飽和蒸汽與過熱蒸汽的區(qū)別及各自應(yīng)用領(lǐng)域

1、飽和蒸汽與過熱蒸汽飽和蒸汽 是在一個大氣壓下，溫度為100度的蒸汽，溫度不能再升高；過熱蒸汽 是在幾個或幾十個大氣壓下，溫度可以生得較高的蒸汽。當(dāng)液體在有限的密閉空間中蒸發(fā)時，液體分子通過液面進(jìn)入上面空間，成為蒸汽分子。 由于蒸汽分子處于紊亂的熱運動之中，它們相互碰撞，并和容器壁以及液面發(fā)生碰撞，在和液面碰撞時，有的分子 則被液體分子所吸引，而重新返回液體中成為液體分子。開始蒸發(fā)時，進(jìn)入空間的分子數(shù)目多于返回液體中分子的 數(shù)目，隨著蒸發(fā)的繼續(xù)進(jìn)行，空間蒸汽分子的密度不斷增大，因而返回液體中的分子數(shù)目也增多。當(dāng)單位時間內(nèi)進(jìn) 入空間的分子數(shù)目與返回液體中的分子數(shù)目相等時，則蒸發(fā)與凝結(jié)處于 動平衡狀

2、態(tài)，這時雖然蒸發(fā)和凝結(jié)仍在進(jìn)行，但空間中蒸汽分子的密度不再增大，此時的狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。在飽和狀態(tài)下的液體稱為飽和液體，其蒸汽稱為干飽和蒸汽（也稱飽和蒸汽）。如果用戶是為了達(dá)到更精確的計量監(jiān)控，建議都視為過熱蒸汽，對溫度和壓力補(bǔ)償，但考慮成本問題，客戶也 可以只對溫度進(jìn)行補(bǔ)償。理想的飽和蒸汽狀態(tài)，指的是溫度、壓力及蒸汽密度三者存在一一對應(yīng)的關(guān)系，知道其中一個，其他二個值就是定數(shù)。存在這種關(guān)系的蒸汽就是飽和蒸汽，否這都可以視為過熱蒸汽進(jìn)行計量。實際中過熱蒸汽的溫度可以較高，壓力一般都相對較低（較飽和蒸汽），0.7MPa , 200 C蒸汽就是這樣，屬過熱蒸汽。水在一定的壓力下加熱，水的溫度隨著不

3、斷加熱而上升，當(dāng)水溫升高到某一溫度時，水就開始沸騰，這時候水 的溫度稱為沸騰溫度。如在繼續(xù)加熱，水溫保持不變，水即開始?xì)饣?，而逐步變?yōu)檎羝?。水在一定的壓力下的沸騰 溫度也稱為飽和溫度。這個溫度與其所受壓力大小有關(guān)，壓力愈大，則沸騰溫度也就越高；反之，壓力小，則沸騰 溫度也低。例如壓力為O.IOMPa（latm）時，其飽和溫度為 99.09 C;壓力為4.05MPa（40atm）時，其飽和溫度為 249.18 C;壓力為10.13MPa（ 100atm）時，其飽和溫度為309.53 G以上可知，水在一定壓力下，加熱至沸騰，水就開始?xì)饣?，也就逐漸變?yōu)檎羝@時蒸汽的溫度也就等于飽和溫度。這種狀態(tài)的

4、蒸汽就稱為飽和蒸汽。如果把飽和蒸 汽繼續(xù)進(jìn)行加熱，其溫度將會升高，并超過該壓力下的飽和溫度。這種超過飽和溫度的蒸汽就稱為過熱蒸汽。簡單點說，飽和蒸汽溫度和壓力成一一對應(yīng)關(guān)系，知道溫度就知道壓力，倆者知道其一就可以了。過熱蒸汽沒 這種關(guān)系。絕對壓強(qiáng)（千克/平方厘米）參數(shù)過熱蒸汽溫度（吃）400 450500550600v0.101 350.109980.118 430.126 750.134 9930h770.3799.0825.4852.4879.3s1.656 31.69461.763 71.763 71.795 5v0.074 910.081600.088 100.094 470.100

