Klasické ocelové tlakové lahve vyrábí Vítkovice Cylinders, a.s. (bývalý název Lahvárna Vítkovice). Tyto lahve se vyrábějí z trubek nebo zpětným protlačováním. Výroba ocelových tlakových lahví metodou zpětného protlačování a protahování za tepla (vstupním materiálem je válcovaný sochor) zajišťuje produkci vysoce jakostních lahví. Výroba ocelových bezešvých tlakových lahví je technologií výroby z bezešvých trubek. Pro uzavírání trubkového konce (dna) se používá metoda rotačního kování s přídavným ohřevem v průběhu uzavírání. U obou metod následuje po tváření strojírenské zpracování a zkoušení. Lahve jsou vyráběny z nízkolegované chrom-molybdenové oceli. V posledních letech se na trhu objevují tzv. lehčené ocelové tlakové lahve s pracovním tlakem 300 bar určené pro izolační dýchací přístroje. Jedním z důležitých výrobců těchto tlakových lahví je rakouská společnost Worthington Cylinders. Na českém trhu zastupují výrobce lehčených ocelových tlakových lahví výrobci nebo dodavatelé dýchacích přístrojů. Lehčená ocelová tlaková lahev je ve srovnání s klasickou ocelovou lahví stejného průměru a zpravidla je asi o 40 mm delší. Tloušťka pláště klasické ocelové tlakové lahve je minimálně 4 mm. Lehčené ocelové tlakové lahve mají plášť silný méně než 3 mm, proto je jejich hmotnost výrazně nižší. Šestilitrová lehčená ocelová tlaková lahev s lahvovým ventilem váží 7,6 kg, což je o 3 kg méně než ocelová tlaková lahev klasická.

 

Kompozitní tlakové lahve se vyrábějí ovinutím velmi pevných spojitých vláken a epoxidové pryskyřice na bezešvé pouzdro ze slitiny hliníku, která vyhovuje mezinárodní specifikaci ISO AlMg1SiCu. Jako zpevňující materiál se používá skelné, aramidové nebo uhlíkové vlákno. Tato vlákna jsou obalena kolem hliníkového jádra lahve (pouzdra) v souvislém vinutí vláknité výztuže, která zcela překrývá pouzdro a odhaleno zůstává pouze hrdlo tlakové lahve. Za hliníkovým pouzdrem následuje kompozitní vrstva z uhlíkových vláken a epoxidové pryskyřice, povrch lahve tvoří skelná vlákna a epoxidová pryskyřice.

 

Pouzdro tlakové lahve slouží jako těsnicí membrána a samo o sobě plní funkci tlakové nádoby. Hlavní podíl na maximální strukturální pevnosti kompozitní tlakové lahve mají vlákna. Pryskyřice chrání vlákna před účinky okolního prostředí a umožňuje ve vytvořené kompozici z radiálně a axiálně vinutých vrstev zátěžový přenos mezi vlákny.

 

Kompozitní tlakové lahve se ještě před standardní tlakovou zkouškou podrobují procesu autofretáže, při které se uměle zvyšuje tlak v lahvi tak, že pouzdro přesáhne svou mez napětí a způsobuje si trvalou plastickou deformaci. Výsledné zbylé napětí v pouzdře a tlakové napětí ve vláknině při nulové hodnotě vnitřního tlaku optimálně využívají dynamické mechanické vlastnosti pouzdra a vláknové matice.

 

Výrobci kompozitních tlakových lahví jsou Luxfer Gas Cylinders, Worthington Cylinders, MCS, Ullit, SCI nebo EADS. Z důvodů marketingové strategie nemohou být zákazníky výše uvedených společností HZS krajů, ale pouze výrobci nebo dodavatelé dýchacích přístrojů. Důležité je mít na zřeteli, že tlaková lahev na vzduch musí být podle Evropské směrnice 89/686/EHS (osobní ochranné prostředky) schválena jako celek společně s izolačním dýchacím přístrojem.

