在蒸汽鍋爐中水是在承壓狀態下吸收熱量轉變成蒸汽的。鍋爐爆炸不但與鍋爐承壓有關,也與承壓下水的吸熱及熱力狀態有關。
一、水的飽和溫度與壓力的關系先介紹幾個關于壓力和溫度的基本概念:
1.表壓力指設備上所裝設的壓力表內顯示的壓力。當設備不承受介質壓力時,設備內外均為大氣環境,壓力表的示值為0,因而表壓力是以大氣壓力為基準的壓力,或者說是高出大氣壓力的壓力。
通常所說鍋爐壓力容器的工作壓力或操作壓力,均指表壓力。
2.絕對壓力是以絕對真空為度量起點的壓力,即表壓力與大氣壓力之和。
研究介質狀態和變化過程時,研究壓力、溫度、比容等參數間的關系時,一般均使用絕對壓力。
鍋爐壓力容器使用的壓力單位通常為兆帕。近似地取大氣壓力為..1兆帕,則絕對壓力與表壓力的關系為:絕對壓力=表壓+0.1
3.飽和溫度在一定壓力下介質沸騰的溫度。隨介質種類和介質液面上壓力的不同而不同。
4.標準沸點在標準大氣壓力下介質沸騰的溫度。對于某種確定的介質,這個溫度是個確定值。比如水的標準沸點近似為100℃,酒精的標準沸點為78.3℃。
水的飽和溫度隨水面上汽(氣)壓的升降而升降。在高原地區大氣壓力低于標準大氣壓,水的飽和溫度也就低于100℃;在壓力鍋內水面上的汽壓高于標準大氣壓,水的飽和溫度就高于100℃。水面上的汽(氣)壓越高,水的飽和溫度即沸點也越高。
二、“蒸汽爆炸”
在蒸汽鍋爐的核心部件——鍋筒或鍋殼內,在正常工況下,介質處于額定工作壓力之下、汽水共存的飽和狀態即沸騰狀態。通常筒殼內下半部是飽和水,上半部是飽和蒸汽。飽和水與飽和蒸汽的共同溫度是相應于額定工作壓力的飽和溫度,對承壓鍋爐此溫度高于水的標準沸點100℃。一旦鍋筒或鍋殼破裂,器內壓力驟然降低為大氣壓力,原額定工作壓力下的飽和水瞬間變為大氣壓力下的過飽和(過熱)水,過飽和水無法穩定存在,其一部分瞬時汽化,體積急劇增大,形成爆炸,叫“蒸汽爆炸”。
“蒸汽爆炸”是典型的物理性爆炸。在爆炸中介質除膨脹降壓釋放少量的機械能外,主要釋放大量的熱能,因而蒸汽鍋爐爆炸常具有巨大的爆炸能量和破壞力,且鍋爐內原帶壓飽和水是爆炸能量的主要攜帶者和釋放者。
1.壓力不高時,常溫下承壓水的儲器破裂,爆炸能量極小,或者說形不成爆炸。這是因為水的壓縮系數極小,承壓水儲存的機械能極少,又未升溫儲存熱能,因而儲器破裂也釋放不出多少能量。
2.由于空氣是可壓縮性氣體,壓縮空氣中儲存機械能較多,爆炸能量較大,儲器破裂時破壞力和危險性也較大。
3.承壓飽和水的爆炸能量是同壓力下同體積空氣爆炸能量的十多倍,儲器破裂時破壞力和危險性極大。蒸汽鍋爐中儲存帶壓飽和水多的鍋筒、鍋殼、爐膽、集箱等儲器,潛在的爆炸危險性較大。
4.在承壓的蒸汽鍋爐省煤器及高溫熱水鍋爐內,水的溫度并未達到工作壓力下的飽和溫度,但如已超過了水的標準沸點100℃,在儲器破裂時也會發生蒸汽爆炸。
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