气体定律…我们都在学校里了解了它们,并很快就忘记了它们。我真的认为我们需要深入研究,清除信息,并努力理解和应用它。

首先,我们从不同的角度看待压力。压力是容器内气体施加的力的量度。由于气体的各个分子与容器壁发生碰撞,因此会产生压力。这些碰撞之所以发生,是因为每个分子都有特定的能量。因此,通过这种方式,我们可以将压力视为衡量我们的气体容器内现有能量的量度。这听起来可能很复杂,所以让我们拆开包装,看看是否可以更好地理解它。

我们有一个固定体积的容器。例如,假设它为1立方英尺。因此,在0 psig压力下,该容器中包含一定数量的气体分子,并且与容器壁发生一定数量的碰撞。

现在,让我们使用该容器,我们将使内部分子的数量增加一倍,而根本不改变其大小。我们知道压力增加了,但是这样做需要什么?能源。添加这些额外的气体分子需要我们增加能量以将多余的气体压入容器,从而导致压力增加。现在要记住的是能量守恒定律-能量不能产生或破坏,它只会改变形式。

由于热能仅仅是能量的另一种形式,因此从我们的系统中添加或去除热能会影响气体分子的能级,并最终影响它们施加的压力,这是有理由的。

让我们回到内部容积为1立方英尺的样品容器中。我们将消耗足够的能量以将足够的分子放入该容器中,以在70°F的温度下将压力升至100 psig。如果我们增加更多的能量,而不是以压缩更多的气体的形式,而是以热能的形式,那么容器中的压力将发生什么?

热能将“激发”气体中的分子,从而增加发生的碰撞的次数和作用力-这是现有压力的基础。由于我们正在增加能量,因此压力将不断上升,并且压力会以可预测且一致的方式上升。反之亦然-如果我们除去能量,压力将以相同的可预测且一致的方式下降。

这就是为什么我们需要以技术人员的身份了解天然气法律的原因。它们使我们能够预测和了解由于在密封的加压系统中添加或除去热能而引起的压力变化。

实际应用

现在我们了解了热能如何影响密封系统内的压力,我们可以将这一知识应用于压力测试。许多因素使安装时进行正确的泄漏测试比以往任何时候都更加重要,并且制造商要求更详细的泄漏测试程序。此外,我们的工具比传统的模拟仪表更精致,而且在几个小时的时间内甚至0.5 psi的泄漏都是技术人员可以轻易发现的。

让我们看一个假想但相当现实的场景,看看它是如何工作的以及它在地面和野外的意义。

考虑一个新的构造拆分系统。吨位对此并不是很重要,但是我们刚刚完成了最后的钎焊,这是在90°高温下漫长的一天的结束,一场阵阵雷暴雨正在酝酿中。让这个东西加压并回家。将压力升至最高350 psig的氮气,然后离开此处。当我们早上出现时,温度为65°,我们发现压力下降了将近16 psig。这可能使我们有些紧张。我们用镜子和肥皂泡检查了所有关节,但没有发现任何泄漏……压力从何而来?

在我们兴奋之前,让我们看一下温度变化如何影响该密封系统内的压力。我们在90°时加压到350 psig,现在只有65°。利用气体定律方程式,我们可以确定系统中的压力应该是多少,从而避免浪费时间寻找实际上不存在的泄漏。这是瓦斯定律(Gay Lussac’s Law)的一种表达方式。在这种情况下,系统体积是一个常数,可以忽略。出于我们的目的,我们用于构建系统的铜管是不可更改的,因此我们将使用此等式。

第一步是改变方程式,以隔离我们希望得到的变量-P2 = T2(P1 / T1)。

现在,我们有了一个简单的方程式,我们可以将数字插入并得到答案,对吗?还不行在推出计算器之前,我们还有另外一步。我们需要将压力和温度值转换为绝对压力和温度读数。为此,在压力上增加14.7,在温度上增加492。

现在,我们的数字如下所示:
T1 = 582°R(朗肯)
P1 = 364.7磅/平方英寸
T2 = 557°角
现在,让我们解决:
P2 = 557(364.7 / 582)
P2 = 557(0.6266)
P2 = 349.03

但是,等等,我们的系统降至334 psig,因此我们必须有泄漏……
我们忘记了至关重要的一步-我们需要将P2读数从绝对压力转换回表压。为此,我们减去14.7。 349.03 – 14.7 = 334.33 psig。

这表示系统内的压力损失仅是由于温度变化引起的,而不是由于泄漏引起的。

是时候抽出真空泵,并完成这项工作了。

发布日期:2017/4/3

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