GB/T38523—2020混合氣體的制備壓力法國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會IGB/T38523—2020本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國氣體標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC206)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：大連大特氣體有限公司、西南化工研究設(shè)計院有限公司、杭州新世紀(jì)混合氣體有建久策氣體集團(tuán)有限公司。1GB/T38523—2020混合氣體的制備壓力法運以及安全要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于瓶裝混合氣體的批量制備及集束裝混合氣體的制備。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB190危險貨物包裝標(biāo)志GB/T5099.1鋼質(zhì)無縫氣瓶第1部分：淬火后回火處理的抗拉強(qiáng)度小于1100MPa的鋼瓶GB/T7144氣瓶顏色標(biāo)志GB/T11640鋁合金無縫氣瓶GB/T14070—1993氣體分析校準(zhǔn)用混合氣體的制備壓力法GB/T14850氣體分析詞匯GB15258化學(xué)品安全標(biāo)簽編寫規(guī)定GB15383氣瓶閥出氣口連接型式和尺寸GB16804氣瓶警示標(biāo)簽GB/T34526混合氣體氣瓶充裝規(guī)定GB/T34528氣瓶集束裝置充裝規(guī)定GB/T38527校準(zhǔn)混合氣體技術(shù)通則GB/T14850界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1制備系統(tǒng)preparationsysterm3.2混合氣體中某一組分含量的認(rèn)定值與其目標(biāo)值的差值占該目標(biāo)值的百分比。注：7.2中給出了制備相對偏差的計算公式。3.3目標(biāo)組分含量所允許的最大制備相對偏差。2GB/T38523—20203.4批batch制備混合氣體時，一次充裝過程制備的所有氣體定義為一批。依次將純氣體或已知組分含量的混合氣體充入氣瓶，每次充氣后，根據(jù)充入組分前后的壓力之差獲得充入組分的壓力，按式(1)計算組分的壓力比濃度。式中：x;——組分i的壓力比濃度；pi——充入組分i的壓力，單位為兆帕(MPa);pm——混合氣體的壓力，單位為兆帕(MPa)?！瓕τ诶硐霘怏w，組分的摩爾分?jǐn)?shù)與壓力比濃度相同，對于真實氣體，混合氣體中組分的摩爾分?jǐn)?shù)按附錄A給出的方法進(jìn)行計算。5制備的策劃5.1制備的可行性分析5.1.1安全考慮對混合氣體進(jìn)行制備策劃時應(yīng)考慮如下安全因素：——防止混合氣體發(fā)生潛在的危險反應(yīng)；———混合氣體在20℃時的最終壓力應(yīng)低于目標(biāo)氣瓶的公稱工作壓力；——應(yīng)有尾氣處理措施。5.1.2混合氣體組分的反應(yīng)制備混合氣體之前應(yīng)根據(jù)組分的化學(xué)性質(zhì)，評價混合氣體組分發(fā)生反應(yīng)的可能性，并進(jìn)行安全風(fēng)險分析。5.1.3混合氣體組分和制備系統(tǒng)及包裝容器材料的反應(yīng)、吸附制備系統(tǒng)以及混合氣體包裝容器的材料應(yīng)與混合氣體中所有組分都不發(fā)生反應(yīng)和吸附。應(yīng)特別考慮腐蝕性氣體與金屬以及密封件的反應(yīng)。