“概念”与“定义”,两个词的含义不同。“锅炉水位”是概念,锅炉的各种水位必须有明确的定义。
船舶辅机课程辅(蒸汽)锅炉部分,备课和授课过程中发现,锅炉的各种水位过多且定义不明确,不仅造成授课困难和学生理解错误,还可能导致在船船员(包括学生毕业后在船工作)失误,故建议航运行业的主管机关、学界和企业清晰界定锅炉的各种水位。
本文提出一些见解,敬请指正。
1 锅炉水位分类
锅炉水位,指锅炉汽水空间内的水面位置,最低和最高分别是锅炉汽和水空间的最低点(无水)和最高点(充满水)。
锅炉工作水位适当,是锅炉正常工作必要条件,如所周知:
过高,炉水可能随蒸汽溢出导致水击损坏用汽设备。
过低,部分传热面可能因失去炉水冷却而高温烧损,尤其是传热面温度过高又被补加的水骤冷,极易裂纹或扩管连接处松动漏泄。
分析锅炉实际工作情况,水位有三类(见图1):
正常工作水位;
过高水位(高于正常工作水位)
过低水位(低于正常工作水位)。
2 锅炉正常工作水位
2.1 定义
正常工作水位,指能保证锅炉安全正常工作的水位,其高度范围:
正常工作水位上限,低于锅炉汽水空间的蒸汽出口一定高度;
正常工作水位下限,高于锅炉传热面最高点一定高度。
水位表均明显标识正常工作水位上限和正常工作水位下限。
上述“一定高度”和水位表标识都有强制性规定:
中国船级社《钢质海船船舶入级与建造规范》2006年版第6.3.4.7条规定了不同型式锅炉的不同正常工作水位上限和下限;
中国船级社《钢质海船船舶入级与建造规范》2006年版第6.3.4.2条规定,“水位表的水位最低显示位置应与锅炉的最低工作水位高度相一致,但对水管锅炉应位于最低工作水位以下50 mm处”;以及
国家《蒸汽锅炉安全技术监察规程》1997年版第157条,水位表“下部可见边缘应比最低安全水位至少低25 mm”,和“上部可见边缘应比最高安全水位至少高25 mm”。其中“最低安全水位”和“最高安全水位”应可理解为“正常工作水位下限”和“正常工作水位上限”。
2.2 确认方法
可通过目视确认,有疑问可冲洗水位表后确认。
2.3 正常工作水位的某些其他表述辨析
(1)最高工作水位和最低工作水位
最低工作水位和最高工作水位,如上引《钢质海船船舶入级与建造规范》2006年版第6.3.4.2条。
“最高工作水位”和“最低工作水位”的词义不准确,实际是说“安全工作最高水位”和“安全工作最低水位”。
建议不使用“最高工作水位”和“最低工作水位”,因为不如“正常工作水位上限”和“正常工作水位下限”准确。
(2)最高安全水位和最低安全水位
最低安全水位和最高安全水位,见于国家《蒸汽锅炉安全技术监察规程》1997年版第157条。
建议不使用“最低安全水位”和“最高安全水位”,理由是:
词义不明确,可能被理解为“最高安全”的水位和“最低安全”的水位,严格地说,应是“安全工作最低水位”和“安全工作最高水位”;
不如“正常工作水位上限”和“正常工作水位下限”准确。
(3)“锅炉最高水位”和“锅炉最低水位”
见于《水运技术词典》(交通部《水运技术词典》编辑委员会主编,人民交通出版社,1984年出版,293页,最高水位、最低水位词条):“(1)锅炉最高水位,是指锅炉工作时允许的水位上限;(2)锅炉最低水位,是指锅炉工作时允许的水位下限……”。
建议不使用“锅炉最高水位”和“锅炉最低水位”,理由是其词义不确切,易与前述锅炉水位最低是锅炉汽和水空间的最低点(无水)和最高是锅炉汽和水空间充满水混淆。
(4)“高水位”和“低水位”
“高水位”和“低水位”常用来简称正常工作水位上限和正常工作水位下限,例如中华人民共和国船舶检验局《内河营运船舶检验规程》1993年版第十三章第三节13.3.3.1条。
建议不使用“高水位”和“低水位”,理由是:
“高水位”和“低水位”词义不准确,不知水位高或低到什么程度。
从字面理解似乎锅炉本来就有“高水位”和“低水位”两个水位,导致理解困难和引起争论。
若以为正常工作水位上限和正常工作水位下限太罗嗦,为便于船舶日常工作而必须简化,建议允许船舶日常口语使用“高水位”和“低水位”,但不宜见诸文字。