 

Dalším výrobcem kompozitních tlakových lahví je švédská společnost Interspiro. Kromě „klasické“ technologie výroby kompozitních tlakových lahví využívá při konstrukci namísto hliníkového lineru liner plastový. Další vrstvy – uhlíková vlákna a epoxidová pryskyřice a skelná vlákna a epoxidová pryskyřice zůstávají stejné. Právě aplikace plastového lineru prodlužuje životnost kompozitních tlakových lahví. Výrobce garantuje neomezenou životnost (NLL = Non Limited Life)! Kompozitní tlakové lahve jsou označovány názvem Spirolite Cylinders. Interspiro nabízí dva typy s pracovním tlakem 300 bar a s vodním objemem 6,8 l a 3,4 l. Pro účely dýchacích přístrojů připadá v úvahu první typ, jehož hmotnost je 4,7 kg, délka 563 mm a průměr 160 mm.

 

Společnost Interspiro má v ČR zastoupení. Cena Spirolite Cylinders je však velmi vysoká. Konkurence Spirolite Cylinders poukazuje na zásadní problém těchto lahví, kterým je spojení plastového lineru a kovového hrdla (plast na kov), na které se šroubuje lahvový ventil, ve vztahu k pracovnímu tlaku 300 bar, což způsobuje úbytek tlaku. Výrobce Interspiro proti tomu argumentuje tím, že spojení plastového lineru a kovového hrdla vydrží 200 000 cyklů tlakových zkoušek, a to hovoří za vše. Žádný z německých výrobců izolačních dýchacích přístrojů nepoužívá Spirolite Cylinders. Reference kolegů hasičů ze Skandinávie, kde jsou tlakové lahve Spirolite Cylinders poměrně rozšířeny, se do vydání tohoto článku nepodařilo získat.

 

Kompozitní tlakové lahve jsou při stejném objemu více než dvakrát lehčí než ocelové tlakové lahve. Např. kompozitní tlaková lahev o vodním objemu 6,9 l váží 4,5 kg (odlehčená kompozitní dokonce 4,0 kg), zatímco ocelová tlaková lahev o vodním objemu 7 l váží 10,5 kg. Kompozitní tlaková lahev o vodním objemu 9 l váží 5,3 kg, zatímco ocelová tlaková lahev o vodním objemu 9 l váží 12,3 kg, což je již 2,5krát větší hmotnost.

 

Lehčené ocelové tlakové lahve „leží“ hmotnostně mezi lahvemi kompozitními a ocelovými. Např. lehčená ocelová tlaková lahev o vodním objemu 6 l váží 7,6 kg, což je o 3 kg více než lahev kompozitní a o 3 kg méně než lahev ocelová.

 

Lehčené ocelové tlakové lahve se vyrábějí běžně o vodním objemu 6,0 l, zatímco lahve kompozitní o vodním objemu 6,8 l nebo 6,9 l, což při tlaku 300 bar představuje rozdíl v objemu vzduchu 240 až 270 l, a tudíž možnost využít kapacitu dýchacího přístroje déle o více než 5 minut.

 

Kompozitní tlakové lahve jsou oproti klasickým ocelovým širší a kratší. Kompozitní tlaková lahev o vodním objemu 6,8 l, resp. 9 l jsou přibližně o 20 mm, resp. 40 mm širší než stejně velké lahve ocelové, ale jsou o 100 mm, resp. 220 mm kratší. Lehčené ocelové tlakové lahve mají stejné délku jako lahve kompozitní (510 mm) a jsou stejně široké (140 mm) jako lahve klasické ocelové.

 

Údaje hmotností a rozměrů tlakových lahví jsou uvedeny v první a druhé tabulce. Výše uvedená srovnání hmotností různých druhů tlakových lahví jsou uvedena na rozdíl od údajů v tabulkách včetně lahvového ventilu, jehož hmotnost činí přibližně 0,5 kg pro všechny druhy tlakových lahví.

 

Výrobce klasických ocelových tlakových lahví může prodávat tlakové lahve rovnou HZS kraje bez mezičlánku, kterým jsou např. u prodeje kompozitních nebo lehčených ocelových tlakových lahví výrobci nebo dodavatelé dýchacích přístrojů.

