石化蒸汽基础知识

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。

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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*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*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。