5.2組分原料的要求應(yīng)保證所使用的組分原料的純度和雜質(zhì)含量能夠滿足最終混合氣體的制備要求。5.3制備系統(tǒng)的要求應(yīng)保證一批所制備的每瓶混合氣體組分含量的一致性。所用的壓力計量設(shè)備(如壓力表、壓力傳感器等)的準(zhǔn)確度應(yīng)滿足混合氣體組分的制備相對偏差要求，瓶裝混合氣體制備時所用的壓力計量設(shè)備還應(yīng)符合GB/T34526的相關(guān)規(guī)定，用于測量集束裝混合氣體壓力的計量設(shè)備還應(yīng)符合GB/T34528的相關(guān)規(guī)定。3GB/T38523—20205.4充裝壓力的計算5.4.1含有液化氣體組分的混合氣體充裝壓力要求5.4.1.1含有單一液化氣體組分的混合氣體充裝壓力要求為了保證液化氣體組分在充裝和使用過程完全氣化，液化氣體組分的充裝壓力不應(yīng)超過最低使用溫度下飽和蒸汽壓的70%。5.4.1.2含有多個液化氣體組分的混合氣體的壓力要求含有多個液化氣體組分時，可按式(2)估算混合氣體的最高充裝壓力。式中：pF——混合氣體的最高充裝壓力，單位為兆帕(MPa);n-—混合氣體中組分的數(shù)量；X.——組分i預(yù)期的摩爾分?jǐn)?shù)；p;(TL)——溫度TL時組分i的飽和蒸汽壓，單位為兆帕(MPa);…………TL——最高充裝壓力計算選用的蒸汽壓對應(yīng)的溫度，單位為開(K)。為了避免組分在充裝和使用過程中液化，TL應(yīng)不高于最低使用溫度。5.4.2初次制備之前組分充裝壓力的計算在混合氣體初次制備之前，用附錄A規(guī)定的計算方法計算混合氣體中組分的理論充裝壓力pi,并設(shè)計試驗，驗證采用計算的壓力所制備的混合氣體組分含量是否能夠滿足預(yù)期要求，過程如下：——組分的充裝壓力采用pi,用壓力法同時制備至少兩瓶混合氣體；—-—采用滿足要求的分析方法和滿足7.5相關(guān)要求的校準(zhǔn)混合氣體，對組分含量進(jìn)行檢驗；——將所制備的所有混合氣體中組分含量檢驗值的平均值近似為其實際的摩爾分?jǐn)?shù)，按式(3)計算修正因子e。…………式中：Xi———驗證試驗中制備的組分i的摩爾分?jǐn)?shù)；X;——用式(A.4)計算的組分i的摩爾分?jǐn)?shù)；X——組分i檢驗的平均摩爾分?jǐn)?shù)。如果上述驗證試驗所制備的所有混合氣體中各組分的制備相對偏差均落在要求制備允差以內(nèi)，則無需對制備壓力進(jìn)行修正，否則需要按式(4)對組分的充裝壓力pi‘進(jìn)行修正：注1:也可采用其他準(zhǔn)確有效的方法對組分的充裝壓力進(jìn)行修正計算。注2:當(dāng)充裝環(huán)境溫度變化較大時，應(yīng)獲得不同充裝溫度下的修正因子用于對應(yīng)溫度下混合氣體的制備。6制備6.1制備過程將預(yù)先清理和抽空的待充裝氣瓶與制備系統(tǒng)相連，抽空制備系統(tǒng)，按照5.4.2中計算的各組分充裝GB/T38523—2020壓力，以及與5.4.2中相同的環(huán)境溫度，混合氣體充裝壓力，各組分充裝速度、充裝順序和充裝完成至讀取壓力之間的時間間隔，依次將各組分和平衡氣充入氣瓶，每次充氣后，測量充入組分的壓力，所有組分充裝完成后測量混合氣體的壓力。附錄B中給出了壓力法制備混合氣體的實例。6.2組分含量的計算壓力法制備的混合氣體中組分含量按式(5)計算：式中：X;——組分i的摩爾分?jǐn)?shù)；…p;——組分i的充裝壓力，單位為兆帕(MPa);pm——混合氣體的充裝壓力，單位為兆帕(MPa);Zm——混合氣體的壓縮因子；Z;——充入的各組分i的壓縮因子。摩爾分?jǐn)?shù)與其他含量之間的換算關(guān)系參考ISO14912。注：對于不需要進(jìn)行壓力修正的混合氣體的制備，e=1。7檢驗7.1概述混合氣體制備完成后應(yīng)進(jìn)行檢驗。