流程设计

作为优化基准的蒸汽质量

这篇客座文章是由工程团队发表在-Inveno工程

什么是蒸汽质量?

蒸汽质量是指饱和的饱和冷凝物(液体)/蒸汽(蒸汽)混合物中的蒸汽(蒸汽)。蒸汽质量值为0表示100%液体(凝结水),蒸汽质量值为100表示100%蒸汽。一磅含95%蒸汽和5%液体夹带的蒸汽质量为0.95。

获得蒸汽质量测量所需的测量是温度、压力和夹带液体含量。高比例(88%或更多)的工业蒸汽系统在工艺应用中使用饱和蒸汽。饱和蒸汽(指能量饱和的蒸汽)完全是气态的,不含液体。

锅炉运行使用来自燃料源的化学能,将能量传递给锅炉水。在锅炉内部,液体从燃烧过程中获得能量,并转变为饱和蒸汽。水在A点进入锅炉,水获得显能(hf)到B点。状态的变化在图1中被引用为B点。当饱和蒸汽从锅炉燃烧过程中获得更多能量时,蒸汽达到高质量(从左向右移动),如B点到C点所示。蒸汽从C点到D点获得的能量增加会导致蒸汽过热。

在饱和蒸汽中,温度与压力成正比关系。这意味着随着温度的升高,压强也会升高。如图1中的恒压线所示,更显能(hf)是水从A点到B点并变成蒸汽所必需的。

图1所示。焓和温度的关系

当蒸汽进入这个过程时,能量水平从右到左,因为这个过程从蒸汽中吸收能量。

蒸汽质量的重要性

今天的热传导、控制和标准制造技术都致力于改进和向市场提供最高质量的产品。为了达到最高的质量,最终产品的每个制造部件都要反复检查并测量其质量。这确保了它符合制造商和消费者的期望。

蒸汽是生产最终产品的关键部分;因此,在当今的生产设备中,蒸汽质量应该是生产产品的主要衡量指标之一。所有传热元件(壳/管,板/框,板/盘管,示线等)的性能计算均以100%蒸汽质量为基础,除非最终用户告知制造商蒸汽质量低于100%。

不幸的是,蒸汽质量通常没有得到密切监控,通常被认为是100%。因此,由于蒸汽质量差而产生的问题被归咎于系统中的其他项目。根据SEA提供的现场文件,大部分蒸汽系统的运行低于可接受的蒸汽质量水平。

如果蒸汽质量低怎么办

低蒸汽质量从多方面影响蒸汽系统的运行。这里有四个:

  1. 降低传热效率:蒸汽质量低的主要问题是对传热设备和工艺的影响。在某些情况下,低蒸汽质量会使传热效率降低65%以上。蒸汽中夹带的液体具有显能(估计为16%,随压力变化),其能量明显低于蒸汽的潜能(94%)。因此,输送到蒸汽工艺设备的可用能量较少。乐动安卓此外,额外的液体(低蒸汽质量)在热交换器的湿表面收集,导致额外的液体积聚,这降低了蒸汽的潜在能量转移到产品的能力。
  2. 阀门过早失败:液体通过蒸汽控制阀会腐蚀阀门内部,导致过早失效。
  3. 汽轮机内部部件故障:在饱和汽轮机运行中,随着蒸汽引入的液体将减少内部部件的预期寿命。
  4. 水锤:蒸汽系统通常不设计用于容纳蒸汽中额外的液体。额外的液体会造成水锤发生的机会。水锤存在安全风险,可能导致蒸汽系统过早失效。

如何测量蒸汽质量

蒸汽质量的真实测量可以从节流量热计的使用和Ganapathy的蒸汽装置的计算中得到。不幸的是,大多数工业工厂没有奢侈或能力进行测试。

另一种测量蒸汽质量的方法是依靠蒸汽的基本原理。饱和蒸汽是一种干燥的看不见的气体,只有在夹带空气或液体时才可见。因此,打开蒸汽阀门,让蒸汽释放到大气中,就可以估算系统中的蒸汽质量。

可接受的阀杆质量示例

图2显示了可接受的蒸汽质量。阀门通过管道的排放几乎是看不见的。

图2.可接受的蒸汽质量

图3显示了从阀门排出的蒸汽管路非常清晰,液体随蒸汽蒸汽排出。该工艺的蒸汽质量是不可接受的。

图3。不可接受的蒸汽质量

图4显示了从阀门排出的蒸汽管线非常明显,液体与蒸汽一起排出。该工艺不接受蒸汽质量。

图4。不可接受的蒸汽质量

量热计

用来测定蒸汽中水分含量的仪器叫量热计。然而,由于它可能无法测量蒸汽中的热量,因此名称不能描述该仪器的功能。最初使用的名称是“桶形量热计”,但由于误差太大,因此放弃了使用。

