上海申弘閥門有限公司
聯(lián)系人：申弘閥門
手機：15901754341
傳真：86-021-31662735
郵箱：[email protected]
地址：上海市青浦區(qū)金澤工業(yè)園區(qū)
1、石化蒸汽基礎知識蒸汽的本質(zhì)：
我們知道，水的三相分別為固態(tài)的冰、液態(tài)的水和氣態(tài)的蒸汽，所以通俗地講，蒸汽的本質(zhì)就是含有足夠熱量的氣態(tài)水，這樣解釋也是為了方便解釋后面章節(jié)要介紹的疏水閥。
2、相比于其他熱傳遞載體，為什么蒸汽能得到廣泛的使用？
1）、蒸汽更節(jié)能
2）、蒸汽的使用效率更高（大氣壓下1KG蒸汽的熱焓值為2257.51KJ）
3）、蒸汽的生產(chǎn)相對較簡單、經(jīng)濟
4）、蒸汽可以地輸送到用汽點，其它的熱載體，如高溫油或水，都必須通過泵來輸送，而且較難控制
5）、蒸汽更穩(wěn)定，更容易控制 （飽和蒸汽的溫度與壓力是一一對應的），而其它熱載體在輸送過程中會逐漸冷卻，直至在靜止管路中*冷卻
6）、蒸汽系統(tǒng)的設備管理更容易 （效率高、維護方便）
7）、蒸汽應用靈活、更廣泛（換熱、殺菌、滅火等）
空氣：作為另一種常見的動力介質(zhì)，往往溫度較低。但空氣若進入蒸汽系統(tǒng)中，則是一種阻礙傳熱的有害不凝氣體，必須及時排除。
3、各種狀態(tài)蒸汽的分類
蒸汽的性質(zhì)取決于蒸汽的壓力、溫度和體積這三個條件的結(jié)合。
A、飽和蒸汽：是由液態(tài)水和氣態(tài)水組成的。換句話說，就是蒸發(fā)的速度等同于冷凝速度。由鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣基本上是飽和蒸汽。因為其許多特性，飽和蒸汽成為了非常好的熱源，終被廣泛用作100℃到200℃的熱源。
優(yōu)點：
1）、利用潛熱快速、均勻地加熱，產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量得到提高
2）、壓力和溫度能地控制，用控制壓力取代控制溫度成為可能
3）、傳熱系數(shù)高，換熱面積小可以減少設備的初期投資
4）、來源于水，所以安全并且低成本
當用飽和蒸汽加熱時，有必要留意以下情況：
1）、熱輻射損失導致一些蒸汽冷凝，形成冷凝水，這些冷凝水必須通過安裝在蒸汽輸送主管的蒸汽疏水閥排出
2）、如果用的蒸汽不是*的干飽和蒸汽，熱效率會被削弱
3）、如果因為管道內(nèi)部摩擦引起了壓力的下降，那么溫度也會下降
飽和蒸汽一旦冷凝就失去了潛熱。所以當飽和蒸汽通過排氣孔從管道排放到大氣，一部分接觸到大氣的蒸汽會冷凝，形成白色的水霧（小水珠）。如果增加熱量，內(nèi)部能量上升，分子運動加速。分子活動性的上升使氫鍵斷開，水就蒸發(fā)形成“水蒸氣”。
B、過熱蒸汽：飽和蒸汽繼續(xù)加熱得到過熱蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽在相同壓力下比飽和蒸汽溫度更高。這類蒸汽主要應用于動力設備，如汽輪機，很少用于加熱。
1）、過熱蒸汽很少用于加熱主要是因為以下原因：
