Таблица давления насыщенного пара при температуре влажного термометра

Что такое насыщенный и перегретый пар

Термины насыщенный пар и перегретый пар относятся к термодинамическому состоянию воды. Вода и пар являются средами, используемыми для теплообмена в котловых установках благодаря своей доступности и высокой теплоемкости. Особенно эффективно передавать тепло посредством испарения и конденсации воды, которая обладает большой скрытой теплоты испарения.

Насыщенный пар (НП) и перегретый пар (ПП) относятся к определенному давлению среды. Первый НП может существовать во влажном и сухом состоянии, а перегретый ПП – только в сухом, поскольку не может содержать в своем составе частиц воды.

Чаще всего эти понятия применяются в теплоэнергетике, для расчета термодинамических циклов в контуре парового котла и в паровых турбинах, генерирующих электрическую энергию на ТЭЦ, ТЭС, ГРЭС и АЭС.

Что такое насыщенный пар

Водяной пар, пребывающий в термодинамическом равновесии с котловой водой, является насыщенным. Это формулировка дает понимание того, что давление насыщенного пара при температуре может иметь только одно значение

В котлоагрегатах парообразование протекает при постоянном давлении и подводе тепла к котловой воде от уходящих газов. Этот процесс базируется на следующих последовательных стадиях: подпитка котла водой, подогрев ее до температуры точки насыщения, и образование сухого насыщенного пара, когда вся жидкость испаряется из него.

В паровых котлах питательная вода, пройдя через экономайзер, попадает в барабан. Из него более холодные потоки под воздействием силы тяжести опускаются по необогреваемым трубам, а поднимаются по подъёмным топочным экранам обогреваемые более горячими дымовыми газами.

Здесь начинается процесс парообразования, поскольку температура воды достигает значения точки насыщения при рабочем давлении в котлоагрегате.

Плотность пароводяной смеси в экранных пакетах уменьшается и становится ниже плотности воды в опускных трубах, что создает напор для движения пароводяной смеси по экранам в барабан, где смесь сепарируется на воду и пар.

В закрытой поверхности нагрева при не меняющейся температуре в точке насыщения устанавливается термодинамическое равновесие между котловой водой и водяным паром. Число молекул пара, выделяющихся из поверхности воды за определенное время, будет равняться числу молекул сконденсированного пара, которые перейдут обратно в воду в барабане котла.

Давление насыщенного пара

Давление насыщения в котле зависит от температуры котловой воды в равновесном термодинамическом состоянии. При росте давления, пар сжимается и баланс нарушается. Плотность пара первоначально несколько возрастает, и из паровой среды в котловую воду будет переходить больше молекул конденсата, чем наоборот.

Поскольку количество молекул, переходящих из воды в единицу времени связано исключительно с температурой, то сжатие паровой среды не будет влиять на изменение этого числа.

Процесс будет протекать пока не возникнет термодинамическое равновесие, а следовательно, и концентрация возвращающихся молекул не достигнет первоначального уровня. Таким образом, Тнп напрямую зависит от давления насыщения в котле.

Таблица насыщенного пара

Характеристики сухого НП, приводятся в Таблице водяного пара. В ней указывают Т (С), при точке кипения котловой воды и давление (кПа и мм. рт.ст.) при которой этот процесс протекает.

Дополнительно в таблице могут указываться и другие параметры пара:

• eдельный объем, м3/кг;
• плотность, кг/м3;
• удельная энтальпия, кДж/кг
• удельная теплота парообразования, кДж/кг.

Плотность насыщенного пара

Плотность НП определяют по формуле.

D st = 216,49 * P / (Z st * (t + 273))

• D st — плотность насыщенного пара в кг / м3;
• P- абсолютное давление пара в барах;
• t — температура в градусах Цельсия;
• Z st — коэффициент сжимаемости насыщенного пара при Р и t.

В этом уравнении символ «Z st» обозначает коэффициент сжимаемости насыщенного пара при абсолютной величине давления насыщенного водяного пара P, бар. Это удобное уравнение действительно для диапазона давления пара от 0,012 до 165 бар, с соответствующим диапазоном температур насыщения от 10 до 360 С.

