При какой температуре замерзает газ в баллоне, почему это происходит, и можно ли избежать проблемы

Замерзание газовой смеси в баллоне – нередкая ситуация для газового оборудования, после чего оно начинает работать некорректно или вообще останавливает работу из-за прекращения подачи газа. В таком случае владельцам полезно знать, при какой температуре замерзает газ, почему это происходит, и можно ли избежать проблемы. Разбираемся, какие причины приводят к обмерзанию газового баллона, почему перестает поступать газ, и что нужно делать.

Почему появляется иней: физика процесса

В нашей стране обмерзание газового баллона является одной из распространенных проблем для оборудования, которое работает на пропан-бутановой смеси. Образование инея говорит о том, что газовая смесь внутри металлической емкости замерзает. Так как газ в баллоне находится в двух фракциях, жидкой и газообразной, то уровень снежной шубы совпадает с уровнем жидкой части.

Иней вызывает проблемы в самых разных ситуациях. Переохлаждение емкости приводит к нарушению подачи газа, о чем прекрасно осведомлены владельцы автомобилей (машины в такой ситуации переходят на бензин). Иногда инеем покрывается нижняя часть газового баллона, который заносят в дом с холодной улицы. Дачники, собирающиеся на зиму в город, волнуются, можно ли оставлять газовый баллон, в неотапливаемом помещении на холодный сезон.

Это явление несложно объяснить физическими свойствами газа и окружающей среды. Когда, по какой-то причине, объем газовой смеси увеличивается, количество молекул остается прежним, но возрастает расстояние между ними.

Молекулы начинают реже сталкиваться, и газ остывает, так как температура – это мера кинетической энергии (энергии движения), в данном случае – теплового движения молекул. Кстати, при сжатии происходит обратный процесс, нагревание, ведь молекулы оказываются ближе друг к другу, и сталкиваются чаще.

Когда поверхность баллона достаточно охлаждается, на ней начинает конденсироваться (оседать) влага из окружающего воздуха, который остается более теплым. Это тот же закон физики, по которому конденсат появляется на окнах. Если охлаждение продолжается, конденсат на баллоне превращается в иней.

Температура замерзания и кипения углеводородов

Тот, кто пользуется газовыми баллонами в быту, рано или поздно начинает интересоваться, замерзает ли газ в баллонах, а затем задается конкретным вопросом, например, при какой температуре замерзает пропан в баллоне.

Для заправки баллонов используют смесь углеводородов, пропана и бутана. Если заглянуть в справочник (или в Википедию), то можно выяснить, что бутан замерзает при температуре -138 ℃, а пропан – только при -188 ℃. Однако это цифры, при которых газообразное вещество превращается в твердое.

Пользователей же интересуют не абсолютные значения, а те параметры, при которых газовая смесь будет оставаться в рабочем (газообразном) состоянии. Поэтому внимание нужно обратить не на температуру замерзания, а на температуру кипения (перехода из жидкого в газообразное состояние) пропана и бутана.

Если рассматривать условия нормального атмосферного давления, то пропан начинает кипеть при -42 ℃, а бутан – всего лишь при -0,5 ℃. Исходя из этих данных, кажется правильным вывод, что газовый баллон вполне может оставаться в неотапливаемом помещении или на улице (только, если в регионе зимой не бывает холоднее -40 ℃).

Однако на практике многие сталкиваются с тем, что баллонный газ начинает хуже гореть, когда мороз опускается только до -15 или -20 ℃, при этом поверхность баллона покрывается инеем. Существует несколько причин такого явления.

Причины появления инея (охлаждения)

Углеводороды в баллоне находится в жидком и газообразном состоянии под давлением, причем при заправке рекомендуется около 20 % объема емкости оставлять свободным (именно под газообразную фракцию).

Соотношение этих двух состояний зависит от температуры окружающей среды: чем она выше, тем больше углеводорода переходит из жидкого в газообразное состояние (кипит). Если баллон будет заправлен жидким топливом «под завязку», повышение температуры вызовет повышение давления, а для замкнутой среды это чревато взрывом.

Когда емкость обрастает инеем, кажется, что жидкая смесь углеводородов внутри замерзла, но это ошибочное впечатление. На самом деле, она остается жидкой, просто прекращается процесс испарения (превращения в газообразную форму, которая и используется далее). При понижении температуры воздуха в баллоне происходят другие процессы, ведущие к появлению инея, и происходит это по двум причинам.

Причина №1 – пропорция пропана и бутана в смеси

Нарушение пропорции в смеси может привести к обледенению емкости. Чтобы понять, почему это происходит, надо вспомнить, не то, при какой температуре замерзает пропан и бутан, а при какой они начинают кипеть (или, то же самое, испаряться).

