h-p-t диаграмма. Редуцирование давления

Что произойдет в паровой установке высокого давления, если давление перед теплообменником снижается с помощью редукционного клапана или в паровой установке низкого давления, если давление управляется регулятором давления?

Процесс снижения давления насыщенного пара с помощью регулятора или редуктора давления вызывает изменение давления пара, однако при этом энтальпия пара остается неизменной, потому что не производится работа и не происходит передача тепловой энергии.

Процесс редуцирования давления может быть отображен на h-t-p диаграмме, если от точки пересечения линии насыщения пара с линией давления провести горизонтальную линию до пересечения с линией желаемого давления.

Примеры:

1. Редуцирование давления пара с 20 до 10 бар:
   
   Очевидно, что точка пересечения линии 10 бар находится в зоне перегретого пара. Редуцированный пар становится при этом перегретым.


2. Редуцирование давления пара со 150 до 60 бар:
   
   Очевидно, что точка пересечения с линией давления 60 бар находится в зоне парообразования/конденсации. Часть пара конденсируется, потому что энтальпия насыщенного пара при давлении 150 бар составляет 2615 кДж/кг и при этом меньше, чем энтальпия пара с давлением 60 бар именно 2785 кДж/кг. Пересечение лежит на линии х = 0,9, это означает, что 10% пара будет сконденсировано. Пар влажный.


3. Редуцирование давление пара с 60 до 10 бар:
   
   Процесс редуцирования давления насыщенного пара с 60 до 10 бар несколько сложнее. В начале процесса горизонтальная линия проходит в зоне парообразования/конденсации, при этом происходит конденсация. Далее линия достигает зоны перегретого пара и часть этого конденсата снова испаряется.

Изображение: Примеры с h-t-p диаграммой.

Разгрузка конденсата

На изображении выше в любом месте линии кипения задается точка (рабочего состояния) А. Если от точки А давление снижается, например с 50 до 10 бар, то горизонтальная линия проходит в зоне парообразования и конденсации влево и на пересечении с линией 10 бар определяет характеристику х = 0,2. Это значит, что 20% конденсата вновь испариться.

Влажный пар

Если быть точным, влажного пара не существует. Мы имеем дело или с паром или с конденсатом.

Удельный вес конденсата выше по сравнению с удельным весом пара. В горизонтальном трубопроводе конденсат выпадает непосредственно на дно трубопровода. Если речь идет о влажном паре, имеется ввиду пар, который в следствии тепловых потерь при транспортировке несет с собой конденсат. Будучи удельно более тяжелым, конденсат захватывается паром, движущимся с большой скоростью. И как прямой результат этого происходят гидроудары.

Нет ничего необычного в том, что котловая вода захватывается паром. Причиной тому могут быть:

• перегрузка котла,
• слишком высокий уровень воды в котле
• или загустевание котловой воды.

В этих случаях парообразование в котле происходит настолько быстро, что при его отделении от поверхности воды часть котловой воды захватывается паром.

Признаком наличия котловой воды в паре может быть образование белых отложений в местах неплотностей трубопроводных элементов оборудования.

Температура паро-воздушной смеси

Свойство паро-воздушной смеси описывается законом Дальтона. Пар и воздух имеют разное значение парциального давления. Сумма парциальных давлений определяет суммарное давление смеси.

Предположим, суммарное давление в сосуде 4 бар, а смесь состоит на 75% из пара и на 25% из воздуха. Пар в этом случае имел бы парциальное давление 0,75 х 4 = 3 бар, в то время как парциальное давление на долю воздуха составляло бы 0,25 х 4 = 1 бар.

Температура смеси соответствует температуре насыщенного пара при давлении 3 бар, а именно 133,5 оС. Насыщенный пар без примеси воздуха при давлении 4 бар имел бы температуру 143,6оС. В таблице приведены значения температуры смеси в зависимости от соотношения смеси и давления пара.

Насыщенный пар		Температура смеси при объемной доле воздуха в %
p бар	t oC	10%	20%	30%
2	120,2	116,7	113,0	110,0
4	143,6	140,0	135,5	131,1
6	158,8	154,5	150,3	145,1
8	170,4	165,9	161,3	165,9
10	179,9	175,4	170,4	165,0

Таблица: Влияние наличия воздуха в паре на температуру смеси

Источник: "Рекомендации по применению оборудования ARI. Практическое руководство по пару и конденсату. Требования и условия безопасной эксплуатации. Изд. ARI-Armaturen GmbH & Co. KG 2010"

Получить консультацию и приобрести оборудование для паро-конденсатных систем можно по телефону (495) 268-0-242.

Материалы по теме:

Таблица насыщенного пара

h-t-p диаграмма

Снизить давление с основной паровой магистрали с 6 бар до 4 бар при вводе на потребителя

Редукционная установка: концепция эффективности

Регулятор давления после себя ARI-PREDU (редукционный клапан) (фланцевый, серый чугун, 12701, Dn15, Pn16, 2.0-5.0)