5、7540h768.4795.9823.0850.1877.4s1.620 31.65971.696 01.730 01.762 1v0.030620.034220.037 520.040 660.043 6890h746.3779.1809.4838.7867.6s1.505 91.55281.59341.630 11.664 2v0.019 510.022460.025 030.027 390.029 63130h725.3764.0797.8829.2859.7s1.44071.49621.54131.580 81.616 7v0.014040.016790.019040.021050.0

6、2292165h703.7749.6786.9820.6852.5s1.38831.45421.50421.54641.5841v0.0063 670.009 4540.0114160.0130230.014444250h623.9708.3758.0798.4834.6s1.240 71.362 41.42881.47951.5223v過熱蒸汽比容 h過熱蒸汽的焓 s過熱蒸汽的熵飽和蒸汽和過熱蒸汽飽和蒸汽把溫度升高或降低壓力得到過熱蒸汽，即為不飽和蒸汽；飽和蒸汽把溫度下降或升高壓力得到過冷蒸 汽，即為過飽和蒸汽。與上面的回答是有區(qū)別的。鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽不是過熱蒸汽，請聽我如實到來：3、鍋爐中

7、的蒸汽是在有水相存在的情況下蒸發(fā)的，蒸汽的壓力隨著蒸汽溫度的升高而增大，在這個處于氣液兩相不斷的蒸發(fā)與冷凝的動態(tài)平衡中，蒸汽始終是處于飽和狀態(tài) 的。4、過熱蒸汽與飽和蒸汽的主要區(qū)別在于：過熱蒸汽從氣相到液固兩相臨界點的冷凝過程中要釋放兩段顯熱和一 段潛熱，而飽和蒸汽只釋放一段顯熱和一段潛熱。當(dāng)液體在有限的密閉空間中蒸發(fā)時，液體分子通過液面進(jìn)入上面空間，成為蒸汽分子。由于蒸汽分子處于紊亂 的熱運動之中，它們相互碰撞，并和容器壁以及液面發(fā)生碰撞，在和液面碰撞時，有的分子則被液體分子所吸引， 而重新返回液體中成為液體分子。開始蒸發(fā)時，進(jìn)入空間的分子數(shù)目多于返回液體中分子的數(shù)目，隨著蒸發(fā)的繼續(xù) 進(jìn)行，

8、空間蒸汽分子的密度不斷增大，因而返回液體中的分子數(shù)目也增多。當(dāng)單位時間內(nèi)進(jìn)入空間的分子數(shù)目與返 回液體中的分子數(shù)目相等時，則蒸發(fā)與凝結(jié)處于動平衡狀態(tài)，這時雖然蒸發(fā)和凝結(jié)仍在進(jìn)行，但空間中蒸汽分子的 密度不再增大，此時的狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。在飽和狀態(tài)下的液體稱為飽和液體，其蒸汽稱為干飽和蒸汽（也稱飽和 蒸汽）。當(dāng)濕飽和蒸汽中的水全部汽化即成為干飽和蒸汽，此時蒸汽溫度仍為沸點溫度。 如果對于飽和蒸汽繼續(xù)加熱，使蒸汽溫度升高并超過沸點溫度，此時得到的蒸汽稱為過熱蒸汽。過熱蒸汽指已超過系統(tǒng)溫度下的飽和蒸汽壓，應(yīng)當(dāng)凝結(jié)而未凝結(jié)的蒸汽。其原因是，蒸汽開始凝結(jié)之初形成的微小液滴（新相）曲率極小，而彎曲液面上的

