安全设备工程学基础知识.ppt
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1、1,1.1安全设备工程学的产生,1.1.1 可靠的安全性是现代设备应有的最基本特征随着人类物质文明和精神文明的不断提高以及市场经济的日益全球化,当今人们对各种设备的优劣和是否欢迎的评价,已不再仅考虑该设备的生产功能(或服务功能),还必须考虑以下6个要求:,2,(1)适用性;尽可能采用先进技术,使设计的设备充分实现其预期的性能指标和功能。(2)良好的可靠性(3)稳定可靠的安全性,3,(4)完善的人机学特性;(5)良好的工业美学特性;(6)优异的技术经济性。“买得起、用得起、扔得起”。上述6个方面,随着社会文明和经济日益全球化,设备类产品的安全性及其稳定性,由过去的次要、辅助性地位,已跃升为设备研
2、制与开发必须优先保证的质量指标。,4,1993年以来,许多发达国家相继制定了机械产品安全认证法规,要求凡在本国制造或进入本国市场流通的机械产品,必须经严格的安全性认证,否则,不许进入本国市场。中国也于1997年相继成立了“中国机械产品安全认证委员会”和“中国机械安全认证中心”。,5,日本著名的机械工程学教授伊藤广所著的未来机械设计指出,未来的机械设计的安全设计是最重要的设计。日本茄子川教授在谈到日本汽车和高速公路设计时曾说,“在日本,安全设计是汽车和高速公路的第一设计”。设备的安全性及其质量已成为当今社会关注的重要课题。现代人类需要安全化、无害化的设备,而安全化、无害化设备(简称安全设备)的开
3、发和研制必然需要专门的工程技术和理论安全设备工程学的技术和理论的指导。,6,显然,以设备安全的设计、制造、检测和评价理论和技术为核心,以实现设备安全化、无害化为基本目标和宗旨的安全设备工程学,是现代安全科学技术研究的前沿问题和最有实际意义的内容。同时,它也是面向21世纪的机械设计制造及理论的重要分支和新生长点。,7,1.1.2 现代可持续发展观和法制观呼唤安全设备工程学的萌生,技术的双向作用;现代设备高危害载体,设计的缺陷将发展成很大的灾难;亡羊补牢的做法应避免;法制角度。,8,1.1.3 安全科学技术学科发展期待安全设备工程学发展。,随着人们对安全的本质、规律研究和认识的不断深化,人们日益感
4、到安全的3个基本要素即人、物及人与物的关系中,要素“物”的安全化对于实现“人、机、物、环境”整个系统的安全本质化具有决定性的意义。这里的“物”,主要是指除了加工对象以外的各类设备(包括设施和各种设备、工具在内)。,9,安全的“软”科学技术范畴,例如:安全管理学、安全系统学、安全法学、安全经济学等;安全“硬”科学与技术的研究较少。在国内外至今尚未见到过有任何专门论述安全设备工程学(即安全“硬”工程技术)的专著。可见,安全科学技术学科作为一个新兴一级学科,其发展是极不平衡的,其“硬件”部分由于研究难度大、费用高而相当落后,远不能解决当代和未来人类文明及可持续发展对安全“硬”工程技术的客观需求。,1
5、0,1.2安全设备工程学研究的主要内容,1.2.1 安全设备工程学的定义所谓安全设备工程学,就是研究关于各种设备(包括各类工具、机械、装置和设施等)安全化和无害化以及以保障安全为目的的各类“专用安全设备和装置”的学问。,11,其学科属性属安全工程技术(硬件)范畴,是在设备的安全设计、选材、制造、安装、养修、使用、评价、认证等一系列工程领域中,使设备从根本上实现安全化(即安全本质化)、无害化以及研制各类“专用安全设备或安全装置”所采用的普遍适用的科学理论、方法、工程技术、控制策略等的总称。它是与现代安全科学技术理论、特别是安全本质化思想、安全原理、安全系统工程、安全人机工程与设备工程学等有关学科
6、相互交叉、融合的产物。,12,安全设备工程学有广义和狭义之分。广义安全设备工程学是指关于各类设备安全化和无害化的科学理论、工程技术和方法的知识体系,具有广泛的工程技术适用性。狭义安全设备工程学主要是指各种专门用于安全保障的安全保护、安全防护、安全控制装置(或设备)的有关科学理论、技术和方法体系。,13,1.2.2 安全设备工程学的研究目标,安全设备工程学的目标是研究人们在生产、生活中广泛使用的各类设备从根本上实现安全化和无害化,即设备安全本质化,以最大限度地预防和减轻因设备本身的不安全(包括不卫生问题)和不可靠而导致的事故、灾害和经济损失为最终目的。,14,1.2.3 安全设备工程学的主要研究
