石化蒸汽基础知识-亚博安卓

1、石化蒸汽基础知识蒸汽的本质：
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，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

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于使用蒸汽作为的热煤，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2－5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。

一、石化蒸汽基础知识闪蒸汽是什么？怎样产生的？
闪蒸：是指高压水突然降压变为低压后，有一部分水会汽化成蒸汽，称为闪蒸汽；如果高压水的温度低于低压水的饱和温度，就不会产生闪蒸汽。
正常有两个渠道产生闪蒸汽，一是从回收冷凝水的集水罐（包括闪蒸罐）排出来的，二是从对空排放的蒸汽疏水阀后排出来的，因为冷凝水通过疏水阀时，只要前端设备和管内不积水，通常上游温度都足够高，肯定高于后端低压水的温度，所以都会产生闪蒸汽。但整个过程中，没有外来的热量，这些冷凝水是怎样变成蒸汽的呢？

5barg压力冷凝水饱和温度为159℃，具有的能量是671 kj/kg，通过蒸汽疏水阀后压力为0 bar g，根据热力学定律，低压侧的冷凝水含有的能量与高压侧的能量必然相同，遵守能量守恒定律。
因此，低压侧的冷凝水的能量同样也是671 kj/kg，但是，0 bar g的水中多含有419kj/kg热量，低压侧的能量就与高压侧不平衡，多出671-419 = 252 /kg这样，对于水来说，就会产生过热。这些多出来的热量就会使部分冷凝水沸腾形成闪蒸蒸汽，这个沸腾的过程就叫闪蒸。因此，原来存在于高压侧冷凝水中的能量现在就存在于低压侧的水和蒸汽的混合物之中了。
另外举个例子：

5barg压力冷凝水，但是温度只有90℃，属于不饱和水，具有的能量只有377 kj/kg，小于大气压下饱和水的能量，也就是说，没有多余的能量去产生闪蒸汽，经过疏水阀后仅仅是压力降低了而已，没有闪蒸汽。如热静力疏水阀后就没有闪蒸汽。90℃对应的蒸汽压力为0.7bar，如果低压侧的压力低于这个0.7bar的压力（真空），仍然会产生闪蒸汽。换句话说，当热的冷凝水排放到低压的环境中，它的热焓（总热量）保持不变，但饱和温度降低（水的气态和液态共存的温度）。为了保持总热量不变，部分的水吸收了热量蒸发成蒸汽。

二、石化蒸汽基础知识水汽和闪蒸汽的区别
水汽：空气中的小水滴通常是白色的雾气。换句话说，水汽是漂浮在空气中的液态的水。
闪蒸汽:一种无色透明的气体，由液态的水通过吸收潜热转换成气态。 与正常蒸汽没什么区别。
水汽为何从疏水阀喷出呢？如果冷凝水拥有的热量比大气压下的饱和水的热量多，一部分从疏水阀排出的冷凝水在进入大气时将再次转换成蒸汽。 在冷凝水转换成蒸汽（闪蒸汽）的瞬间，在疏水阀出口处，肉眼就可以观察到蒸发形成的水汽。尽管因排放温度的不同水汽的量也不尽相同，但高温冷凝水排放时总会伴随着部分水汽。

三、石化蒸汽基础知识闪蒸汽的计算
hfl,即将水加热到该温度所需的能量值(显热hf)；
hf2，即将水加热至低压侧压力相对应的沸点时所需能量值(显热hf).hfl-hf2的差值表示把冷凝水转变成一定比例低压蒸汽，如闪蒸汽时所需的能量；
一、    首先，了解几个概念
hf = 液体焓 (显热)(kj/kg)，也就是我们平常说的h′---我们不能利用的热量；
hg = 饱和蒸汽的总焓 (总热量)(kj/kg)，也就是我们平常说的h″；
hfg = 蒸发焓 (潜热)(kj/kg)-我们可以利用的热量，也就是我们平常说的h″-h′。
hfg = hg - hf= h″- h′
这几个参数非常重要，以后各种热能工程的计算，阀门管道和设备选型，都需要查蒸汽表（蒸汽的物理性质）中的这个数据。

