飽和蒸汽與過熱蒸汽區別

2022-06-23 03:25:42 字數 4233 閱讀 1337

2009年05月13日星期三 09:28

當液體在有限的密閉空間中蒸發時,液體分子通過液麵進入上面空間,成為蒸汽分子。由於蒸汽分子處於紊亂的熱運動之中,它們相互碰撞,並和容器壁以及液麵發生碰撞,在和液麵碰撞時,有的分子則被液體分子所吸引,而重新返回液體中成為液體分子。開始蒸發時,進入空間的分子數目多於返回液體中分子的數目,隨著蒸發的繼續進行,空間蒸汽分子的密度不斷增大,因而返回液體中的分子數目也增多。

當單位時間內進入空間的分子數目與返回液體中的分子數目相等時,則蒸發與凝結處於動平衡狀態,這時雖然蒸發和凝結仍在進行,但空間中蒸汽分子的密度不再增大,此時的狀態稱為飽和狀態。在飽和狀態下的液體稱為飽和液體,其蒸汽稱為幹飽和蒸汽(也稱飽和蒸汽)。

如果使用者是為了達到更精確的計量監控,建議都視為過熱蒸汽,對溫度和壓力補償,但考慮成本問題,客戶也可以只對溫度進行補償。理想的飽和蒸汽狀態,指的是溫度、壓力及蒸汽密度三者存在一一對應的關係,知道其中一個,其他二個值就是定數。存在這種關係的蒸汽就是飽和蒸汽,否這都可以視為過熱蒸汽進行計量。

實際中過熱蒸汽的溫度可以較高,壓力一般都相對較低(較飽和蒸汽),0.7mpa,200℃蒸汽就是這樣,屬過熱蒸汽

水在一定的壓力下加熱,水的溫度隨著不斷加熱而上升,當水溫升高到某一溫度時,水就開始沸騰,這時候水的溫度稱為沸騰溫度。如在繼續加熱,水溫保持不變,水即開始氣化,而逐步變為蒸汽。水在一定的壓力下的沸騰溫度也稱為飽和溫度。

這個溫度與其所受壓力大小有關,壓力愈大,則沸騰溫度也就越高;反之,壓力小,則沸騰溫度也低。

例如壓力為0.10mpa(1atm)時,其飽和溫度為99.09°c;壓力為4.

05mpa(40atm)時,其飽和溫度為249.18°c;壓力為10.13mpa(100atm)時,其飽和溫度為309.

53°c.

以上可知,水在一定壓力下,加熱至沸騰,水就開始氣化,也就逐漸變為蒸汽,這時蒸汽的溫度也就等於飽和溫度。這種狀態的蒸汽就稱為飽和蒸汽。

如果把飽和蒸汽繼續進行加熱,其溫度將會升高,並超過該壓力下的飽和溫度。這種超過飽和溫度的蒸汽就稱為過熱蒸汽。

在供熱行業中,蒸汽流量測量不準確是普遍存在的問題,其中主要原因分析如下。

1.1 過熱蒸汽

蒸汽是比較特殊的介質,一般情況下所說的蒸汽是指過熱蒸汽。過熱蒸汽是常見的動力能源,常用來帶動汽輪機旋轉,進而帶動發電機或離心式壓縮機工作。過熱蒸汽是由飽和蒸汽加熱升溫獲得。

其中絕不含液滴或液霧,屬於實際氣體。過熱蒸汽的溫度與壓力引數是兩個獨立引數,其密度應由這兩個引數決定。

過熱蒸汽在經過長距離輸送後,隨著工況(如溫度、壓力)的變化,特別是在過熱度不高的情況下,會因為熱量損失溫度降低而使其從過熱狀態進入飽和或過飽和狀態,轉變成為飽和蒸汽或帶有水滴的過飽和蒸汽。飽和蒸汽突然大幅度減壓,液體出現絕熱膨脹時也會

為飽和蒸汽或帶有水滴的過飽和蒸汽。飽和蒸汽突然大幅度減壓,液體出現絕熱膨脹時也會轉變成為過熱蒸汽,這樣就形成汽液兩相流介質。

1.2 飽和蒸汽

未經過熱處理的蒸汽稱為飽和蒸汽。它是無色、無味、不能燃燒又無腐蝕性的氣體。飽和蒸汽具有如下特點。

(1)飽和蒸汽的溫度與壓力之間一一對應,二者之間只有一個獨立變數。

(2)飽和蒸汽容易凝結,在傳輸過程中如有熱量損失,蒸汽中便有液滴或液霧形成,並導致溫度與壓力的降低。含有液滴或液霧的蒸汽稱為溼蒸汽。嚴格來說,飽和蒸汽或多或少都含有液滴或液霧的雙相流體,所以,不同狀態下不能用同一氣體狀態方程式來描述。

飽和蒸汽中液滴或液霧的含量反映了蒸汽的質量,一般用幹度這一引數來表示。蒸汽的幹度是指單位體積飽和蒸汽中幹蒸汽所佔的百分數,以“x”表示。

(3)準確計量飽和蒸汽流量比較困難,因為飽和蒸汽的幹度難以保證,一般流量計都不能準確檢測雙相流體的流量,蒸汽壓力波動將引起蒸汽密度的變化,流量計示值產生附加誤差。所以在蒸汽計量中,必須設法保持測量點處蒸汽的幹度以滿足要求,必要時還應採取補償措施,實現準確的測量。

2 測量的分析

目前使用流量儀表測量蒸汽流量,測量介質都是指單相的過熱蒸汽或飽和蒸汽。對於相流經常變化的蒸汽,肯定會存在測量不準確的問題。這個問題的解決方法是保持蒸汽的過熱度,儘量減少蒸汽的含水量,例如加強蒸汽管道的保溫措施,減少蒸汽的壓力損失等,以提高測量的準確度。

