上海申弘閥門有限公司
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1、石化蒸汽基礎知識蒸汽的本質：
我們知道，水的三相分別為固態的冰、液態的水和氣態的蒸汽，所以通俗地講，蒸汽的本質就是含有足夠熱量的氣態水，這樣解釋也是為了方便解釋后面章節要介紹的疏水閥。
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）、蒸汽的生產相對較簡單、經濟
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，往往溫度較低。但空氣若進入蒸汽系統中，則是一種阻礙傳熱的有害不凝氣體，必須及時排除。
3、各種狀態蒸汽的分類
蒸汽的性質取決于蒸汽的壓力、溫度和體積這三個條件的結合。
A、飽和蒸汽：是由液態水和氣態水組成的。換句話說，就是蒸發的速度等同于冷凝速度。由鍋爐產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。
優點：
1）、利用潛熱快速、均勻地加熱，產品的質量和產量得到提高
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，水就蒸發形成“水蒸氣”。
B、過熱蒸汽：飽和蒸汽繼續加熱得到過熱蒸汽，產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，對生產質量有影響
3）、即使壓力穩定，溫度也不能控制，不能通過壓力來控制
4）、因為傳熱系數低，所以傳熱效果差，對生產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生的蒸汽稱為干飽和蒸汽；
但是實際上鍋爐產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，蒸汽的熱量就轉移到被加熱的物質一側。通過這種方式，蒸汽不會和被加熱的物質接觸。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、膨化機調質器、汽提塔、解析塔和精煉廠的脫臭塔。
5、蒸汽加熱的優勢（使用蒸汽加熱和使用熱水或熱油加熱有何區別？）
A、使用蒸汽加熱：供應給換熱器的蒸汽處于氣態，在其內部變成液態（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，蒸汽通過從氣體轉換成液態進行加熱，而且蒸汽通過凝結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，蒸汽中化學物質的腐蝕，造成閥門、管件或加熱設備內部結垢。
3）、冷凝：因為蒸汽在輸送和換熱過程中會產生冷凝，因此必須使用疏水閥來及時排放冷凝水，否則造成設備內積水，導致換熱不能正常進行。另外可能產生一些相關的現象如閃蒸、水錘、失流、蒸汽綁、空氣綁等，這將導致系統無法正常運行。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？怎樣產生的？
閃蒸：是指高壓水突然降壓變為低壓后，有一部分水會汽化成蒸汽，稱為閃蒸汽；如果高壓水的溫度低于低壓水的飽和溫度，就不會產生閃蒸汽。
正常有兩個渠道產生閃蒸汽，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，根據熱力學定律，低壓側的冷凝水含有的能量與高壓側的能量必然相同，遵守能量守恒定律。
因此，低壓側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，低壓側的能量就與高壓側不平衡，多出671-419 = 252 /kg這樣，對于水來說，就會產生過熱。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，原來存在于高壓側冷凝水中的能量現在就存在于低壓側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生閃蒸汽，經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，如果低壓側的壓力低于這個0.7bar的壓力（真空），仍然會產生閃蒸汽。換句話說，當熱的冷凝水排放到低壓的環境中，它的熱焓（總熱量）保持不變，但飽和溫度降低（水的氣態和液態共存的溫度）。為了保持總熱量不變，部分的水吸收了熱量蒸發成蒸汽。
二、石化蒸汽基礎知識水汽和閃蒸汽的區別
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的水。
閃蒸汽:一種無色透明的氣體，由液態的水通過吸收潛熱轉換成氣態。 與正常蒸汽沒什么區別。
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換成蒸汽。 在冷凝水轉換成蒸汽（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）中的這個數據。
二、我們知道，飽和蒸汽每一個狀態點的的熱力學特性參數是固定的，這也就是我們為什么要使用飽和蒸汽的原因。對上面幾個概念的理解：
1、hf = 液體焓 (顯熱)：水在液態下，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，于是其它狀態的焓就可以根據其參考狀態得出。
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變為氣態，即飽和蒸汽。
正如從冰到水的相變過程，蒸發的過程也是可逆的。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，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，飽和水由液態汽化為氣態的蒸發過程（圖中的水平線）是縮短的，這一段也就是我們說的蒸發焓hfg，（即熱焓值）。
四、石化蒸汽基礎知識總結：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
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，每一個工業制程，每一個設備都對蒸汽壓力有嚴格的規定限制，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，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量百分數。
在一定壓力下的沸騰點溫度產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：
實際蒸發焓 = 蒸發焓 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腐蝕、抽絲和水錘等現象，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。意味著蒸汽干度變為: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，節能10.89%是非常可觀的！
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。基于以上這些原因，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
蒸汽管道內總有可能存在雜質，任何工廠都無法避免。常見的雜質有：鐵銹、鈣化物、焊渣、破碎的墊片和濾網、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，因為每次系統停機時內部的蒸汽會冷凝，冷凝后隨之產生的真空會吸入空氣。
B、在生產過程中，會產生熱空氣：當蒸汽進入系統時，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、過熱蒸汽怎樣產生的？
如果鍋爐中產生的飽和蒸汽通過更高溫度的換熱面，繼續加熱，它的溫度會上升并超過蒸發溫度，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，過熱度是無法產生的，因為吸收的熱量首先會蒸發更多的水。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過熱蒸汽大多數時候是用作驅動蒸汽，例如，在火力發電廠的汽輪機中，利用蒸汽驅動葉輪轉動，帶動發電機轉子使其旋轉發電。汽輪機通常有很多級，從同一個軸的級轉子出來的蒸汽需要進入第二級轉子繼續做功，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。
2.2 過熱蒸汽還會用來加熱一些要求溫度非常高的產品，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，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。
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