Кислород и сжатый воздух: разница, которая влияет на безопасность и эффективность

Многие путают кислород со сжатым воздухом, хотя это принципиально разные газы с разными свойствами и спецификой применения. Но такая ошибка может стоить здоровья или привести к авариям на производстве. Поэтому нужно разобраться в химических, физических отличиях и рисках неправильного использования этих газов.

Химический состав: почему кислород и сжатый воздух не одно и то же

Сжатый воздух – это смесь газов, которую человек вдыхает ежедневно. Но она закачана в емкость под давлением. В его составе примерно 78% азота, 21% кислорода и 1% других газов (аргон, углекислый газ, водяной пар). Кислород в баллоне – чистое вещество с концентрацией от 99,5% до 99,9%.

Эта разница важна для медицины. Пациенту с дыхательной недостаточностью нужен именно концентрированный газ, а не воздушная смесь. Заправка кислородом медицинских баллонов требует строгого соблюдения стандартов чистоты. Примеси азота или влаги снижают терапевтический эффект, могут навредить.

В промышленности складывается другая ситуация. Для пневмоинструмента подходит сжатый воздух. Он дешевле, безопаснее при утечках, не создает риска возгорания. Использование чистого кислорода там, где достаточно воздуха – бессмысленная трата денег.

Давление и способы хранения

Сжатый воздух и кислород хранятся под давлением, но при этом отличаются параметры. В стандартном баллоне со сжатым воздухом давление достигает 150-300 атмосфер. В кислородных баллонах оно находится в пределах 150, реже повышается до 200 атмосфер. Это связано с химической активностью кислорода. При более высоком давлении возрастает риск окисления металла изнутри.

Купить баллон кислорода можно в специализированных точках, где соблюдаются нормы хранения. Баллоны должны быть голубого цвета с черной надписью «Кислород». Воздушные баллоны окрашиваются в черный цвет. Эта маркировка введена не случайно. Она призвана предотвратить путаницу на производстве.

Температурный режим хранения тоже отличается. Кислородные баллоны нельзя держать рядом с источниками тепла. Газ при нагреве расширяется быстрее воздуха, давление быстро возрастает до критических показателей. Воздушные баллоны хранятся и используются в более широком температурном диапазоне.

Окислительные свойства: почему кислород опасен

Кислород поддерживает горение. Это его главное и самое опасное свойство. В атмосфере с повышенной концентрацией кислорода даже негорючие материалы вспыхивают. Одежда, пропитанная маслом или жиром, может воспламениться от искры.

При работе со сжатым воздухом такого риска нет. Его можно использовать для продувки оборудования, очистки деталей, охлаждения поверхностей. Единственная опасность – риск получения механической травмы от струи под высоким давлением.

Применение в медицине

В госпиталях используют только медицинский кислород. Его чистота регламентируется ГОСТом 5583-78. Допустимое содержание примесей – сотые доли процента. Наличие водяного пара, углекислого газа, азота строго нормируется.

Продажа кислорода медицинского назначения возможна только при наличии соответствующих разрешений. Баллоны проходят периодическое освидетельствование каждые 5 лет. Проверяется герметичность, состояние внутренней поверхности, точность манометра.

Сжатый воздух в медицине применяют иначе. Он приводит в действие пневматические инструменты – хирургические пилы, дрели, турникеты. Для дыхания он не подходит из-за низкой концентрации кислорода и возможного загрязнения маслом из компрессора.

Некоторые клиники устанавливают кислородные концентраторы вместо баллонов. Прибор выделяет кислород из воздуха, концентрирует его до 90-95%. Это удобно для длительной терапии, но требует стабильного электроснабжения.

Промышленное использование: где нужен кислород, а когда достаточно сжатого воздуха

Металлургия остановится без кислорода. Газопламенная резка, сварка, выплавка стали – процессы, основанные на высокой температуре. Смесь кислорода с ацетиленом или пропаном дает пламя до 3200°C. Сжатый воздух такого эффекта не даст.

Пневмоинструмент работает на сжатом воздухе. Гайковерты, перфораторы, краскопульты, шлифмашины питаются от компрессора. Но заправка кислородом пневмолинии категорически запрещена. При попадании масла в кислородную среду происходит взрыв.

