▷ Природа пара 【 OPEKS Energysystems 】
Что такое пар?
Водяной пар образуется при переходе воды из жидкого состояния в газообразное. Это сопровождается поглощением значительного количества энергии, называемое скрытой теплотой парообразования. При обратном процессе, процессе конденсации, выделяется такое же количество тепла. В этом и заключается основной принцип передачи тепла с помощью пара, то есть использование энергии фазового перехода.
Существуют следующие виды состояний пара: влажный насыщенный пар, сухой насыщенный пар и перегретый пар.
Влажный насыщенный пар
Это наиболее распространенная форма пара, в котором часть молекул воды отдали свою энергию (скрытая теплота) и сконденсировались, с образованием мельчайших капелек воды в виде тумана. Понятие сухость (влажность) пара характеризует количество капельной жидкости, содержащейся в насыщенном паре.
На практике, даже самые лучшие котлы производят пар, содержащий 3% — 5% влаги. Поскольку генерируемый пар увлекает за собой, некоторое количество воды, как правило, в виде тумана или капель.
Эксплуатация влажного пара увеличивает энергозатраты и имеет ряд недостатков. С увеличением влажности насыщенного пара энтальпия (энергоэффективность) его существенно снижается, увеличиваются потери давления в паропроводе, паропроводы подвергаются эрозии, появляется вероятность скопления конденсата, приводящая к гидравлическим ударам и разрушению паропроводов и оборудования.
Поэтому при проектировании и эксплуатации пароконденсатных систем необходимо предусматривать меры по осушению пара (установка циклонных сепараторов, редукционных клапанов серии COS) и дренированию паропроводов (установка конденсатных карманов), а так же тепловой изоляции всех участков паропроводов и арматуры.
Сухой насыщенный пар
Прозрачный газ, не имеющий влаги, обладает многими свойствами, которые делают его отлично управляемым источником тепла.
| Особенность | Преимущество |
|---|---|
| Быстрое и равномерное нагревание через скрытую передачу тепла | Повышение качества продукции и производительности br> |
| Используется как в технологических процессах, так и в системах отопления и вентиляции предприятия | Упрощает эксплуатацию и унифицирует энергораспределение на предприятии. Снижает затраты на энергогенерирующее оборудование. |
| Давлением можно контролировать температуру | Температура может быть установлена быстро и точно |
| Высокий коэффициент теплопередачи | Необходимо меньше площади поверхности теплопередачи, что позволяет снизить габариты и первоначальные затраты на оборудование |
| Производится из воды | Безопасный, экологически чистый и недорогой |
Перегретый пар
Перегретый пар образуется путем дальнейшего нагрева влажного или насыщенного пара свыше температуры насыщения.
В таком состоянии пар, имеет более высокую температуру и более низкую плотность, чем насыщенный пар при том же давлении. Перегретый пар используется в основном в различных тепловых машинах, таких как турбины, для повышения их КПД и обычно не используется для передачи тепла.
| Особенность | Недостатки |
|---|---|
| Низкий коэффициент теплопередачи | Снижение продуктивности |
| Необходимость увеличения площади поверхности теплопередачи | |
| Переменная температура пара даже при постоянном давлении | Ухудшается управляемость системы |
| Для передачи тепла используется физическое тепло | Перепады температур может оказать негативное влияние на качество продукции |
| Температура может быть чрезвычайно высокой | Существенное увеличение капитальных затрат на установку высокотемпературного оборудования |
По этим и другим причинам, насыщенный пар является предпочтительным по сравнению с перегретым паром в качестве теплоносителя в теплообменниках и другом теплопередающем оборудовании.
С другой стороны, если перегретый пар рассматривать в качестве источника тепла для прямого нагрева, в качестве высокотемпературного газа, он имеет преимущество по сравнению с горячим воздухом, особенно в бескислородных условиях. Так же его применяют в пищевой промышленности, для сушки и обработки пищевых продуктов.