2）、加熱過程中溫度會有變化，因為這部分熱量是顯熱，對生產(chǎn)質(zhì)量有影響
3）、即使壓力穩(wěn)定，溫度也不能控制，不能通過壓力來控制
4）、因為傳熱系數(shù)低，所以傳熱效果差，對生產(chǎn)效率和初期投資有影響
如我們所見，在熱交換器中使用過熱蒸汽和使用飽和蒸汽相比較，沒有優(yōu)勢可言。在另一方面，當以高溫氣體的形式作為直接加熱的熱源時，它相對熱空氣的優(yōu)勢在于能在無氧條件下加熱。目前正在研究在食品加工方面的應用，比如烹飪和烘干。另外還有汽輪機。
C、超臨界水：超臨界水是指超越了臨界點的水；在臨界點蒸汽的潛熱為零
D、干蒸汽和濕蒸汽
在一定壓力下的沸騰點溫度產(chǎn)生的蒸汽稱為干飽和蒸汽；
但是實際上鍋爐產(chǎn)生的蒸汽或電廠送來的蒸汽都是濕蒸汽，即蒸汽中含有一部分氣態(tài)水分（小水滴）。
4、蒸汽加熱的兩種方式：間接加熱和直接加熱
A、間接加熱：就是通過一種稱為“換熱器”的設備進行加熱的方法
蒸汽從換熱器壁表面流過，蒸汽的熱量就轉(zhuǎn)移到被加熱的物質(zhì)一側(cè)。通過這種方式，蒸汽不會和被加熱的物質(zhì)接觸。典型的使用蒸汽加熱的換熱器如夾套鍋、管加熱、翅片式換熱器（薄板翅片、空氣翅片）。這種使用換熱器進行加熱的方法不于使用蒸汽作為的熱煤，其它的熱煤還包括熱水或熱油等。
B、直接加熱：就是將蒸汽直接與物料接觸進行加熱。如榨油廠的蒸脫機、膨化機調(diào)質(zhì)器、汽提塔、解析塔和精煉廠的脫臭塔。
5、蒸汽加熱的優(yōu)勢（使用蒸汽加熱和使用熱水或熱油加熱有何區(qū)別？）
A、使用蒸汽加熱：供應給換熱器的蒸汽處于氣態(tài)，在其內(nèi)部變成液態(tài)（冷凝水）并離開換熱器。蒸汽中的潛熱在蒸汽冷凝成液體時被釋放出來，所釋放的潛熱的量比冷凝后的熱水（飽和水）中所含的顯熱大2－5倍。潛熱被瞬間釋放并且通過換熱器傳遞到被加熱的產(chǎn)品。
B、使用熱水或熱油加熱：供應給換熱器的熱水或熱油溫度非常高，離開換熱器時溫度很低。
因此，與通過降溫進行加熱的熱水或熱油相比較，蒸汽通過從氣體轉(zhuǎn)換成液態(tài)進行加熱，而且蒸汽通過凝結(jié)傳遞的熱量明顯比熱水或熱油通過對流的熱量多。它還有以下優(yōu)勢：
●如果換熱器的換熱面積相同，使用蒸汽可以縮短加熱時間
●如果工作量相同，使用蒸汽加熱，換熱器的換熱面積更小
6、蒸汽的危害性：（需要理解的幾個常用名詞解釋：沖蝕、汽蝕、空化、水錘、蒸汽綁、空氣綁、腐蝕）
1）、流速、沖蝕、汽蝕：因為蒸汽流速較高，一般為25-40m/s，因此相對于水、空氣、導熱油等，蒸汽的高流速強烈影響腐蝕反應和機理。一般說來，流速增大，腐蝕速度隨之增大，當流速達到某一臨界時，同時出現(xiàn)嚴重的局部腐蝕，孔蝕、應力腐蝕等的敏感性也隨之增強。所以，蒸汽對閥門、管件、換熱設備等的腐蝕、沖蝕和汽蝕是不可忽視的。
2）、腐蝕：高溫帶來的氧化，蒸汽中化學物質(zhì)的腐蝕，造成閥門、管件或加熱設備內(nèi)部結(jié)垢。
