- Від теорії ближче до практики А. А. Філоненко, директор ЧТСУП «Стим-систем» Незважаючи на позитивні...
- Насичений пар
- перегрітий пар
- література
Від теорії ближче до практики
А. А. Філоненко, директор ЧТСУП «Стим-систем»
Незважаючи на позитивні результати роботи з підвищення ефективності використання енергоресурсів, відбиті в значному зниженні питомої витрати енергії як в цілому по республіці, так і на окремих підприємствах, проблема енергозбереження зберігає свою гостроту, при цьому стає більш актуальною і складніше. У міру реалізації маловитратних і короткострокових проектів значно збільшилися питомі витрати на економію енергії при збереженні дефіциту інвестиційних ресурсів. Посилюється законодавство в сфері енергозбереження: невиконання показників загрожує не тільки позбавленням премії деяких керівників, а й оплатою підприємством споживання електроенергії та газу понад встановлені величин за подвійним тарифом.
Водяна пара - дуже зручний і ефективний теплоносій. Його досить просто зробити, легко транспортувати, контролювати параметри, управляти ними і, нарешті, використовувати що міститься в ньому енергію. Завдяки таким характеристикам і величезному досвіду застосування в системах теплопостачання та безлічі найрізноманітніших технологічних процесів пар з давніх пір широко використовується на промислових підприємствах.
Різноманітність застосувань і величезні обсяги споживання пара ставлять ефективність його використання в ряд найважливіших завдань енергозбереження. Наведення порядку в Пароконденсатне господарстві може забезпечити зниження споживання енергії, порівнянне за результатами з виконанням великих енергозберігаючих заходів. При цьому з матеріальних витрат підвищення ефективності використання пара незрівнянно мало в порівнянні з реалізацією великих проектів, яка триває місяці, а то й роки. Крім того, заходи, пов'язані з парою, можуть виконуватися поетапно і тим самим забезпечити можливість енергетикам регулювати показники на нетривалих проміжках часу.
Як показують результати проведення енергоаудитів і досвід спілкування з персоналом, обслуговуючим пароконденсатне господарство, має місце явний недолік практичних знань навіть у досвідчених працівників енергослужб промислових підприємств. У зв'язку з цим в журналі буде опублікований цикл статей, орієнтований на технічну підтримку фахівців, пов'язаних з проектуванням і експлуатацією паросилового господарства.
Пар. Основні поняття
Що таке водяна пара, яким він буває і якими основними властивостями володіє.
Водяна пара - це газ, що отримується в процесі випаровування води. Властивості пара відрізняються від властивостей ідеального газу і не описуються газовими законами. Формули для розрахунку параметрів пара [1] складні і громіздкі для щоденного застосування, тому простіше користуватися таблицями властивостей пари і води, наприклад, з [1]. Нижче наведено скорочений варіант такої таблиці.
Таблиця. Властивості насиченої пари
абсолютна
тиск, барТемпература
пара, ° СПитома обсяг
пара, м3 / кгЩільність, кг / м3Ентальпія кіпя-
щей рідини,
ккал / кгПрихована теплота
парообразова-
ня, ккал / кгЕнтальпія наси-
щенного пара,
ккал / кгPtVYiri"0,010