 

Cena klasických ocelových tlakových lahví o vodním objemu 6 a 7 l se pohybuje mezi 8000 až 9000 Kč. Velmi podobnou cenu mají rovněž šestilitrové lehčené ocelové tlakové lahve. Nejnižší ceny kompozitních tlakových lahví s životností 15 let a 20 let se pohybují okolo 12 000 Kč, průměrná cena je asi 15 000 Kč. Rozdíly v ceně mezi dvěma různými dodavateli jsou až 5000 Kč. Kompozitní tlakové lahve společnosti Interspiro s životností 30 let stojí asi 24 000 Kč. Cena stejných tlakových lahví společnosti Luxfer Gas Cylinders zatím nebyla stanovena, ale na základě sdělení společnosti by měla být podobná jako cena kompozitních lahví s životností 20 let. Ceny společnosti Interspiro jsou výrazně vyšší než ostatních výrobců nebo dodavatelů kompozitních tlakových lahví.

 

Ceny kompozitních tlakových lahví s neomezenou životností nebyly zatím ze Švédska potvrzeny, ale nelze předpokládat, že budou lacinější než 25 000 Kč za kus. V tabulce s cenami tlakových lahví vyšší hodnota v intervalu odpovídá cenám společnosti Interspiro.

 

Pro ocelové tlakové lahve vyrobené podle ČSN EN 1964-2 a zkoušené podle ČSN EN 1968 není důvod k vyřazení pro překročení životnosti (platí tzv. neomezená životnost). Ve výše uvedených normách tedy není uveden důvod k vyřazení tlakové lahve pro překročení životnosti. Pro ocelové tlakové lahve, které byly vyrobeny před 08/2002, však platí i nadále životnost 40 let. Projde-li tlaková lahev úspěšně periodickou kontrolou a zkoušením (pro tlakové lahve určené pro dýchací přístroje je stanovena každých pět let), lze tlakovou lahev používat další období. Přesto zástupce společnosti Worthington Cylinders – Dräger Safety uvádí životnost lehčených ocelových tlakových lahví 40 let, to samé tvrdí zastoupení Luxfer Gas Cylinders.

Naproti tomu životnost kompozitních tlakových lahví je ve většině případů pouze 15 let, novější kompozitní lahve mají životnost 20 let a od ledna 2010 se začnou prodávat kompozitní tlakové lahve s životností 30 let. Vztah mezi životností a počtem cyklů zkušebního přetlaku je dán následujícím vztahem:

N = Y x 250 cyklů/rok;

N – počet cyklů zkušebního přetlaku bez poškození trhlinou nebo vzniku netěsnosti,

Y – životnost tlakové lahve.

Tlakové lahve s životností 15 let musí bez poškození odolat 3750 cyklům a lahve s životností 30 let dokonce 7500 cyklům. Při výrobě kompozitních tlakových lahví s životností 20 let - typ L65C, které jsou na českém trhu již několik let, se použil liner z hliníkové slitiny s lepšími fyzikálními vlastnostmi a s vyšší hustotou, než byly hodnoty původního lineru, a větší množství karbonových a skelných vláken. Aby se nezvýšila hmotnost nově vyráběných tlakových lahví, byla vyvinuta nová vlákna s menší hustotou, tzv. superlight vlákna.

 

Podle vyjádření společnosti K&V, která se mj. dlouhodobě zabývá periodickými kontrolami a zkoušením velkého množství kompozitních tlakových lahví, jejich technický stav plně odpovídá životnosti 15 let. Největším technickým problémem pro kompozitní tlakové lahve používané 13 nebo 14 let jsou závažné změny v geometrii propojovacího závitu mezi tlakovou lahví a lahvovým ventilem.

 

Kompozitní tlakové lahve s životností 30 let se začnou prodávat v ČR od roku 2010. Zatím probíhají testy pro jejich typové schválení. Pro výrobu těchto kompozitních lahví se použila nová generace superpevných vláken, jejichž dodavatelem je japonská společnost.

 

Podle ČSN EN ISO 11623 Lahve na přepravu plynů – Periodická kontrola a zkoušení tlakových nádob z kompozitových materiálů, která platí od března 2003, musí mít tlakové lahve vyrobené z kompozitních materiálů vyznačenu některou z kategorií životnosti, a to 15, 20 nebo 25 let. U starších kompozitních lahví, kde není životnost označena, je životnost 15 let, a takové musí být vyřazeny z provozu po jejím uplynutí.