3）、冷凝：因為蒸汽在輸送和換熱過程中會產(chǎn)生冷凝，因此必須使用疏水閥來及時排放冷凝水，否則造成設備內(nèi)積水，導致?lián)Q熱不能正常進行。另外可能產(chǎn)生一些相關的現(xiàn)象如閃蒸、水錘、失流、蒸汽綁、空氣綁等，這將導致系統(tǒng)無法正常運行。而使用熱水和導熱油加熱，則不需使用疏水閥。
滲透性：蒸汽因為本身的物理特性和壓力的原因，具有一定的滲透性，因此對一些閥門及密閉壓力容器等，都要求良好的密封性能，比如說需要使用波紋管密封的截止閥來防止蒸汽滲漏。當然，若使用石墨填料來密封閥門，因石墨中的部分雜質(zhì)很容易被導熱油溶解，導致石墨粉狀化，無法使石墨填料達到密封效果，因此導熱油的滲透性更強于蒸汽，大約是50倍。
一、石化蒸汽基礎知識閃蒸汽是什么？怎樣產(chǎn)生的？
閃蒸：是指高壓水突然降壓變?yōu)榈蛪汉螅幸徊糠炙畷烧羝?，稱為閃蒸汽；如果高壓水的溫度低于低壓水的飽和溫度，就不會產(chǎn)生閃蒸汽。
正常有兩個渠道產(chǎn)生閃蒸汽，一是從回收冷凝水的集水罐（包括閃蒸罐）排出來的，二是從對空排放的蒸汽疏水閥后排出來的，因為冷凝水通過疏水閥時，只要前端設備和管內(nèi)不積水，通常上游溫度都足夠高，肯定高于后端低壓水的溫度，所以都會產(chǎn)生閃蒸汽。但整個過程中，沒有外來的熱量，這些冷凝水是怎樣變成蒸汽的呢？
5barg壓力冷凝水飽和溫度為159℃，具有的能量是671 KJ/kg，通過蒸汽疏水閥后壓力為0 bar g，根據(jù)熱力學定律，低壓側(cè)的冷凝水含有的能量與高壓側(cè)的能量必然相同，遵守能量守恒定律。
因此，低壓側(cè)的冷凝水的能量同樣也是671 KJ/kg，但是，0 bar g的水中多含有419kJ/kg熱量，低壓側(cè)的能量就與高壓側(cè)不平衡，多出671-419 = 252 /kg這樣，對于水來說，就會產(chǎn)生過熱。這些多出來的熱量就會使部分冷凝水沸騰形成閃蒸蒸汽，這個沸騰的過程就叫閃蒸。因此，原來存在于高壓側(cè)冷凝水中的能量現(xiàn)在就存在于低壓側(cè)的水和蒸汽的混合物之中了。
另外舉個例子：
5barg壓力冷凝水，但是溫度只有90℃，屬于不飽和水，具有的能量只有377 KJ/kg，小于大氣壓下飽和水的能量，也就是說，沒有多余的能量去產(chǎn)生閃蒸汽，經(jīng)過疏水閥后僅僅是壓力降低了而已，沒有閃蒸汽。如熱靜力疏水閥后就沒有閃蒸汽。90℃對應的蒸汽壓力為0.7bar，如果低壓側(cè)的壓力低于這個0.7bar的壓力（真空），仍然會產(chǎn)生閃蒸汽。換句話說，當熱的冷凝水排放到低壓的環(huán)境中，它的熱焓（總熱量）保持不變，但飽和溫度降低（水的氣態(tài)和液態(tài)共存的溫度）。為了保持總熱量不變，部分的水吸收了熱量蒸發(fā)成蒸汽。
二、石化蒸汽基礎知識水汽和閃蒸汽的區(qū)別
水汽：空氣中的小水滴通常是白色的霧氣。換句話說，水汽是漂浮在空氣中的液態(tài)的水。
閃蒸汽:一種無色透明的氣體，由液態(tài)的水通過吸收潛熱轉(zhuǎn)換成氣態(tài)。 與正常蒸汽沒什么區(qū)別。
水汽為何從疏水閥噴出呢？如果冷凝水擁有的熱量比大氣壓下的飽和水的熱量多，一部分從疏水閥排出的冷凝水在進入大氣時將再次轉(zhuǎn)換成蒸汽。 在冷凝水轉(zhuǎn)換成蒸汽（閃蒸汽）的瞬間，在疏水閥出口處，肉眼就可以觀察到蒸發(fā)形成的水汽。盡管因排放溫度的不同水汽的量也不盡相同，但高溫冷凝水排放時總會伴隨著部分水汽。