Влажность насыщенного пара

Когда котлоагрегат нагревает воду, пузырьки, прорывающиеся через слой воды, захватываются паром. Влажный пар определяется как пар, в котором вода присутствует в виде микрокапель паров воды. В этом случае соотношение может составлять от 0 до 1. Если пар имеет 20 % воды по объему — он считается сухим на 80% или имеет долю сухости 0,8.

Таблицы НП содержит значения, такие как температура, энтальпия и удельный объем для сухого НП, но не для влажного. Для того чтобы их определить потребуется воспользоваться формулами, учитывая соотношение двух сред:

Удельный объем (v) мокрого пара

v = X * v g + (1 — X) * v f

• X = сухость (% / 100);
• v f = удельный объем жидкости;
• v g = удельный объем НП.

Удельная энтальпия пара сухостью Х:

h = h f + X * h fg

• X = сухость (%);
• h f = удельная энтальпия жидкости;
• h fg = удельная энтальпия НП.

Чем влажнее пар, тем ниже значения удельного объема, теплосодержание, энтальпия и энтропия. Таким образом сухость пара оказывает существенное влияние на все эти значения.

Задачей теплоэнергетиков является организация процессов парообразования в котле с сухостью 100%. Для этого в барабанах котлов устанавливают специальные сепарационные устройства, отделяющие пар от воды.

Перегретый пар

Перегретый пар — это пар с температурой, превышающей его температуру кипения при абсолютном давлении, при котором проводились измерение температуры. Давление и температура перегретого пара не зависят друг от друга, поскольку температура может увеличиваться, в то время как давление остается постоянным.

Процесс перегрева водяного пара на диаграмме Ts представлен на рисунке между состоянием E и кривой насыщенного пара. Чтобы оценить тепловую эффективность цикла, энтальпия должна быть получена из таблиц перегретого пара.

Процесс перегрева — единственный способ увеличить пиковую температуру цикла Ренкина и повысить эффективность без увеличения давления в котле. Это требует добавления в конструкцию котла особого теплообменника, называемого пароперегревателем.

В пароперегревателе дальнейший нагрев при фиксированном давлении приводит к увеличению, как температуры, так и удельного объема. Наибольшее значение перегретого пара заключается в его огромной внутренней энергии, которая может быть использована для кинетической реакции для движения лопастей турбины, создающих вращательное движение вала.

Температура перегретого пара

Характеристики перегретого пара (ПП) аналогичны идеальному газу, но не равны насыщенному пару. Поскольку ПП не обладает зависимостью между температурой и давлением, при конкретном давлении он может вырабатываться в широком температурном диапазоне, что будет зависеть от площади нагрева пароперегревателя.

Перегретый пар отличается от насыщенного такими преимуществами:

• gри равном давлении насыщения он обладает намного большей температурой;
• обладает большим удельным объемом, что дает экономию энергоресурсов при использовании;
• при снижении он не конденсируется, пока температура не упадет ниже точки насыщения при давлении среды.

Методы регулирования температуры перегретого пара

Довольно часто для технологических процессов, требуется получение перегретого пара строго определенной температуры. Для того чтобы снять ее излишки, обычно используют три метода воздействия на температуру ПП:

• cмешивание разных температурных потоков, когда в ПП впрыскивают котловую воду или паровой теплоноситель меньшего теплосодержания;
• поверхностное охлаждение, заключается в перенаправление ПП через систему специальных теплообменных аппаратов, выполняющих роль охладителей;
• изменение тепловосприятия потока, реализуется через изменение температуры или расхода уходящих котловых газов.

В теплоэнергетике в котлах высокого давления наиболее часто применяют первый метод, путем впрыскивания в поток ПП питательной воды или конденсата от турбогенератора. Впрыском насыщенного пара, как правило, регулируют температуру вторичного перегрева пара.

Получение перегретого пара

Пароперегреватель устройство, устанавливаемый в котлоагрегате, вырабатывает перегретый пар с параметрами, превышающими температуру насыщения в барабане котла. Он относится к особо критичным котловым элементам, поскольку из-за высоких температур ПП металл конструкции функционирует в предельно-допустимых условиях.