Что такое водяной пар и каким он бывает
Водяной пар – это газообразное состояние воды, т.е. газ, это знают все ещё с школы, и каждый из нас видя белые облака газа, выходящие из чайника, заводской трубы и в морозную погоду из рта знает — это пар. Но пар бывает не просто горячим и облачно белым, у него есть другие разновидности и характеристики, пар бывает прозрачным, сухим, влажным, перегретым.
В большинстве технологических теплообменных процессах производственных предприятий применяют водяной пар давлением от 1,5 кг/см² до 24 кг/см², поэтому оставим в стороне технологические процессы большой энергетики и процессов, где используют пар с параметрами намного выше 25 кг/см² и температурой до 600°C.
Так же не будем рассматривать процессы сублимации и других технологий, протекающих при температурах ниже 100°C.
На рисунке 1 предоставлены «Диаграма состояния воды» (а) и «hs диаграмма водяного пара» (б), с помощью них разберём «наш» пар. На диаграмме «а» область водяного пара с интересующими нас параметрами – это область «A». Для более лучшего понимания состояния и характеристик воды (водяного пара) при интересующих нас давлениях и температурах обратимся к диаграмме «б».
Рис.1. Диаграммы
а) Диаграмма состояния воды | б) h,s — диаграмма водяного пара |
Этальпия пара (полная теплота пара) — это количество тепловой энергии, которой нужно для получения 1 кг пара данных параметров из 1 кг воды температурой 0°С, если нагревать воду при постоянном давлении.
χ – коэффициент сухости пара. Показатель качества насыщенного пара.
Чем ниже «χ», тем больше воды в паре и меньше энтальпия (количество тепловой энергии).
На диаграмме «б» разными цветами выделены области с характеристиками интересующего нас водяного пара: перегретый пар (область «E»), влажный насыщенный пар (область «F»). Кривая c-d характеризует состояние сухого насыщенного пара. В таблице 1 перечислим свойства пара в каждом из состояний.
Таблица 1. Виды и свойства водяного пара
*Если нужны более точные параметры влажного насыщенного пара или перегретого пара необходимо обратиться к более развёрнутым таблицам (ТАБЛИЦЫ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОДЫ И ВОДЯНОГО ПАРА). Я в своих расчётах использую «h,s — диаграмма водяного пара» на формате А2 и таблицу свойств сухого насыщенного водяного пара.
ВЫВОДЫ:
- На выходе из любого парового котла (парогенератора) влажный насыщенный пар;
- Необходимо стремиться использовать в технологических процессах на производстве сухой насыщенный пар, тогда эффективность теплообменного оборудования на производстве будет максимальной;
- Транспортировать по паропроводу до паропотребителя лучше слегка перегретый пар (не образуется конденсат при транспортировке), но к паропотребителю должен «приходить» сухой насыщенный пар (максимальная эффективность теплообменного оборудования).
Думаю, что в данной статье я кратко и понятно разъяснил про наиболее часто встречающиеся виды пара в технологических процессах промышленных предприятий. Если вы хотите знать больше про энтропию, свойства перегретого пара для энергетических турбин, сублимацию, понятие критической точки — изучайте ТЕРМОДИНАМИКУ.
видов пара | ТНВ
- Дом
- Ресурсы Steam
- Типы пара
Основы Steam
Поиск в Steam Theory
- Зависимость давления от температуры воды и пара
- Насыщенный пар (сухой)
- Ненасыщенный пар (влажный)
- Перегретый пар
- Сверхкритическая вода
- Различные состояния воды
Если воду нагреть выше точки кипения, она испарится в пар или воду в газообразном состоянии.
Однако не весь пар одинаков. Свойства пара сильно различаются в зависимости от давления и температуры, которым он подвергается.
В статье Основные приложения для Steam мы обсудили несколько приложений, в которых используется пар. В следующих разделах мы обсудим типы пара, используемые в этих приложениях.
Зависимость давления от температуры воды и пара
Щелкните слово для просмотра анимации.