三、石化蒸汽基礎知識閃蒸汽的計算
hfl,即將水加熱到該溫度所需的能量值(顯熱hf)；
hf2，即將水加熱至低壓側(cè)壓力相對應的沸點時所需能量值(顯熱hf).hfl-hf2的差值表示把冷凝水轉(zhuǎn)變成一定比例低壓蒸汽，如閃蒸汽時所需的能量；
一、 首先，了解幾個概念
hf = 液體焓 (顯熱)(kJ/kg)，也就是我們平常說的h′---我們不能利用的熱量；
hg = 飽和蒸汽的總焓 (總熱量)(kJ/kg)，也就是我們平常說的h″；
hfg = 蒸發(fā)焓 (潛熱)(kJ/kg)-我們可以利用的熱量，也就是我們平常說的h″-h′。
hfg = hg - hf= h″- h′
這幾個參數(shù)非常重要，以后各種熱能工程的計算，閥門管道和設備選型，都需要查蒸汽表（蒸汽的物理性質(zhì)）中的這個數(shù)據(jù)。
二、我們知道，飽和蒸汽每一個狀態(tài)點的的熱力學特性參數(shù)是固定的，這也就是我們?yōu)槭裁匆褂蔑柡驼羝脑?。對上面幾個概念的理解：
1、hf = 液體焓 (顯熱)：水在液態(tài)下，把它的溫度從0℃提高到可以汽化的溫度，這個階段吸收的熱量稱為水的液體焓或顯熱。
我們把0℃的水的焓定義為零，于是其它狀態(tài)的焓就可以根據(jù)其參考狀態(tài)得出。
在大氣壓下(0 bar g)，水在100℃時沸騰，把水從0℃加熱到100℃需要吸收419 kJ熱量。由此可以推導出水的比熱容Cp是4.19 kJ/(kg·℃)。
2、蒸發(fā)焓或潛熱(hfg)，也可稱之為潛熱：
這指的是在沸騰溫度下水變成蒸汽所需要吸收的熱量，期間，水和蒸汽的混合物溫度不上升，所有的能量都用來把水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，即飽和蒸汽。
正如從冰到水的相變過程，蒸發(fā)的過程也是可逆的。當蒸汽遇到較低溫度的表面時，蒸汽冷凝會放出同樣多的熱量。當蒸汽作為加熱用途時，通常就是利用這部分熱量，也就是從蒸汽冷凝成凝結(jié)水所釋放的熱量。
3、hg = 飽和蒸汽的總焓 (總熱量)
這是指飽和蒸汽的總能量，它是水的焓值和蒸發(fā)焓的總和。
三、 壓力與焓值的關系
1、在大氣壓力下水的飽和溫度是100℃，但是，如果壓力下降，比如說在西藏，則飽和溫度會降低，其液體焓就低，水在80℃左右就可以燒開了；如果壓力上升，將會吸收更多的熱量，飽和溫度也將上升，但是并不發(fā)生相變。因此，增加壓力有效增加了水的焓值和飽和溫度。
2、隨著蒸汽壓力升高，蒸汽的密度同樣也增大。由于比容是密度的倒數(shù)，則比容隨著壓力升高而降低。
低壓下比容隨壓力變化非常大，而壓力較高時比容變化比較小，所以壓力越高時，飽和蒸汽的總熱量hg肯定要增加，但其增加的比例就越少。從附表二中可看出，壓力越高時，水的焓值hf增加得相對較多，而這部分熱量是不能使用的，因此可以使用的實際蒸發(fā)焓hfg就相對要比低壓時少。
