如何定義高品質(zhì)蒸汽？

蒸汽是有品質(zhì)要求的，這點(diǎn)經(jīng)常會(huì)被很多人忽視。事實(shí)上，提高設(shè)備效率的基礎(chǔ)就是提高蒸汽的品質(zhì)。蒸汽品質(zhì)不好，可能會(huì)造成設(shè)備加熱效果下降、產(chǎn)品出現(xiàn)廢品及水錘等問(wèn)題。


在蒸汽到達(dá)用汽點(diǎn)時(shí)，應(yīng)從以下5個(gè)方面判定蒸汽的品質(zhì)是否達(dá)標(biāo)：
正確的蒸汽量
正確的壓力和溫度
空氣和其它不凝性氣體
蒸汽的清潔度
蒸汽的干度


一、正確的蒸汽量
對(duì)于任何一個(gè)加熱制程必須提供正確的蒸汽量以確保能提供足夠的熱量。同樣，正確的蒸汽量能避免產(chǎn)品損壞或生產(chǎn)率的下降。為了得到所需的蒸汽量，蒸汽負(fù)荷必須正確計(jì)算、蒸汽管道必須選型正確。
二、正確的壓力和溫度
蒸汽到達(dá)用汽點(diǎn)壓力應(yīng)該達(dá)到需要的值，從而為制程提供合適的溫度，否則制程的性能將受到影響。正確選擇管道和附件口徑能確保做到這一點(diǎn)。這里需要提到的是，如果蒸汽中含有空氣或其它不凝性氣體，雖然壓力表顯示了正確的壓力，但壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度卻無(wú)法達(dá)到。
三、空氣和其他不凝氣體
蒸汽管道和設(shè)備起動(dòng)時(shí)會(huì)有空氣，即使在最后時(shí)刻系統(tǒng)中充滿(mǎn)了純蒸汽，但系統(tǒng)停機(jī)時(shí)蒸汽會(huì)冷凝，隨之產(chǎn)生的真空會(huì)吸入空氣。另外，空氣也可能溶解在鍋爐補(bǔ)給水和冷凝水（暴露在空氣中吸收空氣中的氮?dú)?、氧氣和二氧化碳等）中而進(jìn)入系統(tǒng)。當(dāng)水在鍋爐中被加熱，這些氣體會(huì)釋放出來(lái)并隨蒸汽進(jìn)入分配系統(tǒng)。

當(dāng)蒸汽進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，它會(huì)推動(dòng)空氣到達(dá)排放點(diǎn)或離蒸汽進(jìn)口的最遠(yuǎn)端。因此在排放點(diǎn)安裝的疏水閥應(yīng)該具有足夠的排空氣能力，在管道的最遠(yuǎn)端應(yīng)該安裝自動(dòng)排空氣閥。但是，系統(tǒng)內(nèi)存在的湍流會(huì)混合蒸汽和空氣，空氣被蒸汽一起攜帶到換熱表面。蒸汽冷凝后，空氣會(huì)殘留在換熱表面形成絕熱層，成為傳熱的熱阻。


根據(jù)道爾頓分壓定理，對(duì)于蒸汽和空氣混合物，由于空氣的存在會(huì)使蒸汽的溫度比實(shí)際的飽和溫度低。混合氣體的總壓力是各混合氣體的分壓力之和，分壓力為每個(gè)組分充滿(mǎn)整個(gè)混合氣體空間所產(chǎn)生的壓力。假定蒸汽和空氣的混合物，蒸汽占總體積的3/4，空氣占1/4，總的壓力為 4 barg。決定混合物溫度的壓力為3/4*4 bar g = 3 bar g。因此，雖然壓力表顯示的壓力為4 bar a而實(shí)際蒸汽的有效壓力為3 bar a，混合物的溫度只有134℃，而不是所期望的144℃的飽和溫度。

這種現(xiàn)象不僅對(duì)換熱應(yīng)用（隨溫差的增大換熱率會(huì)增大），而且對(duì)那些需要保證最低溫度以確保物理或化學(xué)變化的制程都很重要。例如，對(duì)于殺菌罐為了殺死細(xì)菌，必須保證最低的滅菌溫度，如果有空氣存在，蒸汽就無(wú)法達(dá)到要求的溫度。
四、蒸汽的清潔度
管道上污垢層的形成可能是由于老的蒸汽系統(tǒng)內(nèi)鐵銹或硬水中的碳酸鹽沉積物而形成。同時(shí)，斯派莎克鍋爐水處理或鍋爐運(yùn)行不當(dāng)，雜質(zhì)隨汽水?dāng)y帶進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽冷凝后，換熱器表面可能產(chǎn)生污垢層，引起額外的傳熱熱阻。
蒸汽系統(tǒng)中可能會(huì)有其它類(lèi)型的雜質(zhì)，例如管道安裝后殘留的焊渣、使用不當(dāng)或過(guò)剩的連接材料。這些雜質(zhì)將會(huì)增加彎管疏水閥及其它閥門(mén)的磨損。

基于這個(gè)原因，安裝管道過(guò)濾器是通常使用的有效方法，如圖三所示。應(yīng)該在所有的疏水閥、流量計(jì)、減壓閥和控制閥的上游安裝。在蒸汽系統(tǒng)中，推薦使用100目過(guò)濾器，而且要側(cè)裝。這樣可以避免冷凝水的積聚而造成水錘問(wèn)題，而且可以最大程度的使用過(guò)濾網(wǎng)的面積。

上圖： 過(guò)濾器
五、蒸汽的干度
不正確的鍋爐水處理和短時(shí)間的峰值負(fù)荷會(huì)引起汽水共騰，鍋爐水會(huì)被攜帶進(jìn)入蒸汽主管，引起化學(xué)物質(zhì)和其它雜質(zhì)沉積在換熱器表面。隨著時(shí)間的推移，沉積物不斷積聚，工廠的效率將逐漸降低。除此以外，蒸汽離開(kāi)鍋爐，由于管道的散熱損失，部分蒸汽會(huì)冷凝。即使管道的保溫再好，該過(guò)程也無(wú)法完全避免。
基于以上這些原因，蒸汽達(dá)到用汽點(diǎn)會(huì)相對(duì)較濕。 由于蒸汽中水分的存在降低了蒸汽的蒸發(fā)焓，同時(shí)也導(dǎo)致在管道和換熱設(shè)備表面污垢的形成。蒸汽中包含的水分會(huì)增加蒸汽冷凝時(shí)形成的冷凝水膜，產(chǎn)生額外的傳熱熱阻。
蒸汽管道的斯派莎克汽水分離器將分離并排除包含在蒸汽中和沉積在管道底部的冷凝水。在圖四中，當(dāng)蒸汽通過(guò)汽水分離器將改變幾次流動(dòng)方向，擋板對(duì)較重的水滴產(chǎn)生阻礙而較輕的蒸汽能自由通過(guò)，水分將沿?fù)醢辶飨蚱蛛x器底部并通過(guò)疏水閥排出。