ТИПЫ ПАРА

 Если вода нагревается выше точки кипения, она становится паром или водой в газообразном состоянии. Однако все виды пара разные, и их свойства существенно варьируются в зависимости от давления и температуры.

  В статье Основные сферы применения пара мы рассмотрели различные процессы, в которых используется пар. А теперь поговорим о типах пара, применяемых в этих процессах.

Соотношение давления и температуры воды и пара


  Насыщенный (сухой) пар возникает, когда вода нагревается до температуры кипения (контактное тепло), а затем испаряется с помощью дополнительного подогрева (скрытое тепло). Если этот пар далее нагревается выше точки насыщения, он становится перегретым паром (контактное тепло).

Насыщенный (сухой) пар


  Черная линия вышеприведенного графика показывает, что насыщенный пар появляется при такой температуре и давлении, при которых пар (газ) и вода (жидкость) могут сосуществовать. Другими словами, он образуется тогда, когда скорость испарения воды равна скорости конденсации.

Преимущества использования насыщенного пара для подогрева

  Свойства насыщенного пара делают из него отличный источник тепла особенно при температуре 100 °C и выше. Вот некоторые из этих свойств:

Свойства Преимущества
    Обеспечивает быстрое и равномерное нагревание за счет передачи скрытой теплоты    Улучшает качество продукта и повышает производительность
   Давление может контролировать температуру    Температура устанавливается быстро и точно
   Гарантирует высокий коэффициент теплопередачи    Требуемая площадь теплообмена меньше, что позволяет снизить первоначальные затраты на оборудование
   Образовывается из воды    Безопасный, чистый и недорогой

Полезные советы

С учетом сказанного, при подогреве насыщенным паром необходимо помнить о следующих моментах:

  • Эффективность подогрева может уменьшиться, если в данном процессе используется любой другой пар, кроме сухого. Вопреки общераспространенному мнению, фактически весь пар, производимый в котле — это не сухой насыщенный пар, а влажный, содержащий часть неиспарившихся молекул воды.

  • Потеря теплового излучения приводит к тому, что часть пара конденсируется. Получившийся влажный пар становится еще более влажным, к тому же образуется конденсат, который надо удалить, установив там, где это необходимо, конденсатоотводчики.

  • Образованный из пара тяжелый конденсат может быть выведен конденсатоотводчиками в специальные коллекторы. Однако этот влажный пар снизит эффективность нагрева, поэтому его следует удалить через устройства очистки или распределительные сборники.

  • В паре, в котором снижается давление за счет трения в трубопроводе и т.д., также может понизиться температура.

Ненасыщенный (влажный) пар


  Это наиболее распространенная форма пара, которая используется на большинстве заводов. Когда при работе котла образуется пар, он, как правило, влажный из-за неиспарившихся молекул воды, которые в нем присутствуют. Даже лучшие котлы могут выпускать пар, чья влажность будет составлять от 3% до 5%. Когда вода приближается к состоянию насыщения и начинает испаряться, часть ее, обычно в форме водяной пыли или капелек, попадает в поднимающийся пар и распределяется дальше. Это одна из основных причин, по которой сепарация используется для удаления конденсата из распределенного пара.

Перегретый пар


  Перегретый пар получается в результате дополнительного нагревания влажного или насыщенного пара до точки кипения выше, чем для последнего. Так, при идентичном давлении, что и у насыщенного пара, его температура будет выше, а плотность ниже. Перегретый пар в основном используется для сообщения движения, например, в турбинах, но не применяется в процессах теплопередачи.

Преимущества использования перегретого пара в приводных турбинах:

  • Обеспечивает сухость пара в паровом оборудовании, производительность которого может ухудшиться от присутствия конденсата
  • Улучшает тепловую эффективность и производительность при переходе от перегретого состоянии к снижению давления и даже вакууму в определенном удельном объеме.