3、這從下面2個圖中也可以看出，當壓力越高時，飽和水由液態(tài)汽化為氣態(tài)的蒸發(fā)過程（圖中的水平線）是縮短的，這一段也就是我們說的蒸發(fā)焓hfg，（即熱焓值）。
四、石化蒸汽基礎知識總結(jié)：一般使用蒸汽的原則為：高壓輸送，低壓使用。
1、蒸汽的壓力增加,比容會減少,密度會增加。所以蒸汽輸送的原則是高壓輸送，而此時管徑會比較小。
2、因為壓力越低，飽和蒸汽的熱焓值越高，而且所有管道及換熱設備等的制造成本也相對低很多，因此使用蒸汽時，在保證工藝要求的前提下，盡量使用較為低壓的蒸汽。
在實際應用中，送到用汽點的蒸汽應該是具備如下特性的高品質(zhì)蒸汽：
合適的壓力和溫度
足夠的蒸汽流量
干燥，沒有水分
干凈，沒有雜質(zhì)
沒有空氣和其他不凝性氣體
1、 合適的壓力和溫度：為了保證工藝要求的溫度，每一個工業(yè)制程，每一個設備都對蒸汽壓力有嚴格的規(guī)定限制，若超壓，可能損壞設備；若壓力不夠，可能無法達到工藝要求的溫度和生產(chǎn)效率。
2、 足夠的蒸汽流量：必須計算各個制程所需要的蒸汽流量，考慮合理的安全系數(shù)，然后選擇正確的管道和相應閥門，這樣才能保證蒸汽量。
3、 干燥，沒有水分：從下面兩方面說明
A、蒸汽的干度，定義：每千克濕飽和蒸汽中含有干飽和蒸汽的質(zhì)量百分數(shù)。
在一定壓力下的沸騰點溫度產(chǎn)生的蒸汽稱為干飽和蒸汽，此時干度為1。但實際應用中很難產(chǎn)生100%的干蒸汽，通常都帶有一定量的水滴。如果蒸汽中含有10%質(zhì)量的水分，則蒸汽為90%的干度，即蒸汽干度為0.9。因此實際的濕蒸汽蒸發(fā)焓不是蒸汽表上所顯示的hfg，而為干度x和hfg的乘積：
實際蒸發(fā)焓 = 蒸發(fā)焓 x 干度
B、汽水分離器的分離效率：用被分離出的水的重量占整個蒸汽中所含的水的重量的比例來度量，但在實際應用中很難確定分離器的準確效率，這由蒸汽的干度、流動速度和流動方式共同決定。
一般通過觀察汽水分離器后管道是否出現(xiàn)腐蝕、抽絲和水錘等現(xiàn)象，若有，就說明管道中還是濕蒸汽，分離效果不明顯。
舉例：
如果汽水分離器的效率為98%，上游蒸汽的干度為0.90，請問下游蒸汽的干度？
答案: 如果蒸汽干度為0.90，那么1000g中含水為：
（1-0.90）×1000g =100
由于汽水分離器的效率為98%，去除了0.98 x100g=98g的水。意味著蒸汽干度變?yōu)?1-【（100-98）/1000】=0.998這樣，我們*可以認為是得到了干蒸汽。
再計算一下熱效率：
由上面看出，上游蒸汽的干度為0.90，那么1KG蒸汽中實際有效的蒸汽只有1*0.9=0.9KG；
經(jīng)過汽水分離器后，下游蒸汽的干度增大為0.998，那么這1KG蒸汽中實際有效的蒸汽就有1*0.998=0.998KG；
也就是說蒸汽熱效率提高了【（0.998-0.9）/0.9】*100%=10.89%，對于蒸汽系統(tǒng)，節(jié)能10.89%是非?？捎^的！
C、濕蒸汽中水分主要來源于：
1）不正確的鍋爐水處理和短時間的峰值負荷會引起汽水共騰，鍋爐水會被攜帶進入蒸汽主管。
2）蒸汽離開鍋爐后，由于管道的散熱損失，部分蒸汽會冷凝。即使管道的保溫再好，該過程也
