Fabrication des bouteilles d'oxygène : des matières premières à l'assurance qualité

Contexte

L'oxygène (numéro atomique 8, poids atomique 16) est essentiel pour tous les organismes vivants et réagit avec presque tous les autres éléments. Lorsqu'une substance se lie à l'oxygène, on dit qu'elle est oxydée. C'est l'élément le plus abondant dans l'univers, constituant environ 90 % de l'eau et 46 % de la croûte terrestre (silicium 28 %, aluminium 8 %, fer 5 %). À l'état pur, l'oxygène est incolore, inodore et insipide. À des températures inférieures à –183 °C (–297 °F), il se liquéfie en un liquide bleu pâle.

Environ les deux tiers du corps humain sont de l'oxygène. Il est inhalé dans les poumons, transporté via la circulation sanguine vers les cellules, où il réagit avec d'autres molécules pour générer de l'énergie. Les déchets de la respiration sont l'eau et le dioxyde de carbone, qui sont expulsés par les poumons.

L'oxygénothérapie médicale, utilisée pour des affections telles que l'emphysème, l'asthme et la pneumonie, délivre de l'oxygène sous pression depuis des canettes en aluminium avec régulateurs de pression ou depuis de grands réservoirs en acier isolés nominales à 141 kg/cm² (2 000 lb/in²).

Histoire

La découverte de l'oxygène est créditée à plusieurs scientifiques. En 1774, Joseph Priestley a observé un gaz qui soutenait la combustion, qu'il a appelé « air déphlogistiqué ». Antoine-Laurent Lavoisier l'a plus tard renommé oxygène (du grec oxy « acide » et gene « formant ») et a démontré son rôle dans la combustion et la formation des acides. Carl Wilhelm Scheele, un chimiste suédois, avait isolé le gaz plus tôt en 1771 mais n'a pas publié ses découvertes avant plus tard.

Matériaux premiers

Les bouteilles d'oxygène sont fabriquées en aluminium de grade 6061 et en air liquide. La billette d'aluminium est coulée en un long lingot puis découpée en tronçons proches des dimensions du produit final. L'air liquide est condensé et chauffé jusqu'à ce que l'azote et autres impuretés s'évaporent, laissant de l'oxygène presque pur (97–100 %) avant d'être distribué dans les bouteilles.

Conception

Les cylindres d'oxygène médicaux comportent généralement un corps en acier brossé et un sommet vert. La conception équilibre résistance, poids et résistance à la corrosion pour répondre à des normes de sécurité rigoureuses.

Processus de fabrication

Formation du cylindre

• 1. Une seule billette d'aluminium 6061 est découpée sur un convoyeur en tronçons.
• 2. Chaque tronçon est placé dans une matrice et soumis à une extrusion arrière, créant une grande coquille creuse en forme de tasse.
• 3. La coquille subit une inspection visuelle et un gabaritage dimensionnel.
• 4. Le refoulement ferme l'extrémité ouverte de la tasse, formant un cylindre sans soudure.

Traitement thermique

• 5. Le cylindre est traité en solution dans un four à ~538 °C, atteignant le revenu T-4.
• 6. Il est ensuite vieilli artificiellement dans un four à ~177 °C pour précipiter les éléments d'alliage, produisant le revenu T-6 plus résistant.

Configuration du col

• 7. L'usinage assisté par ordinateur perce un trou central dans le col.
• 8. Un outil de forme fraise la surface supérieure, la gorge de joint torique et les filets en séquence, créant un joint fiable.

Finition

• 9. Le test hydrostatique presse le réservoir aux cinq-tiers de sa pression de service ; toute dilatation excessive entraîne un rejet.
• 10. Les marques d'identification (spécifications, numéro de série, fabricant, date) sont estampillées avec un estampilleur pneumatique.
• 11. Les cylindres médicaux reçoivent une finition brossée, sont tournés sur un convoyeur, et poncés automatiquement.
• 12. La peinture verte est appliquée manuellement, suivie d'un revêtement en poudre transparent qui est cuit au four.
• 13. Le réservoir fini est capsulé ou équipé d'une valve selon les exigences du client.

Remplissage des réservoirs

1. 1. L'oxygène sous pression commercial est distillé de l'air liquide, qui se liquéfie à –183 °C.
2. 2. L'air est comprimé et détendu à travers des moteurs à piston, le refroidissant et réduisant la pression.
3. 3. De multiples étapes de détente liquéfient l'air, qui est ensuite stocké dans des réservoirs isolés.
4. 4. L'ébullition élimine l'azote (point d'ébullition –196 °C), produisant de l'oxygène à 97–100 % pur pour remplir les cylindres.

Contrôle qualité

Tout au long de la production, les cylindres subissent des inspections et nettoyages répétés. Après-vente, chaque réservoir doit passer des tests hydrostatiques et visuels tous les cinq ans, conformément aux directives de l'Association des Gaz Comprimés. Les cylindres avec une usure minimale peuvent avoir une durée de service illimitée.

Le marquage DOT-3AL indique la conformité aux réglementations du Département des Transports pour le transport de gaz comprimés.

Sous-produits et déchets

Près de 93 % de la billette coulée est récupérée dans le produit final, laissant moins de 7 % de rebut. Les cylindres condamnés sont dépressurisés, valve retirée, et sciés en deux pour le recyclage, assurant un minimum de déchets.

Avenir

Les avancées en oxygénothérapie médicale ont produit des réservoirs plus petits et plus maniables. Le réservoir standard E contient 680 L et peut délivrer jusqu'à 11,3 heures à 1 L/min, ne pesant que 3,6 kg à vide. Le réservoir M9, à 240 L, offre quatre heures à 1 L/min ou deux heures en flux continu. Des accessoires comme des chariots ou sacs permettent un transport facile.

Pour en savoir plus

Autres ressources

Catalina Cylinders Web Page. 8 novembre 2001. https://www.catalinacylinders.com.

Tri-Med, Inc. Web Page. 8 novembre 2001. https://www.trimed.freeservers.com.

Deirdre S. Blanchfield