正确了解闪蒸汽的知识,除了能更好区分疏水阀泄漏与正常闪蒸以外,还可以帮助用户在设计闪蒸汽和冷凝水回收时,能精确计算回收管道和闪蒸罐尺寸。
一、闪蒸汽是什么?怎样产生的?
闪蒸是指高压侧冷凝水,水温高于低压侧时的饱和温度,经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。
如果高压侧水的温度,低于低压侧水的饱和温度,就不会产生闪蒸汽。
正常有两个渠道产生闪蒸汽:
1、从回收冷凝水的集水罐(包括闪蒸罐)排出来的。
2、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?
原因请看以下举例:
5barg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 barg。
根据热力学第一定律,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 barg的水中最多含有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。
再看另外一个例子:
5barg压力下的冷凝水,但是温度只有90℃,属于不饱和水,具有的能量只有377KJ/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。
如使用热静力疏水阀时,排出的通常是降温后的过冷冷凝水,闪蒸汽量是最少的。但由于积水带来的各种危害,一般只用在伴热管线上。
而浮球式疏水阀连续及时排水,排出的是饱和冷凝水,相对比热静力式闪蒸汽量会多些。
一般用在换热效率要求高,不允许积水的工况,或考虑做闪蒸汽回收的工况,应首选连续及时排水的浮球式结构。
值得注意的是,90℃对应的蒸汽压力为0.7bar,如果低压侧的压力低于0.7bar的绝对压力(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、水汽和闪蒸汽的区别
1、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。
2、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。
3、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、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;
hfg2,即低压侧压力相对应的沸水完全变成蒸汽需的能量值(潜热hfg)
hg=hf+hfg
高温冷凝水产生闪蒸汽的质量百分比可由下式计算:
闪蒸汽流量可由下式计算:
闪蒸量vs.凝结水量(以疏水阀前压力为4barg,冷凝水1000kg/h,后面对大气排放为例)
四、闪蒸汽量表
一定压降饱和温度冷凝水产生闪蒸汽的质量百分比(公制)
假若疏水阀前压力是8barg,疏水阀后直接对空排放(即阀后为0),查上表中得知,产生的闪蒸汽量为14.44%。
当疏水阀排出1000KG/H的冷凝水时,就会产生1000*14.44%=144.4KG的闪蒸汽量。
上表中设定冷凝水的温度与饱和蒸汽相同。若冷凝水的温度低于饱和蒸汽的温度,产生的闪蒸汽量将减少。
这种情况下,闪蒸汽的质量百分比,应根据上述介绍的相应公式进行计算。
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