 

Prodloužení životnosti kompozitních tlakových lahví výrobce ani příslušná ČSN EN nedoporučuje. Přesto, dostane-li uživatel souhlas od Institutu technické inspekce (ITI), je prolongace životnosti legitimní. Tlakové zkoušky, na základě nichž lze životnost kompozitní tlakové lahve prodloužit, musí provádět autorizovaná osoba (certifikát potvrzený ITI). Před vlastními zkouškami je vyhodnocen vnější stav tlakové lahve a pak následuje zkouška neinvazivní defektoskopickou metodou na principu akustické emise. Na základě výsledků těchto zkoušek a závěrečné tlakové zkoušky autorizovaná osoba rozhodne, zda prodlouží životnost kompozitní tlakové lahve a když ano, zda o 1, 2 nebo dokonce tři roky. Cena za prodloužení životnosti by se měla pohybovat okolo 600 Kč s DPH.

 

Nová generace kompozitních tlakových lahví označovaná Spirolite Cylinders od švédské společnosti Interspiro nabízí kompozitní tlakové s neomezenou životností. Garantuje, že jejich tlakové lahve vydrží 200 000 cyklů zkušebního přetlaku bez poškození trhlinou nebo vzniku netěsnosti. Jednoduchým dosazením do výše uvedeného vztahu zjistíme, že životnost těchto tlakových lahví je 800 let!?

 

Nepočítáme-li HZS hl. m. Prahy, u kterého se z důvodu nahrazení dýchacích přístrojů firmy Scott dýchacími přístroji firmy Dräger Safety muselo počítat s pořízením nových kompozitních tlakových lahví, nebude mít v následujících třech letech vyřazení kompozitních tlakových lahví v souvislosti s ukončením jejich životnosti u ostatních HZS krajů dramatický průběh. V tomto ohledu se vymykají jen HZS Plzeňského kraje a HZS Zlínského kraje, kde skončí životnost 25 % kompozitních tlakových lahví. V následujících třech letech se celkově vyřazení kompozitních tlakových lahví bude týkat asi 2000 lahví (včetně HZS hl. m. Prahy), tj. 17 % z celkového počtu všech tlakových lahví, které jsou určeny pro izolační dýchací přístroje, a 31 % z celkového počtu kompozitních tlakových lahví.

 

Kompozitní tlakové lahve mají desetinásobnou rezervu pevnosti. Pro ocelové tlakové lahve je tato rezerva pouze tří až pětinásobná. Tím se do značné míry eliminuje riziko následků nepřípustného ohřevu tlakové lahve nebo poškození pláště nádoby působením vnějších sil.Kompozitní tlakové lahve nevybuchují v otevřeném ohni a v ohni hoří bez výbuchu. Teplem dojde k roztavení vnitřní vrstvy a vzduch postupně uniká vrstvou sklolaminátu. Ocelové tlakové lahve při zahřátí nad přípustnou teplotu vybuchují a její úlomky působí jako střepiny granátu.

 

Kompozitní tlakové lahve jsou svou konstrukcí a hlavně použitými materiály náchylnější na mechanické poškození (oděry, vrypy ostrých předmětů apod.). Na druhou stranu, ocelová tlaková lahev je složena pouze z jednoho materiálu, takže její poškození může mít fatální následky, zatímco kompozitní tlaková lahev, nepočítaje epoxidové vrstvy, je složena ze tří vrstev materiálu, takže poškození horní vrstvy nemusí znamenat poškození následující vrstvy, ani nebezpečí pro uživatele. (Tím není řečeno, že poškození povrchu kompozitní tlakové lahve není důvodem pro její vyřazení z provozu). Podle většiny HZS krajů jsou kompozitní tlakové lahve vyřazovány z důvodu poškození povrchu velmi zřídka.

 

Odolnost proti chemikáliím je těžko srovnatelná, protože povrch ocelové tlakové lahve mohou porušit anorganické minerální kyseliny nebo silná oxidační činidla, zatímco povrch kompozitní tlakové lahve může být narušen některými organickými rozpouštědly. Nicméně chemická odolnost není zásadním problémem, protože lze těžko očekávat, že chemické působení kapalné látky bude dlouhodobé.