9、蒸汽壓與其曲率半徑成反比（由 Kelvin公式定量描述），即與微小液滴達(dá)平衡的蒸汽壓（即飽和蒸汽壓）比通常液體要大， 蒸汽的壓力對通常液體已達(dá)飽和狀態(tài)時，對微小液滴卻未達(dá)飽和狀態(tài)，因而微小液滴不能生成，系統(tǒng)以過飽和蒸汽 的形式存在，處于介穩(wěn)狀態(tài)。從化學(xué)勢或自由能的角度看，過飽和蒸汽的化學(xué)勢（或自由能）大于通常情況下該液體的化學(xué)勢（或自由能），應(yīng)該有自發(fā)凝結(jié)的趨勢，但由于其化學(xué)勢（或自由能）小于微小液滴，故不能凝結(jié)。如果在過飽和蒸汽中加入水霧 或固體顆粒，使新相開始生成時即有較大的曲率半徑，則過飽和蒸汽將迅速凝結(jié)，介穩(wěn)狀態(tài)立刻破壞。這就是人工降雨的原理。鍋爐中的蒸汽是在有水相存在的情況下蒸發(fā)的，

10、蒸汽的壓力隨著蒸汽溫度的升高而增大。在這個處于氣液兩相 不斷的蒸發(fā)與冷凝的動態(tài)平衡中，蒸汽始終是處于飽和狀態(tài)的。過熱蒸汽與飽和蒸汽的應(yīng)用領(lǐng)域一般來說，過熱蒸汽與飽和蒸汽的應(yīng)用領(lǐng)域不一樣：過熱蒸汽一般用在管道輸送，這樣的話基本上沒有冷凝水減少熱損失，還有一個最重要的應(yīng)用就是發(fā)電，推動汽輪機(jī)。飽和蒸汽一般用在換熱器換熱，如果用過熱蒸汽換熱， 一般對設(shè)備的材質(zhì)也會有特殊要求的。當(dāng)濕飽和蒸汽中的水全部汽化即成為干飽和蒸汽，此時蒸汽溫度仍為沸點溫度。如果對于飽和蒸汽繼續(xù)加熱， 使蒸汽溫度升高并超過沸點溫度，此時得到的蒸汽稱為過熱蒸汽。在熱電行業(yè)的鍋爐產(chǎn)生的蒸汽就是過熱蒸汽，過熱蒸汽不含有水分，因為蒸汽要

11、推動汽輪機(jī)的葉片轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生 動力帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。如果蒸汽中含有水分，就會在高速運轉(zhuǎn)中打壞葉片，造成事故，這是不允許的，所以過熱蒸汽一定不能有水分。有了水分的蒸汽，只能叫做飽和蒸汽。水和水蒸汽存在著一種平衡關(guān)系，一定溫度水得對應(yīng)一定壓力的水蒸汽，此溫度就是該壓力下水的飽和溫度。 一定壓力的蒸汽對應(yīng)一定溫度的水，此壓力就是該溫度下水的飽和蒸汽壓，飽和蒸汽壓力與溫度總是存在對應(yīng)的關(guān)系。當(dāng)蒸汽的溫度超過該蒸汽壓力對應(yīng)的飽和溫度時，此蒸汽就時過熱蒸汽。在用途上二者也有很大區(qū)別：除伴熱、加溫用汽外，如汽提、塔注汽，為避免蒸汽帶水一般使用過熱氣。蒸汽的溫度主要與自身壓力有關(guān)，壓力越高，溫度越高。蒸汽的溫度與

12、過熱度關(guān)系并不密切，沒有必然關(guān)系。過熱蒸汽的定義：當(dāng)濕蒸汽中的水全部汽化即成為飽和蒸汽，此時蒸汽溫度仍為沸點溫度。如果對于飽和蒸汽 繼續(xù)加熱，使蒸汽溫度升高并超過沸點溫度，此時得到的蒸汽稱為過熱蒸汽。過熱蒸汽的應(yīng)用： 過熱蒸汽有其本身的應(yīng)用領(lǐng)域，如用在發(fā)電機(jī)組的透平，通過噴嘴至電機(jī)，推動電機(jī)轉(zhuǎn)動。 但是過熱蒸汽很少用于工業(yè)制程的熱量傳遞過程，這是因為過熱蒸汽在冷凝釋放蒸發(fā)焓之前必須先冷卻到飽和溫度，很顯然，與飽和蒸汽的蒸發(fā)焓相比，過熱蒸汽冷卻到飽和溫度釋放的熱量是很小的，從而會降低工藝制程設(shè)備的性蒸汽品質(zhì)蒸汽到達(dá)用汽點應(yīng)該具有以下品質(zhì)： 正確的蒸汽量； 正確的壓力和溫度； 沒有空氣和其它不凝性