Пароперегреватели бывают основного типа, работающие в зоне сверхкритического давления и промежуточного типа, которые направляют пар отработанный в турбине для промперегрева.

Кроме того пароперегреватели классифицируются по тепловосприятию на конвективные, установленные в конвективной части котла, радиационные — расположены около топочных экранов и ширмовые — установленные в верхней части топки. По направлению движения потоков ПП и уходящих котловых газов выпускают ПП : прямоточные, противоточные и смешанные.

Использование перегретого пара в технике

В современных паровых турбинах применяют ПП с температурой перегретого пара существенно выше критической (374C).

Перегретый пар используется в турбинах для повышения теплового КПД. Другое использование перегретого пара:

• Пищевые технологии.
• Технологии очистки.
• Катализ / химическая обработка.
• Технологии поверхностной сушки.
• Технологии отверждения.
• Энергетика.
• Нанотехнологии.

Котлы перегретого пара

В России применяется ГОСТ 3619-76 на паровые котлоагрегаты, в котором установлены параметры насыщенного и перегретого пара, а также паровая производительность и температура воды для питания котла.

Современная российская энергетика использует котлоагрегаты производительностью вырабатывающих 1000/1650/2650/3950 т/ч пара для турбогенераторов соответствующей мощностью 300/500/800/1200 МВт, работающих на сверхкритических параметрах по давлению 25,5 МПа и Тпп=545С.

Энергетические котлы классифицируются по давлению пара — высокого от 10 до 14 МПа и сверхкритического свыше 25,5 МПа. Котлоагрегаты сверхвысокого давления, обычно, выполняют с вторичным перегревом пара.

Паровые котлоагрегаты малой и средней паропроизводительности используются для производства насыщенного и перегретого пара с характеристиками до 3,9 МПа и Т=450 С. Они эксплуатируются на промпредприятиях и в жилищно-коммунальном хозяйстве для производственно-технологических нужд и в системах центрального теплоснабжения.

Типичными представителями агрегатов данной категории являются котел Е (ДЕ) производительностью пара от 1 до 25 т/ч, Е (КЕ) производительностью пара до 25 т/ч с газомазутной горелкой и ДКВР производительностью до 20 т/ч. Их применение – источники тепловой энергии для центрального теплоснабжения с параметрами насыщенного и перегретого пара.

Источник статьи: http://kotle.ru/sovety/nasyshhennyj-i-peregretyj-par

Таблица давления насыщенного пара при температуре влажного термометра

Воздух является смесью различных газов. Сухой воздух состоит из следующих:

Влажный воздух содержит в качестве дополнительного компонента пары воды. Эти пары присутствуют в окружающем воздухе в небольших количествах. Весовая пропорция паров воды в окружающем воздухе составляет от 0,1 до 2%. Несмотря на незначительное количество воды, присутствующей в воздухе, тем не менее, от влажности в большой мере зависит самочувствие людей и качество многих технологических процессов.

Закон Дальтона гласит, что сумма всех парциальных давлений pi равно общему давлению смеси газов Pобщ.

Так как все компоненты распределены равномерно по всему объему

Таким образом, решающим является пропорциональный объем газа, а не пропорциональный вес. Например, парциальное давление азота (с пропорциональным объемом 78%) при общем давлении 1013 мбар составляет 790 мбар.

Влажный воздух состоит из сухого воздуха и паро воды. Таким образом:

Парциальное давление водяного пара описывает текущее (моментальное) давление паров воды во влажном воздухе:

Примечание: В соответствии с VDI/VDE GMA, давление пара в дальнейшем будет обозначаться символом е.

Давление насыщенного водяного пара.

Давление насыщенного водяного пара Ps (мбар, гПа) описывает максимально возможное давление пара/концентрацию паров воды/парциальное давление водяного пара при определенной температуре. Если давление паров повышается повышается, или понижается температура, образуется конденсат:

Коэффициенты в соответствии с Магнусом (DIN 50010)

Давление насыщенного водяного пара [мбар]

Относительная влажность.