7、内容,安全设备工程学研究内容主要集中在8个方面:(1)安全设备工程学应用基础理论。主要包括设备的安全失效机理、模式及致灾、致害理论,例如:设备及零部件安全失效的模式、成因机制与规律等;设备发生事故的规律、原因和过程理论;设备安全运行寿命及剩余安全寿命分析与评价理论等。,15,(2)设备的安全设计理论与技术。主要包括安全化、无害化设备的结构设计、造型设计、材料选择、可靠性设计、人机工程设计、安全控制设计的理论与技术等。(3)安全化、无害化设备的加工、制造、装配理论。(4)有关设备的安全质量检测、安全仿真、安全性评价和安全性认证的理论与技术。,16,(5)设备的安全使用、安全诊断、安全养修理论与技
8、术。(6)安全设备的技术经济学理论与方法。(7)设备的工程心理学、卫生学设计理论与技术。例如:其职业危害及公害的预防与控制的理论和技术等(8)专门保障安全为目的的“专用安全设备与装置”的理论与技术。,17,1.3安全设备工程学的学科构成和知识结构,1.3.1 安全设备工程学的学科构成任何一个学科的构成及其研究内容都是由其研究目的规定的,即目的决定其组成部分和基本内容。安全设备工程学是以实现设备的安全化和无害化即安全本质化为目标,以最大限度地预防和控制设备本身的不安全、不可靠而引起的事故、灾害和经济损失为最终目的。,18,因此,它是一个以“安全第一”为主导思想、以设备安全化、无害化原理为基础的,
9、融众多工程学科领域的相关知识、理论和技术所构成的全新的设备工程与技术的知识体系。这其中既有独特的安全基础理论部分(基础科学与技术科学),也包括对实现设备安全化和无害化有用的一系列有关工程技术和方法。更确切地说,该学科是安全科学技术不断向工程学科渗透和交叉的产物,是二者有机融合的综合性整体。,19,1.3.2 安全设备工程学的知识结构,(1)安全设备工程学的基本原理。主要包括:设备致灾、致害的模式、原因、机制;安全设备学的基本原理和原则;设备的安全本质、安全本质化及安全质量;设备安全本质化的标志及其设计准则、安全失效与安全寿命分析原理等。,20,(2)安全设备的结构设计理论与方法。主要包括:设备
10、的危险部位(源)与分类;结构安全设计与验算;整体布局与匹配;造型设计与方法;零部件安全设计及要求;材料的安全选择与使用等。(3)安全设备的人机工程学设计理论与方法。,21,(4)设备安全可靠性技术与设计。主要包括:可靠性建模方法、分析计算理论及人机系统可靠性设计等。(5)安全设备的制造加工及装配、检验。主要包括:影响设备安全性及安全质量的制造、加工、装配因素;安全设备的制造、加工、装配技术及设备安全实验及安全质量检测技术等。,22,(6)设备安全控制及安全装置。主要包括:设备安全防护、安全保护、安全监控原理和各类专用安全装置的设计、造型及配置等。(7)安全设备的整机安全性分析、评价与认证。主要
11、包括:评价原理、指标体系、方法、标准、程序等。,23,(8)设备安全状态的动态监测、诊断与养修。主要包括:设备及其零部件的故障成因理论;安全信息特征;安全状态监测、诊断技术;安全保养、维修技术、方法及报废标准和安全回收方法等。(9)设备安全化技术经济分析与评价。主要包括:非安全化设备的负效益构成与计算;确定设备最优安全投资的原则和方法;设备安全化技术措施或方案的经济分析与评价等。(10)专用安全设备的理论与工程技术等。,24,注册安全工程师应具备的知识体系结构,25,第一篇 安全工程技术理论,1 安全科学学科基础及理论2 安全科学的定性与定量理论3 事故分析、预测与预防理论4 安全人机工程学5