 

Lepší odolnost proti korozi na povrchu tlakové lahve je dána materiálem, který se použije pro její výrobu. Kompozitní tlakové lahve mají lepší odolnost proti korozi než lahve ocelové. Tento rozdíl se zmenšuje nátěrem ocelových tlakových lahví. Mnohem markantnější je však koroze uvnitř nádob, kde antikorozní vlastnosti lineru vyrobeného z hliníkových slitin oproti středně legované oceli, byť s 1 % Cr a 0,2 % Mo, jsou nabíledni. Ocelové tlakové lahve jsou tak mnohem choulostivější na přítomnost vzdušné vlhkosti, která se může do lahve dostat při úplném vypuštění vzduchu z tlakové lahve při nedodržení zásady o zbytkovém přetlaku.

 

Podle ČSN EN 1968 Lahve na přepravu plynů – Periodická kontrola a zkoušení bezešvých ocelových lahví se provádí periodické kontroly ocelových a kompozitních tlakových lahví, které jsou určeny pro dýchací techniku, každých pět let. Proces tlakové zkoušky kompozitních tlakových lahví je časově náročnější, protože kromě tlakového hydrostatického testu se provádí test změny objemu při tlakové zátěži. Autorizovanou osobou pro provádění periodických kontrol a zkoušení je u HZS ČR Opravárenský závod Olomouc. Některé HZS krajů mají rovněž oprávnění k provádění těchto kontrol, ale spíš nahodile. Používané lahvové ventily jsou sice technicky různé, ale cenově shodné.

 

Tato vlastnost způsobuje lepší schopnost se vyrovnat se změnami tlaku při plnění kompozitních tlakových lahví než lahví ocelových.

 

Ocelové a lehčené ocelové tlakové lahve se zbaví lahvového ventilu a potom se znehodnotí, nejlépe rozřezáním na tři díly, přičemž jeden řez má porušit hrdlo lahve a závit. Nakonec se jednotlivé znehodnocené části dají do šrotu.

 

Kompozitní tlakové lahve se znehodnotí stejným způsobem jako lahve ocelové. Liner lze dát do šrotu a karbonoplastová část se musí ekologicky zlikvidovat. Způsob ekologické likvidace kompozitních tlakových lahví nedokázali vysvětlit ani výrobci technických plynů. Některé firmy dodávající kompozitní tlakové lahve jako součást izolačních dýchacích přístrojů v současnosti zpracovávají jistý systém ekologické likvidace. V každém případě, ekologická likvidace kompozitních tlakových lahví, na rozdíl od lahví ocelových, nebude zadarmo.

 

V letošním roce byla provedena u HZS krajů anketa, jejímž předmětem byla odpověď na otázku: „Které tlakové lahve k dýchacím přístrojům preferuje Váš HZS kraje? Ocelové nebo kompozitní? Zohledněte všechny pohledy (bezpečnost, uživatelské vlastnosti, životnost).“ Do ankety se zapojilo 12 ze 14 HZS krajů (86 %). Respondenty byly příslušníci zodpovědní za chemickou službu na HZS krajů. Dva respondenti se vyslovili pro ocelové tlakové lahve (17 %) a 10 HZS krajů (83 %) preferuje lahve kompozitní.

 

V drtivé většině HZS krajů jsou na prvních výjezdech kompozitní tlakové lahve a při výměně dýchacího přístroje jsou opět preferovány lahve kompozitní. Ocelové tlakové lahve jsou umístěny na záložních vozidlech nebo na vozidlech, která mají menší počet výjezdů.

 

Přehledné srovnání parametrů jednotlivých druhů tlakových lahví je uvedeno v tabulce. Jednotlivé parametry jsou označeny „+“, „-“ nebo „N“, přičemž hmotnost a rozměry, cena, životnost a vyjádření HZS krajů obdržely dvojnásobnou váhu s možností ohodnotit až dvěma „+“ nebo naopak dvěma „-“ (označeny tučně). Významy znaků:

a) „+“, je-li daný parametr lepší než u ostatních tlakových lahví,

b) „-“, je-li daný parametr horší než u ostatní tlakových lahví,

c) „N“, nelze-li prokázat lepší nebo horší parametr nebo odchylka parametru je nevýznamná.