檢驗之前應(yīng)將混合氣體混合均勻，采用外標(biāo)法單點校準(zhǔn)定量。7.2制備相對偏差的計算制備相對偏差按式(6)計算：式中：△——制備相對偏差，%;………X.r——組分i抽樣檢驗的摩爾分?jǐn)?shù)(認(rèn)定值);Xi,m—-——組分i預(yù)期制備的摩爾分?jǐn)?shù)(目標(biāo)值)。對于瓶裝混合氣體，首次制備的第一批混合氣體，應(yīng)逐瓶進(jìn)行檢驗。首次制備之后的每批混合氣體均應(yīng)進(jìn)行抽檢，至少應(yīng)隨機(jī)抽檢2瓶。集束裝混合氣體應(yīng)逐束進(jìn)行檢驗。7.4判定及復(fù)驗混合氣體中所有組分的制備相對偏差均應(yīng)低于預(yù)期要求的制備允差。當(dāng)任一組分的制備相對偏差高于預(yù)期要求的制備允差時，則應(yīng)自該批產(chǎn)品中重新加倍抽樣檢驗，若仍不符合要求，則該批產(chǎn)品為不合格。45GB/T38523—2020檢驗所用的校準(zhǔn)混合氣體至少應(yīng)滿足以下要求：——按照GB/T38527規(guī)定的方法制備；——生產(chǎn)日期；----組分含量及制備相對偏差；——儲存和使用溫度(℃);9.1混合氣體的包裝、標(biāo)志應(yīng)符合GB190的相關(guān)規(guī)定，標(biāo)簽應(yīng)符合GB16804和GB15258的相關(guān)9.2混合氣體的充裝氣瓶應(yīng)符合GB/T5099.1或GB/T11640合GB15383的相關(guān)規(guī)定，氣瓶顏色標(biāo)志應(yīng)符合GB/T7144的相關(guān)規(guī)定。9.3瓶裝混合氣體的充裝及儲運應(yīng)符合GB/T34526的相關(guān)規(guī)定，集束裝混合氣體的充裝及儲運應(yīng)符合GB/T34528的相關(guān)規(guī)定。6GB/T38523—2020(規(guī)范性附錄)壓力法制備的混合氣體組分含量的計算A.1氣體的狀態(tài)方程氣體的狀態(tài)方程為：p×V=Z×n×R×T…………(A.1)式中：p——氣體壓力，單位為帕(Pa);V———n個摩爾氣體的體積，單位為立方米(m3);Z——壓縮因子；n—-—氣體的摩爾數(shù)，單位為摩爾(mol);R——氣體常數(shù)，R=8.315J/(mol·K);T—--—氣體溫度，單位為開爾文(K)。對于理想氣體，Z=1,真實氣體的壓縮因子用于表述其與理想氣體的偏離程度。A.2真實氣體的壓縮因子A.2.1對應(yīng)狀態(tài)原理根據(jù)范德華方程，任何氣體的臨界壓縮因子Z。是一個常數(shù)，即臨界點時不同氣體存在一定的共即引入一種無量綱的對比參數(shù)，如下：…………(A.2)…………(A.3)…………(A.4)pr——氣體的對比壓力；pe——氣體的臨界壓力，單位為帕(Pa);V,——氣體的對比體積；Ve——氣體的臨界體積，單位為立方米(m3);T,--——氣體的對比溫度；T.——氣體的臨界溫度，單位為開(K)。不同氣體如果有相同的對比壓力和對比溫度，就稱這些氣體具有相同的對比狀態(tài)，即它們處于對應(yīng)狀態(tài)。A.2.2普遍化的壓縮因子規(guī)律不同的氣體處于對應(yīng)狀態(tài)時，具有大致相同的壓縮因子，也就是說它們對理想氣體的偏差大致相7GB/T38523—2020同，Z可以表達(dá)為T,與pr的普遍化函數(shù)，即：Z=f(Tr,pr,Ze)…………(A.5)式中：Z.——處于臨界條件下的壓縮因子。上述普遍化函數(shù)關(guān)系對任何氣體都適用，一定溫度T、壓力p下的任何氣體，計算相應(yīng)的T,與p后，代入式(A.5),即可求得Z值。GB/T14070—1993中Lyderson表給出了Z。