CO2的钢压与钢瓶的安全性

CO2的钢压与钢瓶的安全性[转帖]
经常看到草友们讨论CO2钢瓶的帖子，发现有些草友对其安全性缺乏必要的认识。

偶然在翠湖网看到这篇文章，拿来供献大家参考。

一、前言
您是买钢瓶或是买炸弹？这是一句很震撼性的问题，因为家庭瓦斯钢瓶发生爆炸的意外事件时有所闻，这问题可不是开玩笑或闹玩的，无论谁听到这样问题，心理总会「毛毛的」，莫不担心自己买到是否为安全的CO2钢瓶，以避免在使用过程中发生爆炸的意外。

钢瓶的安全性是一回事，在使用过程中，是否因使用不当，以致发生意外又是另一回事。

事实上，有许多发生意外的个案，都是在使用过程中没有注意到安全问题所引起的，所以它的安全使用与品质同样要受到重视。

以现在的制造技术来说，要制造出符合安全标准的钢瓶，已经不再是一件难事，不过任谁也不敢保证，目前市面上所贩卖的CO2钢瓶都是合格的产品，所以我们在挑选钢瓶时，一定要「精挑细选」，以免把潜在的危险带入家中。

从另一角度来说，钢瓶本身是否安全，一般消费者通常是无法从钢瓶本身的外观直接判断的，所以根本谈不上如何去鉴别其安全性。

不过有时候如果过于担心买到「炸弹」，反而让人感到神经紧张兮兮的，这难免会影响我们栽培水草的兴致和乐趣。

因此与其过度去担心这问题，不如多花一些时间去探讨一些有关CO2的相关特性，以及选购钢瓶的要领与如何安全使用等有关课题，如此方为明智之举。

二、临界温度与临界压力
通常气体都有一个临界温度（Critical temperature，Tc），是指能被液化的最高温度，若气体的温度高于临界温度时，不论有多大压力都不能使之液化，只是随着压力的增加而加大其密度而已，这种状态称为「高密度气体」或「高压气体」。

高压气体具有强大的膨胀压力，储存于钢瓶中，可能会产生很大的压力，所以具有较大的危险性。

另外，气体也有一个临界压力（Critical pressure，Pc），是指在临界温度下气体被液化的最低压力。

如果压力小于它的临界压力，无论温度如何降低，气体都不能被液化。

所以要气体以液化状态储存于钢瓶中，其压力至少要高于它的临界压力。

临界压力等于该液体在临界温度之饱和蒸气压。

综合上述，可知气体若希望以液化的状态被储存，应该是较为安全的，但是要达到这个目的，必须低于其临界温度，同时要高于临界压力。

一般而言，在临界温度范围之内，如果温度越低，临界压力可以越小，所以临界压力之值，会受到温度的直接影响。

三、CO2的钢压
钢压（Pressure of cylinder）是指钢瓶中的填充气体，其膨胀力对钢壁所造成的压力。

在临界温度和临界压力状态下，温度和压力的微小变化，都会引起气体密度很大的变化，因此其膨胀力对钢壁所造成钢压也有所不同。

CO2是一种可以被液化的高压气体，储存于钢瓶中，一定会产生钢压。

CO2钢压大小与它的临界压力及临界温度有关。

CO2的临界温度是31.04℃，临界压力是72.85标准大气压（atm）或其它单位压力（如75 kg/㎝2、1073 psi、73.8 bar、4.97 Mpa等）。

因此只要温度达到31.04℃，压力达到72.85 atm，它就可以被液化。

温度越低，临界压力越小。

例如，在20℃时，只需将CO2加压到59 atm即可液化。

或者我们也可以这么说，在31.04℃时的钢压，将比在20℃时的钢压高出13.85 atm（72.85 atm－59 atm）。

因此，在较低温度下，液化CO2所显示的钢压会比较小，在储存上当然比较安全。

四、钢瓶的安全性
钢瓶是一种压力容器，它的形状都是圆筒形，顶端尺寸缩减成瓶颈，为高压液化气体的出入管道。

CO2钢瓶无论在填充、使用、储运过程中所能承受的耐压强度，一定要大于CO2在各种不同工作情况下所表现的钢压才是安全的，因此在设计上，应该以朝向最极端的钢压做考量，才不会发生爆炸的危险。