Относительная влажность (%ОВ) определяется как отношение между существующим парциальным давлением водяного пара Pw и давлением насыщенного водяного пара Ps при одинаковом давлении воздуха и одинаковой температуре и выражается в процентах. Относительная влажность показывает, сколько процентов от максимально возможного содержание водяного пара присутствует в воздухе в данный момент.

Относительная влажность выражается в процентном значении, в соответствии с этим определением насыщение достигается при 100% ОВ

Применение: Системы кондиционирования, особенно климат в помещениях.

Температура точки росы.

Температура точки росы (Ctd) – это температура, при достижении которой пары воды в воздухе начинают конденсироваться, т.е. существующее давление водяного пара Pw равняется давлению насыщенного водяного пара Ps. При падении температуры снижается способность воздуха удерживать пары воды.

Применение: В процессах мониторинга остаточной влажности (лучшее разрешение, чем при использовании шкалы %ОВ), а так же в чувствительных к выпадению конденсата процессах для мониторинга выпадения конденсата (температура процесса должна быть выше точки росы)

Абсолютная влажность.

Абсолютная влажность – это количество воды (г/м3) присутствующее в фиксированном объеме 1м3.

Применение: В процессах осушки, для измерения степени осушения

Удельная влажность.

Удельная влажность (г/кг) определяется как отношения массы присутствующей в воздухе воды к массе сухого воздуха.

Применение: Системы кондиционирования.

Температура шарика смоченного термометра.

Температура шарика смоченного термометра все еще является широко используемым параметром, поэтому мы сделали его одним из рассчитываемых параметров для приборов testo 6681/6381/6383.

Температура шарика смоченного термометра обычно определяется при помощи психрометров, которые так же измеряют температуру шарика сухого термометра (температуру процесса).

Классическое устройство психрометра:

Измерительный наконечник смоченного термометра обертывают тканью (как правило, сукном), которое увлажняют дистиллированной водой. Смоченный и сухой термометры помещают в воздушный поток и защищают от теплового излучения. Из-за испарения воды из ткани, температура смоченного термометра падает. Эта температура совместно с температурой сухого термометра является мерой влажности воздуха, которая может быть определена при помощи психрометрических таблиц.

Пример: Температура сухого термометра 22 С, в то время как смоченного – 19С, что составляет психрометрическую разницу 3К. Таким образом, относительная влажность воздуха по таблице составляет 75%.

Применение: кондиционированные камеры/шкафы, традиционные измерительные задачи.

Психрометрические диаграммы для применения в приложениях для кондиционирования воздуха.

Психрометрические диаграммы являются компактным представлением параметров воздуха и составляются по отношению к определенному уровню давления (как правило, к атмосферному давлению). Представленная здесь психрометрическая диаграмма показывает различные параметры влажности (относительную влажность, удельную влажность), а так же температуру и их зависимость друг от друга

Использование психрометрической диаграммы на примере «зимнего случая»/»летнего случая»

Зона комфорта (люди чувствуют себя при этой температуре и уровне влажности) находится между 20 и 26 С и 30 и 65 %ОВ (в соответствии и DIN 1964 и ASHARE)

Зимний случай.

Для того чтобы слишком холодный и сухой зимний воздух был приведен к условиям зоны комфорта, он сначала должен быть нагрет, а затем относительная влажность должна быть повышена, например с помощью адиабатического увлажнителя (воздух при этом охлаждается). Затем воздух снова подогревается и после обогревателя он уже находится в зоне комфорта (см. черные стрелки на диаграмме)

Летний случай.

Для того чтобы слишком теплый и влажный летний воздух был приведен к зоне комфорта, сначала он должен быть охлажден при помощи охладителя. При этом влага из воздуха выпадает в виде конденсата. Затем воздух снова подогревается и после обогревателя он уже находится в зоне комфорта (см. серые стрелки на диаграмме)

Зависимость параметров влажности от температуры и давления

Параметр влажности

Зависим от давления

Зависим от температуры

Содержание влаги/пропорциональный объем
Атмосферная точка росы
Удельная влажность

Давление насыщенного водяного пара

Точка росы под давлением

Парциальное давление водяного пара
Относительная влажность
Абсолютная влажность

Источник статьи: http://climatecontrolsolutions.ru/humidity-transmitters-physical-principles.html