很多用户由于对闪蒸汽的理解不够充分,在观察疏水阀排放时,往往把闪蒸汽误判为蒸汽泄漏,以后再次选购疏水阀时,就会过度的追求疏水阀排水时,不允许出现一丁点的烟雾。这种看似完美的追求,其实是违背了蒸汽特性。因为只有冷凝水在管道产生积水,冷却到一定程度后再排出,闪蒸汽量才会相应减弱。相反的,高压力下必然会产生高温的冷凝水,而高温冷凝水排出到大气压的环境下,会伴随闪蒸汽是属正常现象。那么,闪蒸汽到底是什么概念呢?
一、闪蒸汽是什么?怎样产生的?
闪蒸:是指高压水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?
举例一:5barg压力,饱和温度冷凝水
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 bar g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。
举例二:5barg压力,非饱和温度冷凝水
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
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。
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
hf1,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)
闪蒸汽量表(这是根据公式计算后而整理出的表格)
一定压降饱和温度冷凝水产生闪蒸汽的质量百分比
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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相应的公式进行计算。
比如:10Bar的蒸汽主管疏水,末端对空排放,压力为0,查蒸汽表,根据以上公式得出,产生闪蒸汽的质量百分比为16.12%,若冷凝水流量为200kg/h,则会产生32kg/h的闪蒸汽,大气压下蒸汽密度为0.597kg/m3,得出此时闪蒸汽的体积流量为54m3/h。由此看出,疏水阀后产生大量闪蒸汽是正常的现象,一定要与泄漏蒸汽的现象区别开来,若产生蒸汽泄漏,则会伴随着压力喷射出来。
四、怎样区分疏水阀后是闪蒸汽还是疏水阀泄漏?
1、 关于闪蒸:是指高温冷凝水经突然降压后,会汽化成蒸汽。如疏水阀后,部分冷凝水变成闪蒸汽后,因为从100 度以上的温度突然降到大气温度,因此闪蒸汽随即被冷凝成液态的“水汽”,即我们平常看到的“白雾”,但若主管压力较高,这部分“水汽”先伴随着压力被冲出来,然后再散成一团团的白雾,至于被吹出的距离要根据闪蒸汽量的多少和主管的压力来共同决定。因为这现象与泄漏蒸汽比较类似,因此经常被很多用户误会。
2 、区别疏水阀后是正常闪蒸汽还是蒸汽泄漏:
A、若疏水阀后呈“喷射状”强劲喷出来,是一段“汽柱”,说明疏水阀有蒸汽泄漏。
B、若疏水阀后的冷凝水伴随着压力呈“淋浴花洒状”喷出,同时伴随着一团团的“白雾状”气体,这就是闪蒸汽,说明疏水阀是正常排放。如下图1-3。
3、各种疏水阀的排放情况是:
A、自由浮球疏水阀的排放是:在连续排水的同时,因为排量较大,会伴随着大量闪蒸,我们会看到“冒烟”的现象--即闪蒸汽。
B、热动力疏水阀的排放是:间断排水,而且冷凝水量较少,不排水时,基本上看不到什么汽,但是在排放的瞬间,有少量蒸汽伴随着冷凝水“喷射”出来,等水喷出来后,才感觉有少量的闪蒸汽。
C、热静力的疏水阀的排放是:因为热静力是利用温差的原理来排放的,属于定温排放,因此一定会在疏水阀前先积水,达到预先设定的温度才会排放,因此,一般排出的是过冷冷凝水,低于饱和温度,很多时候还低于100度,这样就看不到疏水阀后有闪蒸的现象,但这并不代表就节能,事实上,自由浮球疏水阀比热静力和热动力疏水阀都更为节能。