1、空氣導(dǎo)致的升溫問題
生產(chǎn)中我們有時會發(fā)現(xiàn),蒸汽壓力和流量都足夠,而產(chǎn)品的溫度卻始終達(dá)不到要求,這可能是因為系統(tǒng)中混入了空氣所致。空氣被蒸汽一起攜帶到換熱表面,當(dāng)蒸汽冷凝后,空氣會殘留積聚在換熱表面形成絕熱層,阻止蒸汽傳熱,導(dǎo)致產(chǎn)品溫度不達(dá)標(biāo)。
空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.025W/(m·℃),而水的導(dǎo)熱系數(shù)為0.6W/(m·℃),鐵的導(dǎo)熱系數(shù)為75W/(m·℃),
銅的導(dǎo)熱系數(shù)為390W/(m·℃)。所以說按導(dǎo)熱系數(shù)來看,1mm的空氣膜相當(dāng)于15m的銅墻。
空氣的傳熱熱阻是鋼的1500~3000倍,是銅的8000~16000倍,這表示0.025 mm厚的空氣層相當(dāng)于400 mm厚銅壁產(chǎn)生的熱阻。
A、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。混合氣體的總壓力是各混合氣體的分壓力之和,這就是道爾頓分壓定理。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。
這種現(xiàn)象對加熱器和殺菌設(shè)備都影響很大。例如,殺菌罐或殺菌釜,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,蒸汽就無法保證這個滅菌溫度,需要再次滅菌,降低了生產(chǎn)效率,但是也可能造成產(chǎn)品報廢。
B、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)。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)。
總之,系統(tǒng)中的空氣會導(dǎo)致以下問題:
設(shè)備升溫變慢、冷凝水中出現(xiàn)氣泡、對管道設(shè)備的腐蝕。
2、排除空氣
空氣的平均摩爾質(zhì)量是29, 蒸汽(水)的摩爾質(zhì)量是18,因此一般認(rèn)為空氣比蒸汽重一些,但是,因為蒸汽和空氣的密度與壓力、溫度、空氣在蒸汽中占的比例有很大關(guān)系,所以在某些條件下,空氣可能比蒸汽輕,因此,在哪個位置安裝排氣裝置,要仔細(xì)分析工況,可能在低點裝,也可能在高點裝。
自動排空氣閥是利用熱靜力原理工作,安裝在蒸汽和空氣能到達(dá)的地方。如果排氣閥直接裝在加熱器上,且在接近蒸汽飽和溫度下工作,換熱器傳遞的熱量可能會使排氣閥關(guān)閉,或者至少排氣速度減慢。因此排空氣閥和其相連的管道不要保溫,且最好在排空氣閥前加裝300mm的短管,這樣既可以積聚空氣又可以使得排氣閥的溫度低于加熱器蒸汽空間的溫度,以確保排空氣閥正常工作。
當(dāng)排空氣閥排氣時,不可避免地會排出一些蒸汽和空氣的混合氣體,這經(jīng)常被誤認(rèn)為是泄漏蒸汽,其實是正常的現(xiàn)象。如果工作正常,我們發(fā)現(xiàn)排氣閥排放程度逐漸減少直至停止,這說明排氣閥工作正常。如果排氣閥長時間排放且沒有關(guān)閉跡象,則說明發(fā)生了故障,應(yīng)該檢查修理了。
3、哪些工況需要安裝排氣閥?
A、蒸汽主管的末端:空氣一直被推到末端積聚,因此要安裝排氣閥,且排氣閥應(yīng)裝在管道的頂部,或至少裝在可能出現(xiàn)的冷凝水面之上,這樣將會排出大部分空氣。
B、夾套鍋
鍋中的物料加熱時,溶解在其中的空氣就會冒出,氣泡出現(xiàn)在鍋的內(nèi)壁上,而有一部分冷區(qū)內(nèi)壁會缺少氣泡,說明與之相鄰的夾層有空氣積聚,如果疏水閥沒有自帶排空裝置,又沒有裝排氣閥,氣泡將最后出現(xiàn)在夾層鍋的底部,靠近冷凝水出口處,以及頂部蒸汽進(jìn)口的另一側(cè)。
還有非常多類似的設(shè)備,如蒸煮鍋、烤箱、蒸箱、多層加熱器、油預(yù)熱器等等。因此,夾套鍋必須選用自帶帶排裝置的浮球式疏水閥(現(xiàn)在大多數(shù)疏水閥都有此排氣功能了),疏水閥最好安裝在鍋的底部,使得冷凝水和空氣在重力作用下排出來。排空氣閥最好裝在高處,蒸汽進(jìn)口的另一側(cè),有經(jīng)驗的制造商都會在此處安裝排空氣裝置的。
C、干燥滾筒(造紙和印染行業(yè)):在水平滾筒旋轉(zhuǎn)軸的一側(cè)通入蒸汽,物料和滾筒的外表面接觸進(jìn)行加熱干燥,冷凝水通過虹吸管經(jīng)過滾筒旋轉(zhuǎn)軸蒸汽的同一進(jìn)口側(cè)或滾筒的另一側(cè)排出。由于滾筒比較大,所以在啟動階段要排除的空氣量也很大,在正常工作情況下,空氣會積聚并引起滾筒外表面出現(xiàn)冷區(qū),導(dǎo)致制程中的物料出現(xiàn)質(zhì)量問題,所以自動排空氣閥很重要,如果要達(dá)到理想效果理應(yīng)安裝排空氣閥。
這類設(shè)備需要選用帶有破蒸汽綁裝置的疏水閥,還需要安裝單獨的排空氣閥排出大量的空氣,這將大大提高的熱效果。
D、群組排氣
蒸汽設(shè)備的設(shè)計者有時為了節(jié)約費用,將兩個或更多的蒸汽空間遠(yuǎn)端直接在一起安裝一個排空氣閥,而不是每個蒸汽空間各自安裝。可是這種方式并不成功,如多盤管空氣加熱器,每組盤管都有控制閥控制進(jìn)汽,當(dāng)一組盤管的蒸汽到達(dá)后,排空氣閥就會關(guān)閉,而其它組盤管的空氣就不能排出了,之后排空氣閥內(nèi)的蒸汽冷凝,新蒸汽又進(jìn)入,當(dāng)進(jìn)入的蒸汽所含的空氣很少時,排空氣閥就會迅速關(guān)閉,其它盤管內(nèi)的空氣和蒸汽的混合氣體就不會到達(dá)排空氣閥位置,群組排空氣是不成功的,應(yīng)當(dāng)盡量避免,同樣也要盡量避免群組疏水。
E、大型設(shè)備
正常排空氣閥的口徑只有DN15,排量也比較小,可是有些場合需要排出的空氣量很大,例如食品行業(yè)用的大型滅菌器、蒸餾罐,大型高壓鍋、橡膠硫化機和大型空間加熱器等,需要排出的空氣量很大,這樣就需要并聯(lián)安裝大量的排空氣閥。另一個可選擇的方案是使用氣動控制閥或氣動截止閥,依靠感應(yīng)溫度來排放,設(shè)定溫度應(yīng)該為100℃或稍低幾度。