Z přehledu vyplývá, že nejhůře jsou hodnoceny klasické ocelové tlakové lahve a kompozitní tlakové lahve s životností 15 let. Naopak lehčeným ocelovým a kompozitním tlakovým lahvím s životností 30 let nebo neomezenou životností bude patřit budoucnost.

 

pplk. Ing. Jiří MATĚJKA, MV-generální ředitelství HZS ČR, foto archiv redakce

 

Parametry klasických ocelových tlakových lahví Vítkovice Cylinders

Vodní objem	5 l	6 l	7 l	8 l	9 l
provozní tlak	300 bar	300 bar	300 bar	300 bar	300 bar
zkušební tlak	450 bar	450 bar	450 bar	450 bar	450 bar
vnitřní průměr	140 mm	140 mm	140 mm	140 mm	140 mm
délka	475 mm	550 mm	625 mm	700 mm	775 mm
hmotnost prázdné TL bez lahvového ventilu	7,8 kg	8,8 kg	9,8 kg	10,8 kg	11,8 kg

 

 

Parametry celokompozitních tlakových lahví LUXFER Gas Cylinders

Typ	L19C	L29C	L45D	L65C	L65F	L65E	L65B	L87A
vodní objem	2 l	3 l	4,7 l	6,8 L	6,9 L	6,9 L	6,8 L	9 L
specifikace	CE	CE	CE	CE	CE	CE	CE	CE
provozní tlak	300 bar	300 bar	300 bar	300 bar	300 bar	300 bar	300 bar	300 bar
zkušební tlak	450 bar	450 bar	450 bar	450 bar	450 bar	450 bar	450 bar	450 bar
průměr	103 mm	114 mm	137 mm	157 mm	156 mm	161 mm	161 mm	178 mm
délka	376 mm	442 mm	490 mm	525 mm	522 mm	523 mm	525 mm	554 mm
hmotnost prázdné TL bez lahvového ventilu	1,2 kg	1,9 kg	3,4 kg	4 kg	3,5 kg	4,09 kg	4,4 max.	4,8 kg
životnost	15 let	15 let	15 let	15 let	15 let	20 let	30 let	15 let
vnitřní závit	M18x1,5 ISO	M18x1,5 ISO	M18x1,5 ISO	M18x1,5 ISO	M18x1,5 ISO	M18x1,5 ISO	M18x1,5 ISO	M18x1,5 ISO

 

 

Ceny tlakových lahví v Kč s DPH

Tlaková lahev	Životnost	Vodní objem 6 l	Vodní objem 7 l	Vodní objem 9 l
ocelová	40 let nebo NLL*	8 200	8 500	9 000
lehčená ocelová	40 let nebo NLL*	6 000–8 100	-	-
kompozitní	15 let	-	12 000–15 000	16 200–20 500
	20 let	-	12 100–17 100	-
	30 let	-	15 000**–24 200	19 000–28 400
	NLL*	-	> 25 000	-

 

* NLL = neomezená životnost (vyrábí jen Interspiro).

**
Výrobci (mimo Interspira) začnou tlakové lahve prodávat od ledna 2010 a tvrdí, že cena bude v průměru jako u tlakových lahví s životností 20 let.

 

 

Srovnání parametrů jednotlivých druhů tlakových lahví

Parametr	Ocelové tlakové lahve		Kompozitní tlakové lahve
	klasické	lehčené	životnost 15 let	životnost 30 let	životnost neomezená
hmotnost a rozměry	--	+	++	++	++
cena	++	++	-	-	--
životnost	++	++	--	+	++
pevnost	-	-	+	+	+
odolnost proti mechanickému poškození	+	+	-	-	-
odolnost proti korozi	-	-	+	+	+
periodická kontrola a zkoušení	+	+	N	N	N
pružnost	N	N	+	+	+
ekologická likvidace	+	+	-	-	-
vyjádření HZS krajů	--	N	++	++	++
Poměr +/-	7/6	8/2	7/5	8/3	9/4