Точка закипания пропана при атмосферном давлении достигается при -42 ℃ (при более низких значениях он остается жидким, причем его пары отличаются высокой упругостью. Поэтому емкость с пропаном в зимний период (если это не Крайний Север) может оставаться на улице. Даже в морозную погоду газом можно пользоваться благодаря естественному испарению.

Для бутана свойственна более высокая точка кипения, -0,5 ℃ (при отрицательных температурах испарение прекращается, газ остается жидким). Поэтому для эффективного использования этого углеводорода важны положительные рабочие температуры. Кроме того, бутан стоит дешевле пропана.

Газы смешивают с целью удешевления топлива, но для корректной работы газового оборудования важно правильное их соотношение. Смесь составляют с учетом разных температур испарения, ведь, чем больший процент смеси составляет бутан, тем при более высокой температуре жидкое топливо в замкнутой емкости перестает превращаться в газообразную фракцию.

Отсюда следует, что зимой в топливном газе необходимо увеличивать долю пропана (это помогает понизить температуру кипения и увеличить упругость паров смеси). Поэтому на практике используется два вида топлива:

• Зимнее. Содержание пропана – порядка 60-65 % (остальное – бутан).
• Летнее. Содержание пропана – около 40 %.

Разделение на два вида топлива иногда оборачивается тем, что газ в холодную пору совершенно не хочет гореть. Такое случается из-за человеческого фактора, а именно:

• Если вы по ошибке используете зимой летнюю смесь.
• Недобросовестный поставщик решил сэкономить и продал вам летнюю, более дешевую, смесь по цене зимней.

Причина №2 – интенсивный забор газа

Интересно разобраться, почему иней на емкости образуется только там, где топливо находится в жидкой фазе. Мороз на улице – не единственная причина такого явления. В процессе испарения от жидкого углеводорода отделяются молекулы с самой большой кинетической энергией. Постепенно смесь в жидкой фракции начинает терять температуру.

Если потребление газа увеличивается, температура жидкости начинает понижаться быстрее. Если газовая плита, камин или другое оборудование начинает потреблять топлива больше какого-то критического значения, жидкая фракция охлаждается до такого минуса, что поверхность баллона замерзает.

Чем холоднее будет жидкая фракция, тем медленнее происходит испарение, тем меньше газообразного топлива поступает к оборудованию. В такой ситуации плита начинает работать с перебоями, а иногда совсем перестаёт функционировать. В морозную погоду этому может способствовать и низкая температура окружающей среды.

Что можно и нельзя делать, если баллон замерз

Убеждение о том, что иней свидетельствует о температуре замерзания газа в баллонах – заблуждение. Иногда неправильное понимание естественного процесса приводят к неправильной эксплуатации, а иногда и несчастным случаям. В сети можно встретить следующие «способы» решения проблемы:

• Утепление баллона. Некоторые владельцы пытаются утеплить емкость, используя для этого строительный утеплитель или старое одеяло. На самом деле, можно получить обратный эффект: внешний утепляющий слой будет замедлять нагрев, так как будет задерживать теплый воздух помещения.
• Обогрев. Намного опаснее, если баллон, занесенный с холода в теплое помещение, решают обогреть (например, с помощью горелки). Прибегать к обогреву категорически не рекомендуется.

На самом деле, решения тут два. Крупный потребитель может параллельно установить несколько газовых баллонов. Если потребление возрастет, из каждой емкости будет забираться меньший объем топлива, и они не будут охлаждаться до критической температуры.

Для бытового потребителя все намного проще. Случается, что после доставки емкости с холодной улицы ее нижняя часть индевеет, что может обернуться падением давления на выходе. Все, что нужно сделать – это оставить баллон в теплом (отапливаемом) помещение на некоторое время. Когда иней растает самостоятельно, емкость можно без опасений подключать в систему.

Появление инея – естественный процесс, не требующий никаких специальных действий. Более того, попытки самостоятельного утепления нарушают требования безопасной эксплуатации, ведь утеплитель ухудшает теплообмен и влияет на характеристики топлива.

Если хозяева не пользуются газом зимой, то хранить баллон можно в неотапливаемом помещении (например, оставить его на даче, не забыв перекрыть вентиль). Также топливо можно круглогодично хранить на улице, с ним ничего не случится. Правда, в последнем случае газовую емкость необходимо держать не под открытым небом, а в специальном шкафу (без всякого утеплителя); это необходимо для защиты от нагревания ультрафиолетом.

Иногда возникает ситуация, когда баллон с газом покрывается до некоторого уровня инеем. Обмерзание может случиться из-за несоответствия газовой смеси условиям эксплуатации, или из-за чересчур интенсивного забора топлива для бытовых нужд. Это естественный процесс, но он может привести к сбоям в работе оборудования; чтобы устранить проблему, необходимо придерживаться правил эксплуатации газовых баллонов.