無法*避免?；谝陨线@些原因，蒸汽達到用汽點會相對較濕。因此，為了保證蒸汽干度，方案是使用汽水分離器！
4、 干凈，沒有雜質(zhì)
蒸汽管道內(nèi)總有可能存在雜質(zhì)，任何工廠都無法避免。常見的雜質(zhì)有：鐵銹、鈣化物、焊渣、破碎的墊片和濾網(wǎng)、石墨、油污等等。
因此必須在關鍵的閥門，如疏水閥、減壓閥、控制閥、流量計等前端加裝過濾器，并且需要定期清理。
5、沒有空氣和其他不凝性氣體
A、蒸汽管道和設備起動時會有空氣，因為每次系統(tǒng)停機時內(nèi)部的蒸汽會冷凝，冷凝后隨之產(chǎn)生的真空會吸入空氣。
B、在生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生熱空氣：當蒸汽進入系統(tǒng)時，它會推動空氣到達排放點或離蒸汽遠的末端，而且把空氣加熱了。
因此在排放點安裝的疏水閥應該具有足夠的排空氣能力，在管道的末端應該安裝自動排空氣閥，確保及時把空氣排干凈，關于《排空氣的作用》詳見后續(xù)8.4。
一、石化蒸汽基礎知識制程中為什么要使用飽和蒸汽，而盡量避免使用過熱蒸汽？
1、過熱蒸汽怎樣產(chǎn)生的？
如果鍋爐中產(chǎn)生的飽和蒸汽通過更高溫度的換熱面，繼續(xù)加熱，它的溫度會上升并超過蒸發(fā)溫度，這時，蒸汽就會變成具有一定過熱度的過熱蒸汽。
當仍有水存在的時候，過熱度是無法產(chǎn)生的，因為吸收的熱量首先會蒸發(fā)更多的水。飽和蒸汽必須通過額外的換熱器才能得到更高的溫度，這就需要在鍋爐中二次換熱或經(jīng)過單獨的過熱器，主要的加熱媒介可以是熱煙氣或者單獨的加熱裝置。
2、過熱蒸汽的主要應用
2.1過熱蒸汽大多數(shù)時候是用作驅(qū)動蒸汽，例如，在火力發(fā)電廠的汽輪機中，利用蒸汽驅(qū)動葉輪轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子使其旋轉(zhuǎn)發(fā)電。汽輪機通常有很多級，從同一個軸的級轉(zhuǎn)子出來的蒸汽需要進入第二級轉(zhuǎn)子繼續(xù)做功，如果采用飽和蒸汽，那么飽和蒸汽失去能量后會使部分蒸汽冷凝。這就是說通過連續(xù)不斷的做功過程， 蒸汽會變的越來越濕，這樣不僅會導致水錘現(xiàn)象，而且這些水滴還會沖蝕汽輪機。所以，解決方法是使用過熱蒸汽，利用過熱蒸汽做功，直到溫度/壓力比較接近飽和時再將蒸汽排出。
為了提高汽輪機的熱效率，應該滿足以下兩個條件：
A、汽輪機進口蒸汽的溫度或能量應盡可能高，所以要盡可能提高蒸汽的壓力和溫度。
B、排氣蒸汽的溫度或能量應盡可能低，所以要盡可能降低蒸汽壓力和溫度，通常在汽輪機排氣處裝冷凝器來實現(xiàn)。
2.2 過熱蒸汽還會用來加熱一些要求溫度非常高的產(chǎn)品，如某些烘干類設備。
3、過熱蒸汽與飽和蒸汽的熱量對比
下面過熱蒸汽表顯示的是蒸汽在不同壓力下的性質(zhì)，這與飽和蒸汽表采用的是同樣的辦法。但是，對過熱蒸汽來說，它的壓力和溫度并不是一一對應的，兩者沒有直接關系，因此，在特定壓力下的過熱蒸汽可能對應有很大的范圍溫度值。
下一篇：氣動控制閥計算選型
