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[原创]工程压力概念的标准化思索  

2008-05-17 12:13:57|  分类: 安 全 技 术 [原 |  标签: |举报 |字号 订阅

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[原创]           工程压力概念的标准化思索

 

摘要  压力属性分类表述过程中,存在含混不清互相矛盾的现象;本文从标准化的高度,对压力及其衍生物,以及在涉及安全生产与效能质量的关系上,做一个规范性论述。

关键词  压力属性分类标准化安全生产效能质量规范性

引言在众多的工程技术专著和教材中,压力二字使用极其频繁;但压力及其衍生物使用的过程中、压力属性分类表述过程中,存在含混不清互相矛盾的现象;一些偏差如不澄清或纠正,可能会继续误导。本文试图从正面,从标准化的高度,对压力及其衍生物,以及在涉及安全生产与效能质量的关系上,做一个规范性论述。相信此举对专业基础理论建设、行业技术培训,会有一定帮助。本文论述的对象以承压特种设备为主,但涉猎的内容涵盖许多专业和行业。

一、有关压力的定义和单位换算

1本义。压力的本义是压强,单位面积所承受或施予的力。强,强度,含度的量化,类似温度。全称压力强度,工程上约定俗成,习惯称其压力。

2大气压力与大气压。大气压力即地球大气层压力,其量度为一个大气压(工程),即每平厘米1公斤力。统一国际标准0.1兆帕。

3绝压与表压。表压,以一个大气压为计量起点的压力。绝压,以完全真空为计量起点的压力。P=P+1大气压。

4真空与负压。负压,即真空度,低于(1个)大气压所显示的压力。负压或真空度度量起点为完全真空。负压或真空度最大值为1大气压。

5扬程与水柱。1大气压,用水柱高度表示压力的方法。主要作为机泵性能的压力参数。水柱高度也是负压的表示方法。1大气压=10米扬程=10000毫米水柱。

二、压力属性分类及相互关系

承压设备-压力容器锅炉,从设计制造到使用检验全过程,涉及的压力属性常见有:设计、额定、操作、试验、安全阀至少5种类型(称呼)。

1设计与额定。除了液化气体因为涉及临界特性参数(压力、温度),设计压力与额定压力取值有所不同以外,其他流体介质的设计压力就是额定压力。

2设计与安全阀。安全阀开启压力是以1.051.1倍额定压力来确定的。因此,当设计压力与额定压力定义相同时,“设计压力大于安全阀压力”的提法不能成立。

3关于工作压力。工作压力有额定、最高、允许、操作等多种提法。额定即最高。允许是检验状态下一种提法,也是最高。操作是正常状态下一种提法,一般也应该是最高。至于工艺不需要最高需要调低,则应作为特例。

4关于试验压力。试验有压力和气密之分。压力试验,以壳体强度或承压能力实验鉴定为目的。气密试验,以壳体严密性实验鉴定为目的。运行介质为液体的壳体,一般用水作为实验介质。运行介质为易燃有毒气体的壳体,一般用气体作为实验介质。

三、超压概念的两种类型分析

发生于承压和不承压容器的超压,直接导致物理性爆炸。超压原因有两种情况(类型),现以汽包为例分析如下:

第一种,承压能力不变的超压。我们一般将承压能力极限确定在安全阀(开启)压力,一旦安全阀失效,即容器最后一道保护屏障失效,即刻爆炸。为防止这种超压爆炸,我们除了通过定期校验、现场实验等一系列措施,保证安全阀灵敏可靠的同时,对于P.V(蓄能)较大的容器,还需要将工作(操作)压力控制在安全阀开启之前,也就是额定压力内。

第二种,承压能力降低的超压。由于容器本身原有(设计)的承压能力因腐蚀等原因而降低(比如说有效壁厚从12降至8厘米),此时,原额定压力就处在超压位置上;也就是说工作(操作)压力低于原额定压力,此时的爆炸亦称超压爆炸。为防止这一类型爆炸,就需要对容器承压能力定期进行检验。应当针对容器性能、结构和环境特点,采用有效的测定鉴定手段做出准确判断,而不能依靠简单的测厚。

四、压力显示的三重功能

如果说安全阀、防爆片、超压连锁等泄压自动保护装置,完全为安全生产服务,那么以压力表为代表的压力显示装置,除了为安全生产服务以外,还有为生产工艺服务的功能。安全保护无下限,而压力显示既有上限也有下限。也就是说,应该控制压力在一定范围,力求保持稳定。

压力显示的作用不仅表现在安全和生产两方面,它还有代替温度显示的功能。众所周知,以温度计为代表的温度显示仪表,到目前为止在许多地方,无法形成“法定校验”,也就是说,温度计的定期专业校验仍是一项空白(盲区)。某些情况下比较规范的做法是,以压力显示间接代替温度显示。

比如,以饱和蒸汽为介质的汽包,因为压力与温度有自然对应关系(地球特性),知道了压力也就知道了温度。0.1兆帕表压对应的饱和汽水必然是120摄氏度。有临界特性参数的液化气体也有对应关系,由此关系可使压力显示间接反映温度显示。

五、盲目调低操作压力会造成效能降低

压力容器使用单位在设备选型时,依据工艺要求确定设备能力,确定设备性能参数,包括压力指标。设备投用以后,应当最大限度地发挥设备效能,将指标调到最高。

以锅炉汽包为例,按照压力与温度自然对应的饱和汽水性质,因为压力越高,饱和(沸)点越高,焓值越高,热效能越高,所以应当最大限度地使工作(操作)压力达到最高值。同理,燃烧温度也应当尽量控制在最高值。

然而,一些设备使用管理者,片面地强调所谓安全,草木皆兵,误以为使用压力越低越保险,盲目地将汽压(或炉温)指标调低许多,造成大马拉小车的低效运作。这种倾向应当予以纠正。

六、盲目调低操作压力会造成安全性能降低

盲目、随意地调低压力指标,不但造成效能降低,而且造成安全性能降低。

我们以锅炉的弹簧式安全阀为例。当安全阀开启压力盲目调低后,会带来两个后果:灵敏度降低;排汽能力降低。这是因为安全阀灵敏度和排汽能力,在事先设定范围内为最佳(如0.7~1兆帕)。若开启压力低到设定范围(0.7)以下,弹簧本身灵敏度随之降低,直接带来阀的灵敏度降低。与此同时,根据安全排量泄压面积计算,安全阀排汽能力也有所下降。

此外,盲目调低操作压力还会造成人安全意识的麻痹。因为超压爆炸危险性取决于压力、容积、介质三个性能要素,或压力、温度、介质三个工艺要素;压力仅仅是其中一个要素。

七、综合性分析小结

以上我们从压力定义单位换算、压力分类相互关系、超压两种类型分析、压力显示三重功能、盲目调低操作压力造成效能和安全性能降低,六个方面一系列分析,可以看到:

1压力这个物理名词、工程概念,所涉及的专业、行业相当广泛,如果不对属性分类表述过程中,存在的含混不清、互相矛盾现象,加以澄清和纠正,就会因一些偏差而产生误导,既不符合安全生产方针,也违背效能质量的宗旨。

2正因为压力二字使用极其频繁,所涉及的工程专业相当广泛,也涉及安全生产与效能质量的关系,所以有必要从标准化的高度加以规范。希望本文对专业基础理论建设、行业技术培训,会有一定帮助,并能够引起各方面的关注。

[作者20070807]

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