二、我们知道，饱和蒸汽每一个状态点的的热力学特性参数是固定的，这也就是我们为什么要使用饱和蒸汽的原因。对上面几个概念的理解：
1、hf = 液体焓 (显热)：水在液态下，把它的温度从0℃提高到可以汽化的温度，这个阶段吸收的热量称为水的液体焓或显热。
我们把0℃的水的焓定义为零，于是其它状态的焓就可以根据其参考状态得出。
在大气压下(0 bar g)，水在100℃时沸腾，把水从0℃加热到100℃需要吸收419 kj热量。由此可以推导出水的比热容cp是4.19 kj/(kg·℃)。
2、蒸发焓或潜热(hfg)，也可称之为潜热：
这指的是在沸腾温度下水变成蒸汽所需要吸收的热量，期间，水和蒸汽的混合物温度不上升，所有的能量都用来把水由液态变为气态，即饱和蒸汽。
正如从冰到水的相变过程，蒸发的过程也是可逆的。当蒸汽遇到较低温度的表面时，蒸汽冷凝会放出同样多的热量。当蒸汽作为加热用途时，通常就是利用这部分热量，也就是从蒸汽冷凝成凝结水所释放的热量。 
3、hg = 饱和蒸汽的总焓 (总热量)
这是指饱和蒸汽的总能量，它是水的焓值和蒸发焓的总和。

三、 压力与焓值的关系
1、在大气压力下水的饱和温度是100℃，但是，如果压力下降，比如说在西藏，则饱和温度会降低，其液体焓就低，水在80℃左右就可以烧开了；如果压力上升，将会吸收更多的热量，饱和温度也将上升，但是并不发生相变。因此，增加压力有效增加了水的焓值和饱和温度。
2、随着蒸汽压力升高，蒸汽的密度同样也增大。由于比容是密度的倒数，则比容随着压力升高而降低。
低压下比容随压力变化非常大，而压力较高时比容变化比较小，所以压力越高时，饱和蒸汽的总热量hg肯定要增加，但其增加的比例就越少。从附表二中可看出，压力越高时，水的焓值hf增加得相对较多，而这部分热量是不能使用的，因此可以使用的实际蒸发焓hfg就相对要比低压时少。 
3、这从下面2个图中也可以看出，当压力越高时，饱和水由液态汽化为气态的蒸发过程（图中的水平线）是缩短的，这一段也就是我们说的蒸发焓hfg，（即热焓值）。

四、石化蒸汽基础知识总结：一般使用蒸汽的原则为：高压输送，低压使用。
1、蒸汽的压力增加,比容会减少,密度会增加。所以蒸汽输送的原则是高压输送，而此时管径会比较小。
2、因为压力越低，饱和蒸汽的热焓值越高，而且所有管道及换热设备等的制造成本也相对低很多，因此使用蒸汽时，在保证工艺要求的前提下，尽量使用较为低压的蒸汽。

在实际应用中，送到用汽点的蒸汽应该是具备如下特性的高品质蒸汽：
合适的压力和温度
足够的蒸汽流量
干燥，没有水分
干净，没有杂质
没有空气和其他不凝性气体

1、 合适的压力和温度：为了保证工艺要求的温度，每一个工业制程，每一个设备都对蒸汽压力有严格的规定限制，若超压，可能损坏设备；若压力不够，可能无法达到工艺要求的温度和生产效率。
2、 足够的蒸汽流量：必须计算各个制程所需要的蒸汽流量，考虑合理的安全系数，然后选择正确的管道和相应阀门，这样才能保证蒸汽量。
3、 干燥，没有水分：从下面两方面说明
a、蒸汽的干度，定义：每千克湿饱和蒸汽中含有干饱和蒸汽的质量百分数。
在一定压力下的沸腾点温度产生的蒸汽称为干饱和蒸汽，此时干度为1。但实际应用中很难产生100%的干蒸汽，通常都带有一定量的水滴。如果蒸汽中含有10%质量的水分，则蒸汽为90%的干度，即蒸汽干度为0.9。因此实际的湿蒸汽蒸发焓不是蒸汽表上所显示的hfg，而为干度x和hfg的乘积：
实际蒸发焓 = 蒸发焓 x 干度 
b、汽水分离器的分离效率：用被分离出的水的重量占整个蒸汽中所含的水的重量的比例来度量，但在实际应用中很难确定分离器的准确效率，这由蒸汽的干度、流动速度和流动方式共同决定。
一般通过观察汽水分离器后管道是否出现腐蚀、抽丝和水锤等现象，若有，就说明管道中还是湿蒸汽，分离效果不明显。
举例：
如果汽水分离器的效率为98%，上游蒸汽的干度为0.90，请问下游蒸汽的干度？
答案: 如果蒸汽干度为0.90，那么1000g中含水为：
（1-0.90）×1000g =100
由于汽水分离器的效率为98%，去除了0.98 x100g=98g的水。意味着蒸汽干度变为:1-【（100-98）/1000】=0.998这样，我们完全可以认为是得到了干蒸汽。
再计算一下热效率：
由上面看出，上游蒸汽的干度为0.90，那么1kg蒸汽中实际有效的蒸汽只有1*0.9=0.9kg；
经过汽水分离器后，下游蒸汽的干度增大为0.998，那么这1kg蒸汽中实际有效的蒸汽就有1*0.998=0.998kg；
也就是说蒸汽热效率提高了【（0.998-0.9）/0.9】*100%=10.89%，对于蒸汽系统，节能10.89%是非常可观的！