3 锅炉过高水位
(1)定义
过高水位,指锅炉工作时高于正常工作水位上限的水位。
(2)确认方法
水位低于水位表(显示部分)上缘,可目视确认;
水位高于水位表(显示部分)上缘,可冲洗水位表确认。
(3)危害
水位过高,炉水可能随蒸汽溢出(汽水共腾),导致水击,损坏用汽设备(汽缸、管路)。
(4)应对措施
水位低于水位表(显示部分)上缘,可手动停止给水泵,密切监视水位变化,待水位降低至正常工作水位后恢复给水泵工作,必要时查明原因并消除之。
水位高于水位表(显示部分)上缘,应立即停止锅炉燃烧或加热,关闭主蒸汽阀,停止设备用汽,查明原因并消除后再恢复锅炉工作。
(5)过高水位的某些其他表述辨析
船舶辅锅炉,一般不向动力设备供汽,不大会损坏蒸汽动力设备;且蒸汽压力不高,蒸汽管路水击损坏的可能也不大。所以,航运行业主管机关、学界和企业对锅炉水位过高讨论很少,基本没有分歧。
4 锅炉过低水位
定义一一过低水位,指锅炉工作时低于正常工作水位下限的水位。
按此定义,过低水位范围包括正常工作水位下限至汽和水空间最低点,水位在不同区间对锅炉安全的影响不同,应对措施也不同。为方便船上操作,可细分为可见过低水位和不可见过低水位两种。
4.1 可见过低水位
(1)定义和确认方法
可见过低水位,指锅炉工作时,水位低于正常工作水位下限但水位表上仍能看到(包括“叫水”后看到)的水位。按此定义,过低水位有两种,确认方法也不同:
①工作水位在正常工作水位下限(不含)与水位表(显示部分)下缘(不含)之间,可直接目视确认,若有疑问,可冲洗水位表后确认;
②工作水位在水位表(显示部分)下缘(含)与水位表下连通管(不含)之间,可采取某些措施(例如“叫水”)目视确认。
“叫水”,指一种水位表的操作,即:关闭水位表通汽阀→水位表内蒸汽冷凝而压力低于锅炉压力→若水连管内有水则流入水位表→水位表因而出现水位。
(2)危害
可见过低水位,低于正常工作水位下限(正常工作水位下限距水位表显示部分的下缘,一般在25 mm左右),尚不低于水位表下连通管,对锅炉正常工作只是危险趋势而没有实质性危害。
(3)应对措施
属于不正常状态,必须立即采取措施,包括:
立即补充炉水;
若必要,立即停止锅炉燃烧或加热;
若必要(锅炉汽压下降过快可能导致汽水共腾),暂时关闭主蒸汽阀,停止设备用汽。
4.2 不可见过低水位
(1)定义和确认方法
不可见过低水位,指锅炉工作时,水位低于正常工作水位下限,且目视(或“叫水”后仍)不能确认的水位。
按此定义,不可见过低水位包括下列两种:
①工作水位在水位表下连通管(不含)与锅炉传热面最高点(不含)之间;
②工作水位低于锅炉传热面最高点。
确认水位的唯一方法,是锅炉降压和充分冷却后打开人孔或手孔查看。
(2)危害
第①种情况,工作水位在水位表下连通管(不含)与锅炉传热面最高点(不含)之间,锅炉传热面尚未经干烧过热,对锅炉只是危险趋势而没有实质性损坏。
第②种情况,工作水位低于锅炉传热面最高点,锅炉传热面部分已经干烧,可能已经过热甚至部分损坏。
(3)应对措施
属于不正常状态,必须立即采取措施。
第①种情况,锅炉传热面尚未经干烧过热,没有实质性损坏,理论上可以立即补充炉水。但是,当时没有办法确认水位一定高于锅炉传热面最高点(如前所述,“确认水位的唯一方法,是锅炉降压和充分冷却后打开人孔或手孔查看”,所以,必须做最坏打算,按第②种情况采取应对措施。
第②种情况,锅炉传热面部分已经干烧,可能已经过热甚至部分损坏,若贸然补充炉水,已经干烧过热而尚未损坏的受热面骤冷,必然导致更严重的损坏。所以,应对措施包括:
立即停止锅炉燃烧;
关闭主蒸汽阀,停止设备用汽;
锅炉充分冷却前,绝对不可向锅炉补水;
锅炉充分冷却,适当放掉部分炉水,打开人孔或手孔,检查确认受热面受损程度,适当修理。
4.3 过低水位的某些其他表述辨析
(1)“最低危险水位”
“最低危险水位”,见于大连海事大学出版社出版的《船舶辅机》培训书2008年版第271页,“最低危险水位,是指水位降至最低水位之下的危险水位”。