7,0 129,20 0,007739 7,0 593,5 600,5 0,020 17,5 67,01 0,01492 17,5 587,6 605,1 0,030 24,1 45,67 0,02190 24,1 583,9 608,0 0,040 29,0 34,80 0,02873 28,9 581,2 610,1 0,050 32,9 28,19 0,03547 32,9 578,9 611,8 0,060 36,2 23,47 0,04212 36,2 577,0 613,2 0,070 39,0 20,53 0,04871 39,0 575,5 614,5 0,080 41,5 18, 10 0,05523 41,5 574,0 615,5 0,090 43,8 16,20 0,06171 43,7 572,8 616,5 0,10 45,8 14,67 0,06814 45,8 571,8 617,6 0,20 60,1 7,650 0,1307 60,1 563,3 623,4 0,301 69,1 5,229 0,1912 69,1 558,0 627, 0,40 75,9 3,993 0,2504 75, 8 554,0 629,8 0,50 81,3 3,240 0,3086 81,3 550,7 632,0 0,60 86,0 2,732 0,3661 85,9 547,9 633,8 0,70 90, 0 2,365 0,4229 89,9 545,5 635,4 0,80 93,5 2,087 0,4792 93,5 543,2 636,7 0,90 96,7 1,869 0,5350 96,7 541,2 637 , 9 1,00 99,6 1,694 0,5904 99,7 539,3 639,0 1,5 111,4 1,159 0,8628 111,5 531,8 643,3 2,0 120,2 0,8854 1,129 120,5 525,9 646,4 2,5 127,4 0,7184 1,392 127,8 521,0 648,8 3,0 133,5 0,6056 1,651 134,1 516,7 650,8 3,5 138,9 0,5240 1,908 139,5 512,9 652,4 4,0 143,6 0,4622 2,163 144,4 509,5 653,9 4,5 147,9 0,4138 2,417 148,8 506,3 655,1 5,0 151,8 0,3747 2,669 152,8 503,4 656,2 6,0 158,8 0,3155 3,170 160,1 498,0 658,1 7,0 164,9 0,2727 3,667 166,4 493,3 659, 7 8,0 170,4 0,2403 4,162 172,2 488,8 661,0 9,0 175,4 0,2148 4,655 177,3 484,8 662,1 10 179,9 0,1943 5,147 182,1 481,0 663,1 11 184,1 0,1774 5,637 186,5 477,4 663,9 12 188,0 0,1632 6,127 190,7 473,9 664,6 13 191,6 0,1511 6,617 194, 5 470,8 665,3 14 195,0 0,1407 7,106 198,2 467,7 665,9 15 198,3 0,1317 7,596 201,7 464,7 666,4 16 201,4 0,1237 8,085 205 , 1 461,7 666,8 17 204,3 0,1166 8,575 208,2 459,0 667,2 18 207,1 0,1103 9,065 211,2 456,3 667,5 19 209,8 0,1047 9,555 214,2 453,6 667,8 20 212,4 0,09954 10,05 217,0 451,1 668,1 25 223,9 0,07991 12,51 229,7 439,3 669,0 30 233, 8 0,06663 15,01 240,8 428,5 669,3 40 250,3 0,04975 20,10 259,7 409,1 668,8 50 263,9 0,03943 25,36 275,7 391, 7 667,4 60 275,6 0,03244 30,83 289,8 375,4 665,2 70 285,8 0,02737 36,53 302,7 359,7 662,4 80 295,0 0,02 353 42,51 314,6 344,6 659,2 90 303,3 0,02050 48,79 325,7 329,8 655,5 100 311,0 0,01804 55,43 336,3 315,2 651, 5 110 318,1 0,01601 62,48 346,5 300,6 647,1 120 324,7 0,01428 70,01 356,3 286,0 642,3 130 330,8 0,01280 78,14 365 , 9 271,1 637,0 140 336,6 0,01150 86,99 375,4 255,7 631,1 150 342,1 0,01034 96,71 384,7 239,9 624,6 200 365,7 0,005877 170,2 436,2 141,4 577,6
Абсолютна (справжнє або повне) тиск - це тиск, виміряний відносно повного вакууму. Манометричний тиск - тиск, виміряний відносно атмосферного тиску. Отже, значення абсолютного тиску більше манометричного на 0,1 МПа.
1 ккал = 4,186 кДж; 1 кДж = 0,24 ккал; 1 бар = 0,102 МПа
Насичений пар
Насиченим називають пар, який утворився в процесі кипіння і знаходиться в динамічній рівновазі з рідиною. Як випливає з таблиці, при підвищенні тиску зростає температура фазового переходу рідини в пар. Пар, параметри якого знаходяться на цій кривій насичення, і називається насиченою парою.
Розглянемо, якими властивостями він володіє і що означають параметри, наведені в таблиці. Тиск і температура вже згадувалися. Питома обсяг пара - це обсяг в метрах кубічних, який займає 1 кг насиченої пари при певному тиску. Знання питомої обсягу пара необхідно при розрахунку швидкостей руху пара по трубопроводах, обсягів, які буде займати вторинний пар в ресіверах і розширювальних баках, і т. Д. (Детально про це в наступних статтях).
Ентальпія окропу - це повна теплота, якою володіє кипляча вода. Для нагріву 1 кг води на 1 ° С потрібно 1 ккал теплової енергії. Ентальпія окропу відображає, скільки теплоти міститься в одному її кілограмі. Щоб перетворити воду в пар, треба затратити додаткову енергію, наприклад, для 1 кг окропу при атмосферному тиску потрібно 539,3 ккал теплоти. Вся теплота, яка була витрачена на на нагрів води і перетворення її в пару, називається ентальпії насиченої пари. Вона як би акумулюється в отриманому парі і буде віддаватися при його конденсації і охолодження конденсату.