Насыщенный (сухой) пар образуется, когда вода нагревается до точки кипения (ощутимый нагрев) и затем испаряется с дополнительным теплом (скрытый нагрев). Если этот пар затем нагревается выше точки насыщения, он становится перегретым паром (ощутимый нагрев).
Насыщенный пар (сухой)
Как показано черной линией на приведенном выше графике, насыщенный пар возникает при температуре и давлении, при которых пар (газ) и вода (жидкость) могут сосуществовать. Другими словами, это происходит, когда скорость испарения воды равна скорости конденсации.
Преимущества использования насыщенного пара для нагрева
Насыщенный пар обладает многими свойствами, которые делают его отличным источником тепла, особенно при температуре 100 °C (212 °F) и выше. Вот некоторые из них:
| Собственность | Преимущество |
| Быстрый и равномерный нагрев за счет скрытой теплопередачи | Повышение качества продукции и производительности |
| Давление может контролировать температуру | Температуру можно быстро и точно установить |
| Высокий коэффициент теплопередачи | Меньшая требуемая площадь поверхности теплопередачи, позволяющая снизить первоначальные затраты на оборудование |
| Происходит из воды | Безопасный, чистый и недорогой |
При этом при нагреве насыщенным паром необходимо учитывать следующее:
- Эффективность нагрева может снизиться, если для технологического нагрева используется не сухой пар, а пар. Вопреки распространенному мнению, практически весь пар, вырабатываемый котлом, представляет собой не сухой насыщенный пар, а влажный пар, который содержит некоторое количество неиспарившихся молекул воды.
- Потери лучистого тепла вызывают конденсацию части пара. Таким образом, образующийся влажный пар становится еще более влажным, а также образуется конденсат, который необходимо удалять путем установки конденсатоотводчиков в соответствующих местах.
- Тяжелый конденсат, выпадающий из потока пара, можно удалить через конденсатоотводчики. Однако уносимый влажный пар снизит эффективность нагрева, и его следует удалять через точки использования или распределительные сепарационные станции .
- Пар, который испытывает потери давления из-за трения в трубах и т. д., также может привести к соответствующей потере температуры пара
Вопреки распространенному мнению, практически весь пар, вырабатываемый котлом, представляет собой не сухой насыщенный пар, а влажный пар, который содержит некоторое количество неиспарившихся молекул воды.Ненасыщенный пар (влажный)
Это наиболее распространенная форма пара, с которой сталкивается большинство установок.
Когда пар вырабатывается с помощью котла, он обычно содержит влагу от неиспарившихся молекул воды, которые переносятся в распределенный пар. Даже лучшие котлы могут выпускать пар с влажностью от 3% до 5%. Когда вода приближается к состоянию насыщения и начинает испаряться, некоторое количество воды, обычно в виде тумана или капель, захватывается поднимающимся паром и распределяется вниз по течению. Это одна из основных причин, по которой сепарация используется для отделения конденсата от распределяемого пара.
Перегретый пар
Перегретый пар образуется путем дальнейшего нагревания влажного или насыщенного пара выше точки насыщения. Это дает пар, который имеет более высокую температуру и более низкую плотность, чем насыщенный пар при том же давлении. Перегретый пар в основном используется в двигателях/приводах, таких как турбины, и обычно не используется для передачи тепла.
Преимущества использования перегретого пара для привода турбин:
- Преимущества использования перегретого пара для привода турбин:
Для поддержания сухости пара для парового оборудования, работа которого ухудшается из-за наличия конденсата - Для улучшения теплового КПД и работоспособности, т. е. для достижения больших изменений удельного объема от перегретого состояния до более низких давлений, даже вакуума.