“最低危险水位”,构词方法错误,词义不准确,不明确“最低”二字修饰“危险”、修饰“水位”、还是修饰“危险水位”:
若“最低”二字修饰“危险”,则“最低危险水位”应是“危险性最低的水位”;
“最低”二字修饰“水位”,则“最低危险水位”应是可能发生危险的水位的“最低”,只能是锅炉汽水空间没有水(水位高度为零);
联系后文的“低于最低工作水位线的锅炉水位”,“最低危险水位”应该是“危险低水位”。
“最低危险水位”,主管机关没有要求在水位表上标识,实际上船舶一般也不标识,因而于船舶实际操作没有任何意义。
“低于最低工作水位线的锅炉水位”实际是指“过低水位”,建议废止“最低危险水位”。
(2)“最低极限水位”
“最低极限水位”,见于中华人民共和国船舶检验局《内河营运船舶检验规程》1993年版第十三章第三节13.3.3.1条,规定“……(3)锅炉水位小于最低极限水位时,则应自动停止供油和燃烧,并报警”。中华人民共和国船舶检验局《海上营运船舶检验规程》也有类似规定。
“最低极限水位”,构词方法错误,词义不准确,不明确“最低”二字修饰“极限”、修饰“水位”、还是修饰“极限水位”:
若“最低”二字修饰“极限”,而“极限”就是“最”,则“极限”与“最”重复;
若“最低”二字修饰“水位”,则“最低极限水位”是“极限低水位”,也只能是锅炉汽和水空间没有水(水位高度为零);
联系后文的“应自动停止供油和燃烧,并报警”,“最低极限水位”应该是“危险低水位”。
“最低极限水位”,主管机关没有要求在水位表上标识,实际上船舶一般也不标识,因而于船舶实际操作没有任何意义。
建议废止“最低极限水位”。
5 锅炉“失水”以及应对措施
5.1 锅炉“失水”的定义
“失水”,顾名思义,是指锅炉缺水,或者不能保证锅炉安全,或者不能保持锅炉正常工作。因而,可以从这两方面界定“失水”。
从保证锅炉安全的角度,“失水”应该以水位是否低至锅炉传热面最高点为标准。因为,按照前面的分析,只要锅炉水位不低于锅炉传热面最高点,锅炉传热面就不会干烧,也就没有实质性损伤。
从保持锅炉正常工作的角度,“失水”应该以水位是否可见为标准。因为,水位一旦不可见,不论其是否低至锅炉传热面最高点,都必须做最坏打算,按本文第4节“过低水位”的第②种情况(水位低于锅炉传热面最高点)采取应对措施。
建议“失水”定义为“锅炉水位低于正常工作水位下限”,即包括“可见过低水位”和“不可见过低水位”,理由是:
锅炉实际操作,只能确定锅炉水位可见和不可见,“失水”仅定义为不可见过低水位没有实际意义。
“可见过低水位”包括正常工作水位下限至水位表(显示部分)下缘,虽然对锅炉没有实质性危害,却是危险趋势,也必须立即采取补救措施。
若规定“失水”水位为“水位表(玻璃)下缘”,极易误将水位表下缘的影子作为水位;若将“失水”水位规定为“水位表(显示部分)下缘以上若干毫米”,却因锅炉正常工作水位下限与“水位表(显示部分)下缘”之间距离很短(一般只有25 mm)和船舶纵倾、横倾和摇摆难以判定而没有实际意义。
“失水”定义为“锅炉水位低于正常工作水位下限”,即包括本文“4锅炉过低水位”所述的包括“可见过低水位”和“不可见过低水位”,因而也可分为“可见失水”和“不可见失水”
5.2 “失水”的应对措施
关于“失水”事故的处置,现有《船舶辅机》教科书有两种观点不妥。
(1)不区分“可见失水”和“不可见失水”
多数教科书,不考虑“可见失水”(可见过低水位)和“不可见失水”(不可见过低水位)的区别,统统要求“一旦发现失水,不能马上加水,以防赤热的受热面遇水而产生裂纹,甚至锅炉爆炸,并立刻停汽停炉”。
实际上,“可见失水”不必“立刻停汽停炉”,“马上加水”也不会“赤热的受热面遇水而产生裂纹,甚至锅炉爆炸”。
这种观点,理论上不成立,船员不信服;不从实际出发给操作带来麻烦,不会被船员认可,行不通。
(2)贸然加大给水量
某些教科书认为,“锅炉处于失水危险状态,只要能明确知道数分钟前水位仍处于正常位置,则可加大给水量”,前提难以理解,表述不科学,完全错误:
“数分钟”究竟是多少分钟?不同额定蒸发量和负荷(实际蒸发量)的锅炉一样吗?
