如何定义高品质蒸汽？

蒸汽是有品质要求的，这点经常会被很多人忽视。事实上，提高设备效率的基础就是提高蒸汽的品质。蒸汽品质不好，可能会造成设备加热效果下降、产品出现废品及水锤等问题。


在蒸汽到达用汽点时，应从以下5个方面判定蒸汽的品质是否达标：
正确的蒸汽量
正确的压力和温度
空气和其它不凝性气体
蒸汽的清洁度
蒸汽的干度


一、正确的蒸汽量
对于任何一个加热制程必须提供正确的蒸汽量以确保能提供足够的热量。同样，正确的蒸汽量能避免产品损坏或生产率的下降。为了得到所需的蒸汽量，蒸汽负荷必须正确计算、蒸汽管道必须选型正确。
二、正确的压力和温度
蒸汽到达用汽点压力应该达到需要的值，从而为制程提供合适的温度，否则制程的性能将受到影响。正确选择管道和附件口径能确保做到这一点。这里需要提到的是，如果蒸汽中含有空气或其它不凝性气体，虽然压力表显示了正确的压力，但压力所对应的饱和温度却无法达到。
三、空气和其他不凝气体
蒸汽管道和设备起动时会有空气，即使在最后时刻系统中充满了纯蒸汽，但系统停机时蒸汽会冷凝，随之产生的真空会吸入空气。另外，空气也可能溶解在锅炉补给水和冷凝水（暴露在空气中吸收空气中的氮气、氧气和二氧化碳等）中而进入系统。当水在锅炉中被加热，这些气体会释放出来并随蒸汽进入分配系统。

当蒸汽进入系统时，它会推动空气到达排放点或离蒸汽进口的最远端。因此在排放点安装的疏水阀应该具有足够的排空气能力，在管道的最远端应该安装自动排空气阀。但是，系统内存在的湍流会混合蒸汽和空气，空气被蒸汽一起携带到换热表面。蒸汽冷凝后，空气会残留在换热表面形成绝热层，成为传热的热阻。


根据道尔顿分压定理，对于蒸汽和空气混合物，由于空气的存在会使蒸汽的温度比实际的饱和温度低。混合气体的总压力是各混合气体的分压力之和，分压力为每个组分充满整个混合气体空间所产生的压力。假定蒸汽和空气的混合物，蒸汽占总体积的3/4，空气占1/4，总的压力为 4 barg。决定混合物温度的压力为3/4*4 bar g = 3 bar g。因此，虽然压力表显示的压力为4 bar a而实际蒸汽的有效压力为3 bar a，混合物的温度只有134℃，而不是所期望的144℃的饱和温度。

这种现象不仅对换热应用（随温差的增大换热率会增大），而且对那些需要保证最低温度以确保物理或化学变化的制程都很重要。例如，对于杀菌罐为了杀死细菌，必须保证最低的灭菌温度，如果有空气存在，蒸汽就无法达到要求的温度。
四、蒸汽的清洁度
管道上污垢层的形成可能是由于老的蒸汽系统内铁锈或硬水中的碳酸盐沉积物而形成。同时，斯派莎克锅炉水处理或锅炉运行不当，杂质随汽水携带进入蒸汽系统。当蒸汽冷凝后，换热器表面可能产生污垢层，引起额外的传热热阻。
蒸汽系统中可能会有其它类型的杂质，例如管道安装后残留的焊渣、使用不当或过剩的连接材料。这些杂质将会增加弯管疏水阀及其它阀门的磨损。

基于这个原因，安装管道过滤器是通常使用的有效方法，如图三所示。应该在所有的疏水阀、流量计、减压阀和控制阀的上游安装。在蒸汽系统中，推荐使用100目过滤器，而且要侧装。这样可以避免冷凝水的积聚而造成水锤问题，而且可以最大程度的使用过滤网的面积。

上图： 过滤器
五、蒸汽的干度
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，引起化学物质和其它杂质沉积在换热器表面。随着时间的推移，沉积物不断积聚，工厂的效率将逐渐降低。除此以外，蒸汽离开锅炉，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，该过程也无法完全避免。
基于以上这些原因，蒸汽达到用汽点会相对较湿。 由于蒸汽中水分的存在降低了蒸汽的蒸发焓，同时也导致在管道和换热设备表面污垢的形成。蒸汽中包含的水分会增加蒸汽冷凝时形成的冷凝水膜，产生额外的传热热阻。
蒸汽管道的斯派莎克汽水分离器将分离并排除包含在蒸汽中和沉积在管道底部的冷凝水。在图四中，当蒸汽通过汽水分离器将改变几次流动方向，挡板对较重的水滴产生阻碍而较轻的蒸汽能自由通过，水分将沿挡板流向汽水分离器底部并通过疏水阀排出。

上图：斯派莎克汽水分离器

事实证明，高品质的蒸汽不但是制程高效换热的基础；而且完善的设计也有利于整个蒸汽系统安全稳定的运行。因此，高品质蒸汽是蒸汽系统所必须的！