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电石包装桶密封结构的发展与研究

2022年04月29日 舟山机械设备网

电石包装桶密封结构的发展与研究

1、引言

在我国,电石作为一种化工原料,在各行各业有着广泛的应用,其发展也是相当的快。但作为电石贮运的包装物——电石包装钢桶,却经历着非常坎坷的发展历程,至今为止尚不够完善。很多包装业人士为它呕心沥血,走出了一条布满荆棘的路,现已逐渐看到了光明。

2、纯封闭型电石桶结构

最早出现的电石包装桶为纯封闭型结构,如图1所示,它主要由桶身、桶底、桶顶、桶盖、垫圈及螺栓螺母等组成。桶身与桶底、顶封口为五层矩形卷边,桶口大小一般在200mm左右,容积一般为lOO升,材料厚度为1.2mm,螺母是预先焊接于桶顶上的。当块状的电石装入桶内后,用橡胶垫圈、桶盖及螺栓螺母把桶口封严,然后进行贮运。

由于电石(碳化钙)特殊的化学特性,在遇到水和空气后,会反应生成乙炔气体(C2H2),俗称电石气。电石与空气中的水分自然反应而消耗和粉化的现象称为电石的风化,电石的风化是随时进行着的。纯封闭型电石桶虽然是封闭的,但在盛装时难免有空气和水分滞留于桶内,有时当桶口封闭不严时,或卷边接缝有渗漏时,常有水分和空气潜入桶内,与电石反应,产生大量的乙炔气。当桶内的气体越积越多时,内压也越来越大。以前在贮运中经常发生电石桶爆炸事故就是由此引起的。因为乙炔是易燃气体,所以电石桶的爆炸也常伴随着火灾的发生,给人民生命财产造成了极大的危害。为了防止电石风化而封闭钢桶,反而造成了更大的损失。

3、非封闭型电石桶结构

为了解决纯封闭型电石桶常引起电石风化引起爆炸的问题,有人干脆提出了不密封。在如图1的桶盖中央开一直径约3~5mm的小孔,用于排放电石风化后产生的乙炔气,如图2所示。这样做的结果,电石桶爆炸事故的确已不再发生,但随之而来的是电石风化的大量损失和排出的乙快气对大气环境的污染。有的电石包装出厂后,辗转贮运时间较长,由于长时间的风化,到达目的地时,电石己所剩无几,造成了相当大的浪费,随时产生并排出的乙炔气,不断地排入人类的生活空间,造成的污染也相当严重,在全球环保呼声越来越高的今天,这种现象是绝对不允许发生的。

4、减压阀电石桶结构

为了解决纯封闭型电石桶的易发生事故问题和非封闭型电石桶的风化损失及环境污染问题,有人设计了一种减压阔电石桶结构,这种结构在我国曾一度应用非常广泛。这种方案是在如图1的桶盖中央,安装一只特制的单向减压阔,如图3所示。当桶内电石风化后,内压越来越高,压力高到某个调定数值时,气体由A孔向上把垫圈2顶起,单向减压阀打开,将多余的气体由B孔排掉,维持桶内不至于引起爆炸的较低的压力;桶内压力低时,弹簧下压垫圈,关闭A孔,减压阀关闭。由于单向减压阀只能向外打开,所以外部空气及水分不能浸入。这样的结构不仅使桶内压力不至于升到纯封闭型电石桶的内压那么高,也使桶内与外界相对隔绝,风化大大减少,随之环境污染也减少了。

由于国内电石桶常常用来周转使用,一个桶可以周转四、五次,在周转过程中,减压阀常常损坏或遗失,桶口密封状况也常有破坏,所以,此种桶在第一次使用时较为理想,但以后的使用中就难免要出问题。

5、卷口真空封闭型电石桶结构

近年来,国际上出现了一次性使用的电石桶,采用如图4所示的桶顶与桶盖卷口结构,此结构钢桶在装入电石后,把桶顶与桶盖一次卷死,密封性非常好,需要使用时,只有破坏桶盖才能打开。另外,为了使桶内电石不风化,在桶盖中央开一个小孔,用来抽真空,将桶内空气抽空后,再用螺栓和垫圈把小孔封闭。这样,不仅避免了周转使用钢桶带来的不安全因素,也使桶内电石风化机会大大减少。

此种结构开始时常用于海运出口电石的包装,内销由于成本较高而受到了限制。为了降低成本,一次性电石包装桶均采用O.8mm薄钢板制造。虽然如此,有时由于钢桶质量或碰摔等问题引起了渗漏,桶内真空的负压使外界空气更易潜入,使桶内电石风化而将钢桶胀圆爆破的现象时有发生,所以此结构在海运出口运输中已逐渐减少。

6、充氮卷封型电石桶结构

为了彻底解决钢桶渗漏引起的电石风化问题,有关专家研制出了如图5所示的充氮卷封型结构。此结构是由卷口真空封闭型电石桶发展而来的,它将桶盖上的抽真空口改为在桶顶上开两个对称的充氮口和排气口。将电石装入桶后进行桶口卷封,然后由充氮口充入惰性氮气,氮气充入后,将桶内的空气由排气口排出。充满后再将两口密封即可。这样,即使钢桶稍有渗漏,外界的空气和水分也不易潜入,即便潜入,也因惰性气体的存在而不易反应风化。

此结构近来在出口电石包装中应用广泛,是目前实际应用中最理想的结构。在许多制桶厂中,钢桶的桶身与桶底、顶的卷封结构已由原来的五层矩形卷边改进为七层圆弧卷边(卷边图形如图6所示),从而大大地提高了钢桶的密封性能。

7、新型充氮密封结构的设计

在应用中,笔者发现,图5所示的充氮结构仍有不完善之处,原因就出在空气与氮气的比重差上。如图7所示,当氮气由A孔充入前,桶内除了电石块外,所有空间均布满了空气,而当充入氮气时,空气便从B孔中排出。但是,由于氮气比空气轻,所以,桶内下部的空气并不能被氮气挤出,相反的,氮气会由上方直接从B孔排出,形成了类似电流短路的现象,不妨称它为“充氮短路”。这种现象即使是两种气体比重一样也同样会发生,因为两孔离得太近,充氮时,桶下部的气体是不会交换的。

“充氮短路”不仅使桶内空气排不干净,充氮的效果将会大大降低。所以,目前所采用的这种结构仍然是不够完美,大有“表面应付”的嫌疑。所以,电石风化现象仍不能完全杜绝。为了解决“充氮短路”的问题,设计了一种全新型的电石桶充氮结构,其基本结构如图8所示。在桶盖和桶底上分别开一小孔,充氮时,由桶盖A孔充入,桶内空气便从桶底B孔排出。由于A、B两孔位于钢桶上下极端,而且空气比氮气重,这样,桶内空气会全部被排出,而由氮气占据整个钢桶内空隙。从而使充氮效果达到最佳程度。

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