“数分钟后”发现“失水”,水位肯定不会降低至受热面最高点之下?有何依据?不同型式、不同额定蒸汽压力和/或燃烧强度的锅炉都一样吗?还是锅炉受热面干烧“数分钟”不会损坏?
这种观点,易混淆“失水”概念,导致教学困难甚至危及船舶安全,必须纠正。
5.3 “失水”不是事故
按IMO推荐的《国际安全管理规则应用指南》[3]的定义:
“事故系指造成人员伤亡或造成环境、船舶或其货物损害的事件”。可见,事故是过去完成时态,实际伤害和/或损害已是既成事实。
“险情系指若进一步发展会造成事故的情况(事故前兆)”。
“失水”不能认定为事故,最多是险情,因为:
“失水”定义为“锅炉水位低于正常工作水位下限”,只是当时水位的状态,是现在进行时态,而不是过去完成时态,锅炉可能已经损坏,也可能将要损害,或者根本不会损坏。
主管机关关于事故的分类、报告、调查、统计(标准)、处理等的规定,也没有一件将“失水”定性为事故。
《水运技术词典》是水运行业权威学术著作,没有依据就将“失水”定性为“事故状态”显然不妥。况且事故不是“状态”而是事件。
《水运技术词典》的相关词条把“锅炉内的水位低于水位表上标出的最低工作水位”定性为事故,可能是形势使然。根据有关文献和曾参与《水运技术词典》编撰的人员介绍,该词典1984年出版之前,我国水运行业陆续发生多起“失水”导致的锅炉事故,损失惨重。其中大部分锅炉损坏,不是因为前述的“水位低于受热面最高点,没有炉水冷却的部分受热面干烧”,而是因为船员经验不足或心存侥幸,发现“失水”后未确认水位高于受热面最高点就贸然补水,致使温度过高的受热面遇温度较低的炉水急剧冷却而变形损坏。为了抑制“失水”损坏锅炉的事故,该词典编撰组织者和编写者认为有必要加强防范,体现为:
提高“失水”的水位高度,将低于正常工作水位下限而不是水位表(显示部分)下缘作为“失水”的标准;
不论锅炉损坏与否,都定性为事故。
然而,词典表达的是学术观点,没有任何约束力。提高“失水”的水位高度,获得了广泛认同(尤其是主管机关认同),效果良好;定性为事故,没有得到法律和(主管机关行政)法令的支持也就无法执行,《水运技术词典》1984年发行以来,“失水”从来没有作为事故列入统计项目,也就没有一件作为事故而报告、调查和处理。
总之,“失水”不符合事故的定义,不是事故,也不是“事故状态”。硬把“失水”作为“事故状态”也不会对防范“失水”有任何作用。
6 结束语
锅炉各种水位过多且定义不明确,显示航运业的国家主管机关、学术机构和院校相关人员用语、用词不严谨。其原因,愚以为可能是沿用习惯用语、口语化用语或约定俗成之故,可能还有翻译的原因。
解决之道,长远看,寄望于建立“船(船舶单位)、学(专业学校)、研(学术研究机构)、管(国家主管机关)”全面合作机制;当务之急,是规范相关资料(规则、规程、教材、参考书等)用词,关键是航运行业主管机关出面组织官员、学者、从业者筛选锅炉各种水位并科学地制定清晰的定义,强制推行。
参考文献
1 中国船级杜.钢质海船船舶入级与建造规范.北京:人民交通出版社,2006,3-79.
2 水运技术词典编辑委员会《水运技术词典》轮机管理分册.北京:人民交通出版社,1988,293、308.
3 国际航运公会(ICS)和国际航运联合会(ISF).国际安全管理规则应用指南.1993年.
作者:王金祥 来源:航海技术