12、 安全系统工程6 危害辨识与安全评价,26,第二篇 安全管理,7 安全管理科学理论8 安全生产法律法规和标准9 安全管理模式与体系10 安全管理技术11 安全生产监督管理12 先进的安全管理经验借鉴13 我国企业安全管理实例,27,第三篇 职业安全,14 机械安全15 起重与搬运安全16 压力容器与锅炉安全17 焊接安全18 防火与防爆工程19 电气安全,28,第四篇 职业健康,20 噪声与振动21 工厂防尘22 工业防毒23 辐射安全24 个体防护,29,第五篇 行业安全,25 煤矿安全26 冶金安全27 建筑安全28 化工安全29 石油工业安全30 电网安全技术,30,第六篇 公共安全,3
13、1 道路交通事故与交通安全32 铁路运输安全33 水上交通安全34 民用航空安全35 公共场所安全36 自然灾害防治,31,1.4 压力容器的基本知识,1.4.1 概述广义容器器壁两边存在着一定压力差的所在密闭容器,均可称作压力容器。狭义“压力容器”作为专用术语指压力达到一定数值,同时容器的容积超过一定限度、容器所处的工作温度使其内部有呈气体状态介质的密封容器。,32,具备这些条件的容器一旦发生事故,有可能造成严重后果,包括物质财产的破坏和人员的伤害,对环境带来不良影响。因而对这些容器的设计、制造、安装、使用、检修和改造实施严格的管理,采取必要的安全技术监督措施,以保证压力容器除具有所需的适用
14、性,同时还要确保它的安全可靠性。,33,一、压力容器的界定多大的压力和容积的容器就划为压力容器没有客观的界限,各国的规定也不尽一致。按我国压力容器安全技术监察规程中受监督的压力容器划定的条件归纳为以下三条1最高工作压力2容器的内直径,且容积;3介质为气体、液化气体或标准沸点小于等于最高工作温度的液体。同时具备以上三个条件的压力容器就是受各级劳动部门锅炉压力容器安全监察机构监察范围内的容器。部分纳入压力容器安全技术监察规程的压力容器见P3。,34,核能容器、各类气体配槽车、罐车和气瓶等经常移动的压力容器、压力超过100MPa的超高压容器等,由于它们有各自不同的工作特点,另有专门的规程来管理这些类
15、别的容器,不受压力容器安全技术监察规程的管理,35,介质是指容器所盛装的,或在容器中参与反应的物质。从介质状态看,有三种形式:(压缩)气体、介质的温度高于标准大气压下沸点的饱和液体、沸点低于可能达到的最高使用温度或环境温度的液化气体。后两种介质不是单纯的气体,这些介质在容器内只是由于压力较高才呈现液态(实际在容器内是气液并存的饱和状态),工作中,一旦容器破裂,容器内的压力下降,这些饱和液体即呈现过热状态,并立即蒸发汽化,体积急剧膨胀,发生蒸汽爆炸,其所释放的能量要比同体积、同压力的饱和蒸汽大得多,发生事故的危害性也大得多。,36,对于常温下处于液体状态的介质,即使在高压力作用下,几乎是不可压缩
16、的,容器破裂释放的能量非常有限,破坏性很小故盛有这种液体介质的容器不在监控范围内。而气体在温度不变的情况下,其体积与压力成反比。换句话说,容器一旦破裂,气体将从压缩状态的压力下迅速膨胀到环境所处的大气压力,体积在瞬间扩大许多倍。如压缩气体的温度高于环境温度,则膨胀的体积更大,此时所释放的能量也十分巨大。容器的容积越大,膨胀功就越大,如膨胀过程时间极短,则破坏性也就更强。(P2页的例子),37,二、压力容器在国民经济中的地位与作用在工业生产中,压力容器的主要作用是储存、运输有压力的气体或液化气体,或者是为这些液体的传热、传质提供一个密闭的空间。,38,压力容器的用途极为广泛。在工业、民用及军工等
17、许多部门,在科学研究的许多领域都起着重要作用。石油化学工业中应用最为普遍,约占压力窗口总使用量的50左右。石油是重要能源,在当今世界的能源中占有相当的比例。石油化学工业主要包括化肥、农药、医药、炼油、无机化工和有机合成等行业。,39,P4页的例子:压缩空气作为一种使用较多的动力源。在工厂中,空压就像水电一样,已成为生产中不可或缺的公用设施,诸如气动仪器,气动工具,喷吹、清洁输送及其它相关气动设备,皆依赖压缩空气作为动力源。,40,储存各种气体:制造消毒水和农药用到的氯气;焊接和切割用到的氢气、氧气、氩气;食品行业要用到的CO2气体,这些气体往往经过增压使其成为压缩气体,而储运这些压缩气体的窗口
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