然而這些方法並不能徹底解決蒸汽流量測量不準確的問題,解決這一問題的根本辦法是開發一種可測兩相流動介質的流量儀表。

用於檢測氣體流量的流量計種類很多,以速度式和容積流量計應用最普遍,它們的共同特點是隻能連續測定工況下的體積流量,而體積流量又是狀態的函式,工作狀態下的體積流量不能確切的表示實際流量,工程上一般都以標準狀態體積流量或質量流量表示。所謂標準狀態體積是0℃、1個標準大氣壓下的氣體體積或20℃、1個標準大氣壓下的體積。以質量流量為計量單位的情況,目前應用不多。

採用刻度氣體流量計時,選定氣體正常溫度、壓力為設計條件,將設計狀態下的體積流量折算為標準體積流量或質量流量,其折算係數中含有氣體密度的因素,當氣體介質的工作狀態偏離設計狀態,流量示值將產生誤差。此外氣體介質的組成、含量或溫度的變化,對流量測量也產生影響,所以蒸汽流量的測量更需要採取補償措施,並且因蒸汽的狀態變化補償因素也比較複雜。

過熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度、壓力兩個引數決定,而且在引數的不同範圍內,密度的表達形式也不相同,無法用同一通式表示,所以不能獲得統一的密度計算公式,只能個別推導求得溫度、壓力補償公式。在溫度、壓力波動範圍較大的場合,除進行溫度、壓力補償外,還需要考慮對氣體膨脹係數ε的補償。

無論採用何種流量計檢測飽和蒸汽的流量,在蒸汽壓力波動的條件下工作,必須採取壓力補償措施,這是因為在流量方程中,都含有蒸汽密度的因素,工作條件與設計條件不一致時,讀數會產生誤差,誤差的大小和工作壓力與設計壓力偏差的大小有關,p實>p設將出現負誤差,否則將出現正誤差。蒸汽的幹度條件是關係到能否準確計量蒸汽流量的重要條件,目前正在研製**蒸汽幹度檢測儀表,待幹度儀表應用於蒸汽流量計量與補償系統,必將進一步提高計量的準確性。目前應採取以下三項措施:

(1)輸送蒸汽的管路必須有良好的保溫措施防止熱量損失。

(2)在蒸汽管路上要逐段疏水,在管道的最低處及儀表前的管道上應設定疏水器,及時排出冷凝水。

(3)鍋爐操作中應避免出現汽包液位過高現象,儘量減少負荷出現大的波動。

3 流量儀表的選型

對於蒸汽計量在選擇流量儀表時應考慮5個主要因素:被測流體特性、生產工藝情況、安裝條件、維護需求以及流量儀表的特性。這裡,著重討論流量儀表的特性、安裝條件、維護需求以及選用流量儀表應注意的幾個問題。

目前,測量蒸汽流量的儀表主要有渦街流量計、差壓式(孔板、均速管、彎管)流量計、分流旋翼式流量計、阿牛巴流量計、浮子式流量計等,下面以渦街流量計、孔板流量計和彎管流量計為例加以說明。

3.1 渦街流量計

渦街流量計是基於卡門渦街原理而研製成功的一種新型流量計,由於它具有其它流量計不可兼得的優點,70年代以來得到了迅速發展。據介紹,現在日本、歐美等發達國家使用渦街流量計的比例大幅度上升,已經廣泛用於各個領域,將在未來流量儀表中占主導地位,是孔板流量計的理想替代產品。它具有以下特點:

① 結構簡單牢固,無可動部件,長期執行十分可靠;

② 維護十分方便,安裝費用低;

③ 感測器不直接接觸介質,效能穩定,壽命長;

④ 輸出與流量成正比的脈衝訊號,無零點漂移,精度高,並方便與計算機聯網;

⑤ 測量範圍寬,量程比可達1:10;

⑥ 壓力損失小,執行費用低,更具節能意義;

⑦ 在一定的雷諾數範圍內,輸出訊號頻率不受流體物理性質和組分變化影響,儀表係數僅與漩渦發生體的形狀和尺寸有關,測量流體的體積流量無需補償,調換配件後無需重新標定儀表的係數;

⑧ 應用範圍廣,氣體、液體的流量均可測量;

⑨ 檢定週期為2~4年。

但該流量計也存在一定的侷限性:

① 渦街流量計是一種速度式流量計,漩渦分離的穩定性受流速影響,故它對直管段有一定的要求,一般是前10d、後5d;

② 測量液體時,上限流速受壓損和氣蝕現象限制,一般是0.5~8m/s;

③ 測量氣體時,上限流速受介質可壓縮性變化的限制,下限流速受雷諾數和感測器靈敏度的限制,蒸汽是8~25m/s;

④ 應力式渦街流量計對振動較為敏感,故在振動較大的管道安裝流量計時,管道要有一定的減震措施;

⑤ 應力式渦街流量計採用壓電晶體作為檢測感測器,故其受溫度的限制,一般為-40~+300℃。

3.2 差壓式流量計

以孔板流量計為代表的差壓式流量計應用歷史悠久,有國際標準,理論精度高,應用十分普遍。但經過幾十年的應用,發現孔板流量計也存在不足:

① 應用中許多因素(設計引數與工況引數不符,上游直管段不足,孔板和管道不同心,孔板a面受汙,銳角磨損等)對其測量精度有非常大的影響,使其測量誤差增大;

② 安裝較為麻煩,維護及拆洗的工作量較大;

③ 需配差壓變送器使用,增加了維護的工作量,另需敷設導壓管,且在冬季需對導壓管進行保溫,不可以安裝在室外;

④ 流量量程比為1:3,侷限性大;