е. для достижения больших изменений удельного объема от перегретого состояния до более низких давлений, даже вакуума.Предпочтительно подавать и выпускать пар в перегретом состоянии, поскольку при нормальной работе внутри парового оборудования не будет образовываться конденсат, что сводит к минимуму риск повреждения от эрозии или коррозии под действием углекислого газа. Кроме того, поскольку теоретический тепловой КПД турбины рассчитывается по значению энтальпии на входе и выходе из турбины, увеличение степени перегрева, а также давления повышает энтальпию на входе в турбину и, таким образом, эффективно при повышение тепловой эффективности.
Недостатки использования перегретого пара для отопления:
| Свойство | Недостаток |
| Низкий коэффициент теплопередачи | Снижение производительности |
| Требуется большая площадь поверхности теплопередачи | |
| Переменная температура пара даже при постоянном давлении | Перегретый пар должен поддерживать высокую скорость, иначе температура упадет из-за потерь тепла из системы |
| Явное тепло, используемое для передачи тепла | Перепады температуры могут отрицательно сказаться на качестве продукции |
| Температура может быть очень высокой | Могут потребоваться более прочные конструкционные материалы, требующие более высоких первоначальных затрат на оборудование |
По этим и другим причинам насыщенный пар предпочтительнее перегретого пара в качестве теплоносителя в теплообменниках и другом теплообменном оборудовании.
Сверхкритическая вода
Сверхкритическая вода — это вода в состоянии, превышающем ее критическую точку: 22,1 МПа, 374 °C (3208 фунтов на квадратный дюйм, 705 °F). В критической точке скрытая теплота пара равна нулю, а его удельный объем точно одинаков, независимо от того, считается ли он жидким или газообразным. Другими словами, вода, находящаяся при более высоком давлении и температуре, чем критическая точка, находится в неразличимом состоянии, которое не является ни жидким, ни газообразным.
Сверхкритическая вода используется для привода турбин на электростанциях, где требуется более высокая эффективность.
Исследования сверхкритической воды проводятся с упором на ее использование в качестве жидкости, обладающей свойствами как жидкости, так и газа, и, в частности, на ее пригодность в качестве растворителя для химических реакций.
Различные состояния воды
Ненасыщенная вода
Это вода в ее наиболее узнаваемом состоянии. Примерно 70% веса человеческого тела составляет вода. В жидкой форме воды водородные связи сближают молекулы воды. В результате ненасыщенная вода имеет относительно компактную, плотную и устойчивую структуру.
Насыщенный пар
Молекулы насыщенного пара невидимы. Когда насыщенный пар выбрасывается в атмосферу через трубопровод, часть его конденсируется, передавая свое тепло окружающему воздуху, и образуются облака белого пара (крошечные капельки воды). Когда пар включает в себя эти крошечные капельки, он называется влажным паром.
В паровой системе пар, выходящий из конденсатоотводчиков, часто ошибочно принимают за насыщенный (живой) пар, хотя на самом деле это пар мгновенного испарения.
Разница между ними заключается в том, что насыщенный пар невидим сразу на выходе из трубы, тогда как пар мгновенного испарения содержит видимые капли воды в момент его образования.
Перегретый пар
Пока он сохраняет свое перегретое состояние, перегретый пар не будет конденсироваться, даже если он вступит в контакт с атмосферой и его температура понизится. В результате не образуются облака пара. Перегретый пар запасает больше тепла, чем насыщенный пар при том же давлении, а движение его молекул более быстрое, поэтому он имеет меньшую плотность (т. е. его удельный объем больше).
Сверхкритическая вода
Хотя это невозможно определить визуально, это вода в форме, которая не является ни жидкой, ни газообразной. Общая идея заключается в молекулярном движении, близком к газу, и плотности, близкой к плотности жидкости.
Различные типы пара в промышленном производстве пара
Промышленное производство пара является важной функцией во многих отраслях промышленности в качестве эффективного теплоносителя.