CO2钢瓶的耐压强度可以表现在二个参数之上，其中之一是钢瓶本身的「设计压力（Design pressure）」。

所谓设计压力是指在相应「设计温度」下，用以确定钢瓶的壁厚及其配件的抗压性。

设计温度应该以钢瓶在正常操作过程中，可能达到的最高温度时（如温带气候45℃、热带气候65℃），瓶内CO2气体所产生的钢压作为上限值。

例如，在热带气候，一般CO2钢瓶的设计压力约为180 atm（175 kg/㎝2）。

另一个参数是「工作压力（Operation pressure）」，所谓工作压力是指在正常操作时，减压阀打开之后所产生的释放压力。

工作压力可因减压阀打开之大小，迅速产生不同的释放压力，通常有一个最高工作压力的设定值，超过此值时，钢瓶上的安全装置就应该能发挥疏导或减压的功能。

一般CO2钢瓶的操作压力约为120 atm（125 kg/㎝2）。

在CO2钢瓶的抗压设计上，设计压力不得低于工作压力。

装有安全泄压装置的钢瓶，其设计压力也不得低于安全泄压装置开启后的泄气压力。

大多数钢瓶设计了温度升高时的泄压装置，由于热量的作用会导致气瓶内压力会升高，如果泄压装置失灵会引起钢瓶发生爆炸的危险。

五、CO2钢瓶的选购要领
1.要看有无制造许可证：有些国家对水族专用CO2钢瓶的制造实施生产许可证制度，我国尚无这项制度之实施。

如果是购买舶来品，无妨多注意这问题，若能选购有许可证产品会更有安全保障一些。

检查时包括仔细检查钢瓶上是否有标示制造许可证的编号，或是否附带有产品合格证、品质证实书，或安全保证等等相关资料，以作为选购时之参考。

2.钢瓶材质的选择：目前在市面流通的水族专用CO2钢瓶材质，主要是钢材与铝合金二类，其中钢材制造者具有价格较低且较耐压力之优点，但也有容易生锈，品质好坏参杂，劣质产品鱼目混珠居多之缺点。

铝合金制造者具有材质轻且不易生锈，品质较整齐，劣质产品较少之优点，但也有价格较高，耐压系数较低之缺点。

在选购时无妨衡量一下二者的利弊得失，以免买到劣质产品，才不致有安全上的顾虑。

3.仔细检查钢瓶外观是否有瑕疵：品质较好的钢瓶制品，通常都使用拉制方法（drawing），或由无缝管材一体成型制成，因此没有任何焊接的痕迹，而且在封瓶过程中也未使用其它金属（材质要一致），从外观看起来应是一光滑整体，同时表面不应有汽泡（孔）、腐蚀、龟裂、修焊或不规则突变等瑕疵。

有些产品焊接的痕迹可以在磨平拋光之后，连同其它瑕疵，利用上漆的方式遮掩或美化，让人不易察觉，所以宜选购完全没有上漆的产品为佳。

4.了解钢瓶的重量及实际的容量：钢瓶的壁厚是决定其耐压强度的关键所在，可惜我们却无法从外观看出其厚度，因此难以判断瓶壁是否达到足以承受预先设计压力的厚度，不过若能以钢瓶的重量及实际的容量为参数来评估，似乎可以间接比较出不同品牌壁厚的差异，例如，同一材质及同一容量之空钢瓶，它们的重量越大者，通常其钢壁应该较厚，当然是我们优先选择的对象。

六、CO2钢瓶使用注意事项
1.尽量避免钢瓶的温度过高：钢瓶应存放在阴凉、干燥、远离热源（如阳光、暖气、炉火）处，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。

2.要防止缸水倒灌：钢瓶的供气系统要有「止逆阀」装置，以防止在暂停使用期间，让水族缸的水有倒灌的现象，若发现止逆阀有损坏或失去止逆功能时，应立即更换，否则可能导致出气口的表头锈蚀或失去原有功能。

3.附属装置需正确且无泄漏：阀、接头、及压力调节器装置需正确且无泄漏、没有损坏且状况良好。

至于检查是否有泄漏问题，可用压力计等仪器测试，也可视情况使用肥皂水涂抹看是否起泡做简易测试。

4.CO2不得超量填充：如果灌装过量（如灌满），当室温提高，体积膨胀，对钢瓶产生很大压力，此时又缺乏缓冲空间，当压力超过设计压力及泄压阀的泄气压力时，则有发生爆裂或爆炸的危险。

因此液化CO2的填充量，温带气候最好不要超过钢瓶容积的75﹪（约相当于1.6534磅/升），热带气候不要超过66.7﹪（约相当于1.4704磅/升）。

5.钢瓶千万不能卧放：理由是如果钢瓶卧放，则靠近瓶口处多是液体，当打开减压阀时，冲出的液体将迅速气化，使其体积突然扩大至少二百倍以上，这样多的气体，可能大大超过塑料导气管的压力负荷，容易发生导气管爆裂及迅速导致CO2大量泄漏的意外。

6.旧瓶要定期接受安全检验：超过钢瓶使用安全规范年限（如5年）时，应该定期委托水族馆或CO2供货商，代为送交相关单位（如各地区合格的钢瓶安全检验站）接受压力测试合格之后，再继续使用，这样比较能确保安全性，减少意外事件发生。

七、结论
由于CO2钢瓶里装的是高压的压缩液体，是一种关系到消费者人身和财产安全的产品，虽然它在养殖水草过程中给我们带来很大的方便，不过也可能具有某些潜在的危险性，因此我
们绝不能掉以轻心，除了钢瓶的选购特别要注重品质外，同时在使用时必须严格注意安全，如此一来，可能就再没有什么问题好令我们担心或忧虑的。