c、湿蒸汽中水分主要来源于：

1）不正确的锅炉水处理和短时间的峰值负荷会引起汽水共腾，锅炉水会被携带进入蒸汽主管。
2）蒸汽离开锅炉后，由于管道的散热损失，部分蒸汽会冷凝。即使管道的保温再好，该过程也
无法完全避免。基于以上这些原因，蒸汽达到用汽点会相对较湿。因此，为了保证蒸汽干度，方案是使用汽水分离器！

4、 干净，没有杂质

    蒸汽管道内总有可能存在杂质，任何工厂都无法避免。常见的杂质有：铁锈、钙化物、焊渣、破碎的垫片和滤网、石墨、油污等等。
   因此必须在关键的阀门，如疏水阀、减压阀、控制阀、流量计等前端加装过滤器，并且需要定期清理。

5、没有空气和其他不凝性气体

a、蒸汽管道和设备起动时会有空气，因为每次系统停机时内部的蒸汽会冷凝，冷凝后随之产生的真空会吸入空气。
b、在生产过程中，会产生热空气：当蒸汽进入系统时，它会推动空气到达排放点或离蒸汽远的末端，而且把空气加热了。
因此在排放点安装的疏水阀应该具有足够的排空气能力，在管道的末端应该安装自动排空气阀，确保及时把空气排干净，关于《排空气的作用》详见后续8.4。

一、石化蒸汽基础知识制程中为什么要使用饱和蒸汽，而尽量避免使用过热蒸汽？
1、过热蒸汽怎样产生的？
如果锅炉中产生的饱和蒸汽通过更高温度的换热面，继续加热，它的温度会上升并超过蒸发温度，这时，蒸汽就会变成具有一定过热度的过热蒸汽。
当仍有水存在的时候，过热度是无法产生的，因为吸收的热量首先会蒸发更多的水。饱和蒸汽必须通过额外的换热器才能得到更高的温度，这就需要在锅炉中二次换热或经过单独的过热器，主要的加热媒介可以是热烟气或者单独的加热装置。
 
2、过热蒸汽的主要应用
2.1过热蒸汽大多数时候是用作驱动蒸汽，例如，在火力发电厂的汽轮机中，利用蒸汽驱动叶轮转动，带动发电机转子使其旋转发电。汽轮机通常有很多级，从同一个轴的级转子出来的蒸汽需要进入第二级转子继续做功，如果采用饱和蒸汽，那么饱和蒸汽失去能量后会使部分蒸汽冷凝。这就是说通过连续不断的做功过程， 蒸汽会变的越来越湿，这样不仅会导致水锤现象，而且这些水滴还会冲蚀汽轮机。所以，解决方法是使用过热蒸汽，利用过热蒸汽做功，直到温度/压力比较接近饱和时再将蒸汽排出。
为了提高汽轮机的热效率，应该满足以下两个条件：
a、汽轮机进口蒸汽的温度或能量应尽可能高，所以要尽可能提高蒸汽的压力和温度。
b、排气蒸汽的温度或能量应尽可能低，所以要尽可能降低蒸汽压力和温度，通常在汽轮机排气处装冷凝器来实现。
2.2 过热蒸汽还会用来加热一些要求温度非常高的产品，如某些烘干类设备。

3、过热蒸汽与饱和蒸汽的热量对比
下面过热蒸汽表显示的是蒸汽在不同压力下的性质，这与饱和蒸汽表采用的是同样的办法。但是，对过热蒸汽来说，它的压力和温度并不是一一对应的，两者没有直接关系，因此，在特定压力下的过热蒸汽可能对应有很大的范围温度值。