В аквакультуре и рыбоводстве применяют оба газа, но по-разному. Воздух насыщает воду в прудах через аэраторы. Кислород используют при транспортировке живой рыбы. Он повышает выживаемость на 40-60% по сравнению с обычной аэрацией.

Экономическая составляющая

Производство сжатого воздуха стоит дешевле. Компрессор забирает атмосферный воздух, сжимает его, направляет в ресивер. Его себестоимость складывается из затрат на электроэнергию и обслуживание оборудования.

Получение чистого кислорода – более сложная технология. Промышленный метод – криогенная ректификация. Воздух охлаждается до -196°C, разделяется на фракции. Азот испаряется первым, кислород остается в жидкой фазе. Этот процесс требует использования дорогого оборудования, большого количества энергоносителей.

Если нужно купить баллон кислорода, то придется заплатить в 3-4 раза больше, чем за сжатый воздух. Заправка кислородом также стоит дороже. Для крупных предприятий разница будет особенно заметной.

Альтернатива баллонам – кислородные станции. Они генерируют газ на месте методом короткоциклической адсорбции. Их производительность варьируется от 1 до 500 м³/час. Затраты на них окупаются при постоянном использовании через 2-3 года.

Безопасность при работе

Утечка кислорода в замкнутом помещении повышает концентрацию газа в воздухе. При достижении 23-25% возрастает риск возникновения возгорания. Любая искра от электроинструмента, статического электричества, даже от удара металла о металл может его спровоцировать.

Утечка сжатого воздуха менее опасна. Единственный риск – вытеснение кислорода из помещения при большом объеме утечки. Это приводит к удушью, но на практике это случается редко.

Безопасная эксплуатация кислородного оборудование требует специальной подготовки. Резьбовые соединения обезжириваются, используются материалы, устойчивые к окислению, такие как медь, латунь, нержавеющая сталь. Обычная сталь не подходит из-за риска образования искр.

Для воздушных систем требования мягче. Разрешается использовать обычные фитинги, шланги, быстросъемы. Главное, чтобы рабочее давление соответствовало параметрам компрессора.

Влияние на здоровье человека

Дыхание чистым кислородом дольше 6-8 часов вызывает отравление. У него такие симптомы:

• головокружение; 
• тошнота; 
• судороги; 
• нарушение зрения.

В тяжелых случаях развивается отек легких. Поэтому даже в реанимации пациентам дают смесь кислорода с воздухом, а не 100% газ.

Сжатый воздух из компрессора содержит примеси масла, частицы ржавчины, конденсат. Поэтому дышать им опасно. Поэтому дыхательные аппараты комплектуются специальными фильтрами, осушителями, сепараторами масла. Очищенный воздух должен соответствовать стандарту DIN EN 12021.

Регламенты и стандарты

Продажа кислорода регулируется техническим регламентом Таможенного союза ТР ТС 032/2013. Он устанавливает требования к чистоте газа, маркировке баллонов, условиям их транспортировки.

Для медицинского кислорода действует отдельный стандарт – Фармакопейная статья ФС.2.2.0004.15. В ней прописаны допустимые концентрации примесей, методы контроля качества, сроки годности.

Сжатый воздух так жестко не регламентируется. Достаточно соблюдать правила промышленной безопасности при эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

Полезные рекомендации

Сначала нужно определить задачу. Для медицинских целей, сварки, резки металла нужен кислород. Для пневмоинструмента, продувки, накачки шин – сжатый воздух.

Нужно проверять сертификаты. Купить баллон кислорода без документов – повысить вероятность использования некачественного газа. У баллона должен быть паспорт, клеймо даты освидетельствования, цветная маркировка.

Храните баллоны нужно в вертикальном положении, вдали от нагревательных приборов. Минимальное расстояние до радиаторов отопления – 1 метр, до открытого огня – 5 метров.

Нельзя использовать кислород там, где достаточно воздуха. Это опасно и экономически невыгодно. При этом нужно помнить, что продажа кислорода жестко регламентируется.

Знание различий между кислородом и сжатым воздухом – не теория для галочки, а практическая необходимость. От этого зависит безопасность, эффективность работы, иногда жизнь людей.