13、氣體； 干凈； 干燥。正確的蒸汽量 對于任何一個加熱制程必須提供正確的蒸汽量以確保能提供足夠的熱量。同樣，正確的蒸汽量能避免產(chǎn)品損壞 或生產(chǎn)率的下降。為了得到所需的蒸汽量，蒸汽負(fù)荷必須正確計算、蒸汽管道必須選型正確。正確的壓力和溫度 蒸汽到達(dá)用汽點壓力應(yīng)該達(dá)到需要的值，從而為制程提供合適的溫度，否則制程的性能將受到影響。正確選擇 管道和附件口徑能確保做到這一點。如果蒸汽中含有空氣和 / 或其它不凝性氣體，雖然壓力表顯示了正確的壓力， 但壓力所對應(yīng)的飽和溫度卻無法達(dá)到?？諝夂推渌荒詺怏w 蒸汽管道和設(shè)備起動時會有空氣，即使在最后時刻系統(tǒng)中充滿了純蒸汽，但系統(tǒng)停機(jī)時蒸汽會冷凝，隨之產(chǎn)生 的真空會

14、吸入空氣。當(dāng)蒸汽進(jìn)入系統(tǒng)時，它會推動空氣到達(dá)排放點或離蒸汽進(jìn)口的最遠(yuǎn)端。因此在排放點安裝的疏 水閥應(yīng)該具有足夠的排空氣能力，在管道的最遠(yuǎn)端應(yīng)該安裝自動排空氣閥。但是，系統(tǒng)內(nèi)存在的湍流會混合蒸汽和 空氣，空氣被蒸汽一起攜帶到換熱表面?？諝鈺埩粼趽Q熱表面形成絕熱層成為傳熱的熱阻。蒸汽和空氣混合物 對于蒸汽和空氣混合物，由于空氣的存在會使蒸汽的溫度比實際的飽和溫度低?；旌蠚怏w的總壓力是各混合氣 體的分壓力之和，這稱為 道爾頓分壓定理 。分壓力為每個組分充滿整個混合氣體空間所產(chǎn)生的壓力。注：這是一種 熱力關(guān)系，所有的壓力必須用絕對壓力表示bar a。例假定蒸汽和空氣的混合物，蒸汽占總體積的3/4,空

15、氣占1/4,總的壓力為4 bar a。決定混合物溫度的壓力為：3 - x 4 bar a = 3 bar a 4，因此，雖然壓力表顯示的壓力為4 bar a而實際蒸汽的有效壓力為 3 bar a，混合物的溫度只有134 C,而不是所期望的144 C的飽和溫度。這種現(xiàn)象不僅對換熱應(yīng)用（隨溫差的增大換熱率會增大），而且對那些需要保證最低溫度以確保物理或化學(xué)變化的制程都很重要。例如,對于殺菌罐為了殺死細(xì)菌,必須保證最 低的滅菌溫度,如果有空氣存在,蒸汽就無源達(dá)到要求的溫度。蒸汽和冷凝水系統(tǒng)的其它空氣來源 空氣也可能溶解在鍋爐補(bǔ)給水和冷凝水（暴露在空氣中吸收空氣中的氮氣、氧氣和二氧化碳等）中而進(jìn)入系統(tǒng)