Для промышленных процессов выбор соответствующего типа пара диктуется конкретным применением и правилами качества и стерилизации. В процессе конденсации пара в воду для промышленных целей пар отдает свою теплоту парообразования или скрытую теплоту. Это количество теплоты, необходимое для превращения жидкости в газ при той же температуре. При атмосферном давлении и 212°F (100°C) требуется 970 БТЕ/фунт для преобразования воды в пар. Таким образом, когда пар конденсируется, он выделяет такое же тепло. Если вы сравните теплоту, которая требуется для повышения температуры воды от точки замерзания до точки кипения (ощутимая теплота), с теплотой, которая требуется только для того, чтобы превратить ее из жидкости в пар (скрытая теплота), то скрытая теплота примерно в пять раз больше, чем ощутимое тепло. Итак, если у вас есть насыщенный пар, используемый в качестве источника тепла для вашего теплообменника, он находится в точке кипения и готов выделять скрытую теплоту.
Для описания пара используется множество различных терминов – сухой, влажный, насыщенный, перегретый, растительный, полезный, чистый, чистый – но что означает каждый из них?
Различные типы генерации пара в промышленных применениях
Приведенные ниже обороты рассказывают вам о атрибутах Steam
222 Sature Satude Sature Satude Sature Satudated Paterated Partedicave Sature Sature Sature Saturedicate Sature Saturedicated.
отраслевые приложения. Насыщенный пар – это, по сути, пар при температуре кипения. Наиболее распространенным примером является пар при атмосферном давлении. При таком давлении насыщенный пар будет иметь температуру 212°F (100°C). По мере того, как давление пара повышается, повышается и соответствующая ему температура кипения. Эту взаимосвязь можно увидеть в таблицах пара, которые представляют собой графики зависимости температуры промышленного пара от давления насыщенного пара.
Перегретый пар
Перегретый пар – это пар, температура которого превышает температуру кипения при данном давлении. В приведенном выше примере перегретый пар будет горячее 212°F (100°C), но все же при атмосферном давлении.
Сухой пар
Сухой пар полностью находится в парообразном состоянии и не содержит жидкости. Перегретый пар всегда сухой, потому что любая жидкость тут же превратилась бы в пар. Насыщенный пар может быть практически сухим или, по крайней мере, достаточно сухим, чтобы выполнить работу! Чтобы ваш насыщенный пар оставался сухим, необходимо эффективно улавливать его, чтобы любая вода удалялась до того, как пар достигнет точки использования.
Влажный пар
Влажный пар — это просто противоположность сухого пара. В нем присутствуют как жидкость, так и пар. Жидкость занимает место в потоке, но не способствует эффективному переносу тепла, поскольку уже отдала теплоту парообразования. Ненасыщенный пар также можно описать как влажный пар.
Приведенные ниже обозначения говорят о чистоте пара, включая любые добавки. Обе эти категории обозначений помогают полностью описать различные типы пара и убедиться, что они подходят для применения.
Производственный пар (также называемый служебным паром)
Производственный или служебный пар является «типичным» для промышленных систем производства пара. Он может быть при различном давлении, но обычно является насыщенным. Заводской пар обычно содержит котельные химикаты или добавки для предотвращения коррозии, поэтому во многих случаях его нельзя добавлять непосредственно в продукты.
Технический пар иногда называют давлением, при котором он распределяется: пар низкого, среднего или высокого давления. Точное давление каждого из них будет варьироваться в разных местах и отраслях.
Чистый пар
Чистый пар настолько чист, что при конденсации он соответствует требованиям к воде для инъекций. Генератор чистого пара обычно использует насыщенный пар и часто используется для очистки, стерилизации и нагрева в фармацевтической промышленности, где возможен непосредственный контакт с продуктом.
В фармацевтической промышленности многие пользователи генераторов чистого пара обязаны соблюдать требования европейского стандарта EN285. Этот стандарт касается сухости, перегрева и неконденсируемых газов, присутствующих в паре, используемом в автоклавах. Сухость и перегрев рассмотрены выше, однако неконденсируемые газы являются проблемой, характерной только для автоклавов. Эти газы — обычно азот, кислород или двуокись углерода — занимают место в насыщенном паре, не способствуя доступной теплопередаче.
