg/L标准充装，而采取超量充装，瓶内的气相空间相应减小，随着温度的升高，液态二氧化碳的体积相应膨胀，气相空间继续减小，最终造成瓶内“满液”和气相空间消失。瓶内出现满液现象，其压力不再是饱和蒸汽压，而是液态二氧化碳体积膨胀的胀力。此胀力远大于饱和蒸汽压。液态二氧化碳的体积膨胀系数较大，在-5～35℃范围内，温度每升高1℃，瓶内压力相应升高0.314～0.834Mpa，所以超装很容易使气瓶超压爆炸。P.S：根据我的理解，正常充co2（室温低于31度），只能在每升气瓶中充入低于0.6公斤液态co2。这样以保证在室温逐步升高，乃至高于31度时，瓶内有足够的空间让液态co2体积膨胀，乃至气化。而不是禁止灌入液态co2。下面这个图称为二氧化碳实验等温线图。其中横坐标是密度的倒数，纵坐标是压强。线条表示不同温度下，压强和密度的关系。不同的颜色表示co2的状态，包括液态、气态、蒸汽状态和液汽共存状态。C点为临界状态，表示超过31℃时不管压强多大co2都不可能被液化。图片附件:co2实验等温线.JPG(2006-12-809:16,35.98K)左边有几条接近垂直状态的线，这个状态称为超临界状态。表示随着密度的增加，压强迅速增大。实际使用中如果进入超临界状态意味着爆炸！因此在实际使用中主要的安全考虑就是避免进入超临界状态。与温度的关系31℃是co2的临界温度，超过31℃时原先为液态的co2会全部气化。有人可能会担心如果在使用过程中温度升高超过31℃是不是很危险。翠湖水草网的文章《CO2的钢压与钢瓶的安全性》也提到“...不得超过31℃，以免液化CO2液体将随温度的升高，体积膨胀而形成高压气体，对钢瓶产生更大的压力，而有爆炸危险之虞。”我认为这个提法不是很准确，co2的压强会随着温度的提高而上升，但与它是气态还是液态没有太大的关系，不必担心温度超过31℃压强会大幅提高。也就是说温度从30℃升到31℃以下，或者从31℃以下升到32℃，压强变化没有太大的差别。实际我国夏天大部分地区的温度都会超过这个温度，也不见因此产生什么麻烦。当然，实际发生爆炸时，直接诱因都是温度的升高。这是因为在相同的密度下，温度越高越容易进入超临界状态。其根本原因是密度过高，接近超临界状态。与公称压力的关系实际上，充装量和公称压力也没有什么关系。这一点有人可能会觉得不可理解。假设我有一个质量很好的钢瓶，公称压力达到100MPA，那么我是否可以充到50MPA呢？回答是否定的，即使有这样一个钢瓶，也只能按照0.6kg/L的标准充气，压力也是只能在7－8mpa左右。这是因为进入超临界状态时压强会增加几百倍，再好的钢瓶也没有用。而且充的多也不划算，压强从7mpa到50mpa，可能只是多充了一点点而已。从图中可以看到，co2的安全主要考虑就是避免进入超临界状态，而影响进入超临界状态的关键因素就是密度，与其它因素关系不大。据此估算，一般夏天的时候充0.5kg/L，冬天的时候充0.6kg/L可确保安全。