 Предпочтительно и подавать, и выпускать пар в перегретом состоянии, т.к. конденсат не будет образовываться во время нормальной работы парового оборудования, что снизит риск повреждений от эрозии или коррозии, вызванной влиянием углекислого газа. Кроме того, теоретический тепловой КПД турбины рассчитывается с учетом показателей энтальпии во впускном и выпускном отверстиях; это увеличивает градус перегрева, давление поднимает энтальпию со стороны входного отверстия турбины, что эффективно улучшает тепловой КПД.

Недостатки использования перегретого пара для подогрева:

Свойства Недостатки
Низкий коэффициент передачи тепла Снижается производительность
Требуется большая площадь поверхности теплопередачи
Нестабильная температура пара даже при постоянном давлении Перегретому пару надо поддерживать высокую скорость, в противном случае температура будет падать по мере потери тепла из оборудования.
Контактное тепло используется для передачи тепловой энергии Падение температуры может отрицательно сказаться на качестве продукта
Температура может быть необычайно велика Могут понадобиться более стойкие строительные материалы, требующие более высоких первоначальных затрат на оборудование

  По этой и другим причинам, насыщенный пар предпочтительнее перегретого пара, если он выступает в качестве рабочей среды теплообменников или иного оборудования для теплопередачи. С другой стороны, если рассматривать его как источник тепла для прямого нагрева, как высокотемпературный газ, обнаружится преимущество над горячим воздухом, благодаря возможности подогрева даже в условиях отсутствия кислорода. Также проводятся исследования по использованию пара в пищевой промышленности для приготовления еды и для сушки.

Сверхкритическая вода


  Сверхкритическая вода — это вода в состоянии, превышающем ее критическую точку: 22,1 МПа, 374 °C. В критической точке скрытое тепло пара равняется нулю, а его удельный объем точно такой же, как для жидкого или газообразного состояния. Другими словами, вода с давлением и температурой большими, чем в критической точке, находится в своеобразном состоянии, которое нельзя назвать ни жидким, ни газообразным.

 Сверхкритическая вода используется для работы турбин на электростанциях, которые требуют более высокой эффективности. Исследования сверхкритической воды проводятся с упором на ее использование в качестве текущей среды, обладающей свойствами как жидкости, так и газа, а также на ее пригодность в качестве растворителя для химических реакций.

Различные состояния воды


 Ненасыщенная вода

 Эта вода находится в самом узнаваемом ее состоянии. Приблизительно 70% человеческого веса — это вода. Когда она находится в жидком состоянии, водородные связи держат молекулы ее вместе. В результате ненасыщенная вода имеет относительно компактную, плотную и стабильную структуру.

Насыщенный пар

 Молекулы насыщенного пара невидимы. Когда насыщенный пар выпускается в атмосферу из трубопровода, часть его конденсируется, передавая свое тепло окружающему воздуху и образовывая облака белого пара (крошечные капли воды). Если в паре есть такие капельки, то он называется влажным.

 В паровых системах пар, выходящий из конденсатоотводчиков часто ошибочно принимается за насыщенный (острый) пар, в действительности же это — выпар. Разница между ними состоит в том, что насыщенный пар мнгновенно становится невидимым уже на уровне выпускного отверстия трубы, тогда как выпар содержит мелкие капли воды в момент образования.

Перегретый пар

 Пока перегретый пар находится в своем перегретом состоянии, он не будет конденсироваться, даже если вступит в контакт с атмосферой, а его температура упадет. В результате, клубы пара образовываться не будут. Перегретый пар содержит больше тепла, чем насыщенный пар при том же давлении, а его молекулы двигаются быстрее, поэтому его плотность ниже (т.е. его удельный объем больше).

Сверхкритическая вода

 Хотя визуальное наблюдение не представляется возможным, но эта вода находится в состоянии, которое не является ни жидким, ни газообразным. В общих чертах, молекулярное движение ближе к газу, а плотность больше похожа на плотность жидкости.