16、。當(dāng)水在鍋爐中被加熱, 這些氣體會釋放出來并隨蒸汽進(jìn)入分配系統(tǒng)。 大氣中含有 78% 氮氣、21%的氧氣和 0.03% 二 氧化碳,氧氣的溶解性大約是氮氣的 2 倍,而二氧化碳的溶解性大約比氧氣大 30倍。這表示溶解在鍋爐給水中的 “空 氣”含有很大比例的二氧化碳和氧氣,這兩種物質(zhì)會引起鍋爐和管道的腐蝕。這些可溶氣體在水中的溶解度隨溫度的上升而下降。因此通常 給水箱的溫度應(yīng)不低于 80C，這樣空氣和二氧化碳能析出。通過對補(bǔ)給水的除鹽和除氣處理也可以使溶解的二氧化碳濃度降到最低 。 水中的溶解氣體的濃度由亨利定律決定 ,其描述為對于給定液體, 氣體 溶解量大小和氣體的分壓力成正比 。這只有在恒定

17、的溫度和氣體不與液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)情況下才適用。蒸汽的清潔度 管道上污垢層的形成可能是由于老的蒸汽系統(tǒng)內(nèi)鐵銹或硬水中的碳酸鹽沉積物而形成。蒸汽系統(tǒng)中可能會有其 它類型的雜質(zhì),例如管道安裝后殘留的焊渣、使用不當(dāng)或過剩的連接材料。這些雜質(zhì)將會增加彎管疏水閥及其它閥 門的磨損?；谶@個原因,安裝管道過濾器是通常使用的有效方法。它應(yīng)該在所有的疏水閥、流量計、減壓閥和控 制閥的上游安裝換熱器的表面也可能產(chǎn)生污垢層,引起額外的傳熱熱阻。以下兩點是造成污垢層的主要原因：鍋爐運行不當(dāng)，雜質(zhì)隨汽水?dāng)y帶進(jìn)入系統(tǒng)鍋爐房水處理不當(dāng)。如果能改進(jìn)鍋爐運行和消除蒸汽中的水分， 污垢層的積聚會大大減少。蒸汽的干度 不正確的鍋爐

18、水處理和短時間的峰值負(fù)荷會引起汽水共騰,鍋爐水會被攜帶進(jìn)入蒸汽主管,引起化學(xué) 物質(zhì)和其它雜質(zhì)沉積在換熱器表面。隨著時間的推移,沉積物不斷積聚,工廠的效率將逐漸降低。除此以外,蒸汽 離開鍋爐,由于管道的散熱損失,部分蒸汽會冷凝。即使管道的保溫再好,該過程也無法完全避免?；谝陨线@些 原因,蒸汽到達(dá)用汽點會相對較濕。由于蒸汽中水分的存在降低了蒸汽的蒸發(fā)焓,同時也導(dǎo)致在管道和換熱設(shè)備表 面污垢的形成。蒸汽中包含的水分會增加蒸汽冷凝時形成的冷凝水膜,產(chǎn)生額外的傳熱熱阻。蒸汽管道的汽水分離 器將分離并排除包含在蒸汽中和沉積在管道底部的冷凝水。在下圖中, 當(dāng)蒸汽通過汽水分離器將改變幾次流動方向, 擋板對較重的水滴產(chǎn)生阻礙而較輕的蒸汽能自由通過，水分將沿?fù)醢辶飨蚱蛛x器底部并通過 疏水閥 排出。 疏水 閥可以排放冷凝水而不會泄漏蒸汽 。水錘水彈的形成 由于管道的散熱損失蒸汽冷凝成水，冷凝水在管道的內(nèi)壁形成水滴。水滴被蒸汽流吹掃形成水膜。由于重力作 用，冷凝水會流向管道底部，水膜的厚度不斷增加。沿著蒸汽管道流動的冷凝水滴不斷積累最終會形成水彈，水彈 以蒸汽的流速在管道中運動( 25-30m/s )。這種水彈密度高、不可壓縮，當(dāng)高速運動