现代量热计一般不是节流式就是分离器式。

节流量热计

图5显示了节流量热计的典型形式。蒸汽通过取样接头从垂直主管道抽出。然后它通过两个凸缘之间的磁盘上的⅛”小孔,绕过第一个温度计杯,进入大气。

图5。节流量热计

仪器及连接仪器的所有管道和配件应完全绝缘,以减少辐射损失。必须小心防止孔口被腐蚀材料堵塞。排泄管道应该很短,以防止在阀瓣以下产生反压力。

当蒸汽从一个较高的压力通过一个孔口到一个较低的压力,就像节流量热计的情况一样,在克服阻力时不需要做任何外部功。因此,在没有辐射损失的情况下,蒸汽通过孔板后的热量与通过孔板前的热量完全相同。

如果较高的蒸汽压力为160 psig,较低的压力为大气压力,则前一压力下一磅干蒸汽的总热量为1195.9 Btu/lb,排放压力下的总热量为1150.4 Btu/lb,差值为45.4 Btu/lb,因为此热量/能量仍将存在于较低压力下的蒸汽中,由于没有做外部功,其作用必然是使蒸汽过热。

假设过热蒸汽的比热为0.47,则每一磅经过的蒸汽都会被过热45.40.47= 96.6°.

然而,如果蒸汽中含有1%的水分,它每磅所含的热量就会比干燥时少。因为160 psig蒸汽的潜热是852.8 Btu/lb。,由此可知,1%的水分需要8.5 Btu/lb。蒸发,只剩下45.4 - 8.5 = 36.9 Btu/lb。用于过热;因此,过热将是36.90.47= 78.5°,干蒸汽为96.6°。用类似的方法,可以确定其他百分比水分的过热度。节流量热计的作用是基于上述事实,如下所示。

H=入口蒸汽压力下一磅蒸汽的总热量
L =蒸汽在进口压力下的潜热
h=蒸汽通过孔板后减压时的总热量
t1=减压时的饱和蒸汽温度
t2=蒸汽通过阀板孔膨胀后的温度
0.47 =饱和蒸汽在大气压力下的比热
x蒸汽中水分的重量比例

蒸汽在锅炉压力下和通过节流孔后的Btu/lb.差值是蒸发水分和过热蒸汽的可用热量。因此,

H - H = xL + 0.47 (t2–t1

x=H–H–0.47(t2–t1) / L

几乎总是把较低的气压当作大气压。在这种情况下,h=1150.4和t1= 212°F。

用在大气压力下的过热蒸汽比热值为0.47,可能会产生一个轻微的误差。然而,这个值非常接近正确,使用它产生的任何误差都可以忽略不计。

紧凑的节流量热计

节流式热量计有很多种形式,它们的工作原理都是一样的。该量热计由两个同心金属圆筒组成,用螺钉固定在装有温度计套管的盖子上。蒸汽压力由放置在供应管或其他方便位置的仪表测量。蒸汽通过节流孔一个然后膨胀到大气压,在大气压下它的温度可以用放在杯子里的温度计测量出来C.为了尽可能地防止辐射损失,两个气缸之间的环形空间被用作夹套,蒸汽通过这个孔供应到这个空间B

节流量热计工作的湿度限值是,在海平面上,50磅计压下的湿度为2.88%,250磅计压下的湿度为7.17%。

分离量热计

分离式热量计以机械方式将夹带的水从蒸汽中分离出来,并将其收集到储液罐中,储液罐中的水量由玻璃液位计指示,或者将其排出并称重。图6显示了这种类型的热量计。

图6。分离量热计

蒸汽通过已知尺寸的孔口流出量热仪,以便计算其总量或对其进行称重。这种类型的量热仪通常配有一个压力表,显示其内腔中的压力和给定时间段内的蒸汽流量,后一个刻度通过试验进行刻度。

该仪器与节流式热量计一样,应具有良好的绝缘性,以防止辐射损失。

蒸汽减压阀:蒸汽质量检测

蒸汽减压阀的工作原理与节流量热计相同。一个典型的蒸汽减压站的安装,通过增加上游和下游的压力测量和下游的温度测量,提供了连续的在线“量热计”。

图7。减压阀:热量计

如何确保高蒸汽质量

采取以下六个步骤将确保高蒸汽质量:

  1. 绝缘蒸汽管线和部件。
  2. 建立适当的蒸汽管道滴水段疏水阀站。
  3. 制定适当的启动程序。
  4. 实施积极主动的锅炉化学品计划。
  5. 实施积极主动的蒸汽系统管理计划。
  6. 如果需要,安装蒸汽分离器(机械粘合设计)。
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