蒸汽知识与资源

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1.1 什么是蒸汽?
发布时间:2016-8-15 10:55:43

1、蒸汽的本质:

我们知道,水的三相分别为固态的冰、液态的水和气态的蒸汽,所以通俗地讲,蒸汽的本质就是含有足够热量的气态水,这样解释也是为了方便解释后面章节要介绍的疏水阀。


2、相比于其他热传递载体,为什么蒸汽能得到最广泛的使用?

1)、蒸汽更节能

2)、蒸汽的使用效率更高(大气压下1KG蒸汽的热焓值为2257.51KJ

3)、蒸汽的生产相对较简单、经济

4)、蒸汽可以高效地输送到用汽点,其它的热载体,如高温油或水,都必须通过泵来输送,而且较难控制

5)、蒸汽更稳定,更容易控制 (饱和蒸汽的温度与压力是一一对应的),而其它热载体在输送过程中会逐渐冷却,直至在静止管路中完全冷却

6)、蒸汽系统的设备管理更容易 (效率高、维护方便)

7)、蒸汽应用灵活、更广泛(换热、杀菌、灭火等)

空气:作为另一种常见的动力介质,往往温度较低。但空气若进入蒸汽系统中,则是一种阻碍传热的有害不凝气体,必须及时排除。


3、各种状态蒸汽的分类

蒸汽的性质取决于蒸汽的压力、温度和体积这三个条件的结合。

A、饱和蒸汽:是由液态水和气态水组成的。换句话说,就是蒸发的速度等同于冷凝速度。由锅炉产生的水蒸气基本上是饱和蒸汽。因为其许多特性,饱和蒸汽成为了非常好的热源,最终被广泛用作100℃到200℃的热源。

优点:

1)、利用潜热快速、均匀地加热,产品的质量和产量得到提高

2)、压力和温度能精确地控制,用控制压力取代控制温度成为可能

3)、传热系数高,换热面积小可以减少设备的初期投资

4)、来源于水,所以安全并且低成本

 当用饱和蒸汽加热时,有必要留意以下情况:

1)、热辐射损失导致一些蒸汽冷凝,形成冷凝水,这些冷凝水必须通过安装在蒸汽输送主管的蒸汽疏水阀排出

2)、如果用的蒸汽不是完全的干饱和蒸汽,热效率会被削弱

3)、如果因为管道内部摩擦引起了压力的下降,那么温度也会下降

饱和蒸汽一旦冷凝就失去了潜热。所以当饱和蒸汽通过排气孔从管道排放到大气,一部分接触到大气的蒸汽会冷凝,形成白色的水雾(小水珠)。如果增加热量,内部能量上升,分子运动加速。分子活动性的上升使氢键断开,水就蒸发形成“水蒸气”。

B、过热蒸汽:饱和蒸汽继续加热得到过热蒸汽,产生的蒸汽在相同压力下比饱和蒸汽温度更高。这类蒸汽主要应用于动力设备,如汽轮机,很少用于加热。

1)、过热蒸汽很少用于加热主要是因为以下原因: 

2)、加热过程中温度会有变化,因为这部分热量是显热,对生产质量有影响

3)、即使压力稳定,温度也不能精确控制,不能通过压力来控制

4)、因为传热系数低,所以传热效果差,对生产效率和初期投资有影响

如我们所见,在热交换器中使用过热蒸汽和使用饱和蒸汽相比较,没有优势可言。在另一方面,当以高温气体的形式作为直接加热的热源时,它相对热空气的优势在于能在无氧条件下加热。目前正在研究在食品加工方面的应用,比如烹饪和烘干。另外还有汽轮机。

   C、超临界水:超临界水是指超越了临界点的水;在临界点蒸汽的潜热为零。

蒸汽物理特性

蒸汽热焓值

D、干蒸汽和湿蒸汽

在一定压力下的沸腾点温度产生的蒸汽称为干饱和蒸汽;

但是实际上锅炉产生的蒸汽或电厂送来的蒸汽都是湿蒸汽,即蒸汽中含有一部分气态水分(小水滴)。


4、蒸汽加热的两种方式:间接加热和直接加热

A、间接加热:就是通过一种称为“换热器”的设备进行加热的方法

蒸汽从换热器壁表面流过,蒸汽的热量就转移到被加热的物质一侧。通过这种方式,蒸汽不会和被加热的物质接触。典型的使用蒸汽加热的换热器如夹套锅、管加热、翅片式换热器(薄板翅片、空气翅片)。

这种使用换热器进行加热的方法不仅限于使用蒸汽作为唯一的热煤,其它的热煤还包括热水或热油等。

B、直接加热:就是将蒸汽直接与物料接触进行加热。如榨油厂的蒸脱机、膨化机调质器、汽提塔、解析塔和精炼厂的脱臭塔。

 

5、蒸汽加热的优势(使用蒸汽加热和使用热水或热油加热有何区别?)

A、使用蒸汽加热:供应给换热器的蒸汽处于气态,在其内部变成液态(冷凝水)并离开换热器。蒸汽中的潜热在蒸汽冷凝成液体时被释放出来,所释放的潜热的量比冷凝后的热水(饱和水)中所含的显热大25倍。潜热被瞬间释放并且通过换热器传递到被加热的产品。

B、使用热水或热油加热:供应给换热器的热水或热油温度非常高,离开换热器时温度很低。

因此,与通过降温进行加热的热水或热油相比较,蒸汽通过从气体转换成液态进行加热,而且蒸汽通过凝结传递的热量明显比热水或热油通过对流的热量多。它还有以下优势:

●如果换热器的换热面积相同,使用蒸汽可以缩短加热时间

●如果工作量相同,使用蒸汽加热,换热器的换热面积更小

 

6、蒸汽的危害性:(需要理解的几个常用名词解释:冲蚀、汽蚀、空化、水锤、蒸汽绑、空气绑、腐蚀)

1)、流速、冲蚀、汽蚀:因为蒸汽流速较高,一般为25-40m/s,因此相对于水、空气、导热油等,蒸汽的高流速强烈影响腐蚀反应和机理。一般说来,流速增大,腐蚀速度随之增大,当流速达到某一临界时,同时出现严重的局部腐蚀,孔蚀、应力腐蚀等的敏感性也随之增强。所以,蒸汽对阀门、管件、换热设备等的腐蚀、冲蚀和汽蚀是不可忽视的。

2)、腐蚀:高温带来的氧化,蒸汽中化学物质的腐蚀,造成阀门、管件或加热设备内部结垢。

3)、冷凝:因为蒸汽在输送和换热过程中会产生冷凝,因此必须使用疏水阀来及时排放冷凝水,否则造成设备内积水,导致换热不能正常进行。另外可能产生一些相关的现象如闪蒸、水锤、失流、蒸汽绑、空气绑等,这将导致系统无法正常运行。而使用热水和导热油加热,则不需使用疏水阀。

渗透性:蒸汽因为本身的物理特性和压力的原因,具有一定的渗透性,因此对一些阀门及密闭压力容器等,都要求良好的密封性能,比如说需要使用波纹管密封的截止阀来防止蒸汽渗漏。当然,若使用石墨填料来密封阀门,因石墨中的部分杂质很容易被导热油溶解,导致石墨粉状化,无法使石墨填料达到密封效果,因此导热油的渗透性更强于蒸汽,大约是50倍。

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