При конденсації пар виділяє ту теплоту, яка була витрачена на випаровування киплячої води. Кількість цієї теплоти являє собою різницю ентальпій насиченої пари і киплячої води і називається прихованою теплотою паротворення. Зверніть увагу, що якщо з ростом тиску температура насиченої пари зростає, то прихована теплота пароутворення (тобто ефективна теплота пара) знижується.
перегрітий пар
Якщо отриманий насичений пар нагрівати далі (наприклад, в пароперегрівачі котла), то ми отримаємо перегрітий пар. Ентальпія перегрітої пари буде вище ентальпії насиченого. При перегрів пара буде також збільшуватися його питомий об'єм. Це властивість перегрітої пари використовується в парових машинах, щоб знизити витрату води і палива.
Якими властивостями володіє перегрітий пар? При охолодженні він не конденсується. Конденсація починається тільки після того, як перегрітий пар досягне температури насичення (див. Таблицю). При цьому теплообмін між перегрітою парою і стінкою теплообмінника або трубопроводу відбувається гірше, ніж у випадку з насиченою парою. Це властивість перегрітої пари говорить про те, що його використання при транспортуванні, особливо на далекі відстані, ефективніше, так як в трубопроводі буде утворюватися конденсат пари, яка може викликати гідроудари, корозію труб і запірної арматури (детально про проблеми, які може викликати конденсат , в наступних статтях). Природно, що для роботи в теплообміннику (де потрібно максимально ефективно відібрати теплоту, що міститься в парі) краще насичена пара, що краще віддає теплоту. Виняток становлять випадки, коли потрібні високі температури теплообмінника, при яких використання насиченої пари вимагає дуже високого тиску і, отже, більш складної і дорогої конструкції теплообмінного апарату.
Слід також розглянути таке поняття, як критична температура. Припустимо, є пар з тиском 3 кг / см2 абс і температурою 137 ° С. При таких параметрах пар є перегрітою. Як видно з таблиці, якщо при тій же температурі підвищити тиск до 4 кг / см2 абс, то пар сконденсіруется. Якщо ж перегріти пар до температури 374 ° С, то пара не буде конденсуватися ні при якому тиску. Така температура і називається критичною.
Часто згадується поняття «вологий» пар. Іноді в нього вкладають різний зміст. Доводилося чути, як вологим називали насичений пар. Це не вірно. Правильно говорити про сухому насиченому парі і вологій парі, тобто про парі з якою-небудь мірою вологості. Вологість пара визначається як відношення міститься в насиченому парі крапельної рідини до загальної кількості суміші фаз:
де Gf - маса рідкої фази, Gs - маса сухого пара.
Аналогічно визначається сухість пара:
Очевидно, що вологість і сухість пара можуть набувати значень від 0 до 1. У розширеному розумінні сухість пара, або паровміст рідинно-парової суміші, можна визначити через ентальпії середовища i, насиченою рідини i 'і сухого насиченої пари i "як:
Ця величина може бути як негативною (для недогріти до кипіння води), так і більше одиниці (для перегрітої пари).
Мал. 1. Залежність ентальпії пари від ступеня сухості (х) (ентропія - це скорочення доступної енергії речовини в результаті передачі енергії. В рамках даної статті зміст поняття ентропії не так важливий.)
Як випливає з рис. 1, теплосодержание (ентальпія) вологої пари буде тим менше, чим менше його сухість. Відповідно, щоб максимально ефективно використовувати пар в теплообмінниках, слід використовувати пар з мінімальною вологістю. Її можна знизити, використовуючи циклонні сепаратори або дроселювання (детально про це в наступних статтях).
Ще одна особливість пара, що використовується на промислових підприємствах. У ньому може міститися повітря або інші Неконденсовані гази. Їх присутність знижує температуру пара і, що ще більш шкідливо, погіршує тепловіддачу від пара стінок теплообмінника (рис. 2). Повітря, володіючи хорошими теплоізоляційними властивостями, в певних умовах може утворювати плівки на поверхні стінки теплообмінника, значно погіршують тепловіддачу.
Мал. 2. Залежність температури насиченої пари від тиску і вмісту кисню
Вуглекислий газ (CO2), що міститься в парі, може розчинитися в конденсаті, утворюючи вугільну кислоту, яка приведе до корозії стінок трубопроводів, теплообмінників і запірної арматури. Отже, повітря і Неконденсовані гази потрібно своєчасно видаляти з пара.
література
М.П. Вукаловіч. Термодинамічні властивості води і водяної пари. Державне науково-технічне видавництво машинобудівної літератури «Машгиз». - М., 1955.
Довідки та консультації:
ЧТСУП "Стим-систем"
Якими властивостями володіє перегрітий пар?