在0.23～0.29范圍內(nèi)的壓縮因子Z值，該范圍的Z可以滿足絕大部分應(yīng)用。當(dāng)真實氣體的臨界壓力p。和臨界溫度T。的數(shù)據(jù)為已知，可將某態(tài)下的壓力p和溫度T換算成相應(yīng)的對比壓力pr和對比溫度T.,從表中找出該對比態(tài)下的壓縮因子Z。對于混合氣體，以上原理同樣適用。A.2.3混合氣體的壓縮因子將混合氣體看成純流體，利用凱氏法混合規(guī)則，即混合氣體的假想臨界常數(shù)等于每個組分臨界常數(shù)的加權(quán)平均值，可得到它的假想臨界常數(shù)：式中：Tem———混合氣體的假想臨界溫度，單位為開(K);n——混合氣體組分?jǐn)?shù)；X,——組分的摩爾分?jǐn)?shù)，作為近似，可用壓力比濃度表示；pem——混合氣體的假想臨界壓力，單位為帕(Pa);Zem———混合氣體的假想臨界壓縮因子。混合氣體的對比參數(shù)：式中：Trm——混合氣體的對比溫度；Tem——混合氣體的假想臨界溫度，單位為開(K);pm——混合氣體的對比壓力；pcm——混合氣體的假想臨界壓力，單位為帕(Pa)。A.3混合氣體組分摩爾分?jǐn)?shù)的計算…………(A.6)…………(A.7)…………(A.8)…………(A.9)…………(A.10)根據(jù)計算的對比參數(shù)值，利用Lyderson表，確定混合氣體的壓縮因子Zm,用式(A.11)計算混合氣體中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)：…………(A.11)8GB/T38523—2020Z;——充入的各組分i的壓縮因子；注1:當(dāng)0.2<Ta/T,<0.5和pa≈p時，該法計算的準(zhǔn)確度較高(誤差約在2%～5%),式中i和j是指任何兩種氣體，超過上述限制，誤差較大，最大誤差出現(xiàn)在混合氣體的臨界溫度和臨界壓力時，其值可能高達(dá)100%。注2:對于He、H?、Ne,其對比參數(shù)由式(A.12)和式(A.13)計算：…………(A.12)…………(A.13)9GB/T38523—2020(資料性附錄)壓力法制備混合氣體的實例B.1概述對于初次制備混合氣體之前，參考本附錄確定是否需要修正，并獲取相應(yīng)修正因子。本例制備要求為：用壓力法制備摩爾分?jǐn)?shù)為18.1%的氬中二氧化碳混合氣體、混合氣體的制備壓力為13MPa、二氧化碳含量的制備允差為±2%。B.2組分充裝壓力的計算查閱相關(guān)資料得到各組分的臨界壓力pr,臨界溫度T,,臨界壓縮因子Z.見表B.1。表B.1各組分的臨界壓力、臨界溫度和臨界壓縮因子參數(shù)二氧化碳?xì)鍤饨M分的臨界溫度T./K304.25組分的臨界壓力p./MPa4.86臨界壓縮因子Z.0.2740.291根據(jù)凱式規(guī)則計算混合氣體的臨界參數(shù)：計算過程及結(jié)果如下：Tcm=0.181×304.25+0.819×150.8=178.57445Kpem=0.181×7.38+0.819×4.86=5.31612MPa由此臨界參數(shù)計算對比參數(shù)：計算過程及結(jié)果如下：GB/T38523—2020查得當(dāng)溫度為20℃,二氧化碳p;為2.34MPa(近似按pi=pm·x;計算)時Z;為0.865。查Lyderson表，以prm為橫坐標(biāo)，Zm為縱坐標(biāo)制作線性曲線確定Zm的值(如圖B.1所示)。0.8740.8740.8730.8720.8710.870.8690.8680.8670.8660.8650.864y=—0.0449x+0.98050.8632.352.42.452.52.552.62.65圖B.1混合氣體的Zm獲得曲線根據(jù)以上繪制的線性曲線得到pm和Zm的線性關(guān)系為y=—0.0449x