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                                    略谈道尔顿定律在蒸汽系统中的运用


    在任何容器内的气体混合物中, 若各种气体间不发生化学反应,则每种气体都均匀地分布在整个容器内,而且每种气体的压力等于相同温度下其单独充满整个容器时的压力。简言之,气体混合物的总压等于各气体分压之和。这就是道尔顿分压定律。严格来讲,道尔顿分压定律只适合于理想气体混合物,但从多年来国内外的实验和实践证明,道尔顿分压定律也适用于蒸汽系统。也就是说,蒸汽和空气的混合气体的总压力为二者单独占有整个容器的分压力之和。

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    那么,在蒸汽系统中,如何运用道尔顿定律呢?

    饱和蒸汽温度偏低现象 大家知道,饱和蒸汽的压力和温度存在一一对应关系,所以在加热制程中为了满足工艺温度要求需要设定蒸汽压力,但有时会出现因蒸汽温度低于其压力对应的饱和温度而影响加热温度和加热效率。这个问题,可以用道尔顿定律进行诠释。

    例如,蒸汽压力表显示9barg,即蒸汽绝压10bara,纯饱和蒸汽温度应该是180℃。然而,当空气占总体积的1/5、蒸汽占总体积的4/5时,根据道尔顿分压定律,决定混合温度的蒸汽组分压力为10×4/5=8(bara),而8bara对应的饱和温度是171℃,并非180℃。这就找到了饱和蒸汽温度偏低的问题所在。

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    自动排空气阀的工作机理 蒸汽中含空气时,传热效率降低,管道、阀门和设备的腐蚀加重,因此,及时地排除蒸汽系统中的空气非常必要。

    最常用的自动排空阀为压力平衡型(液囊型——液囊内封存的液体沸点低于水的沸点,也就是说,液囊内液体在低于蒸汽的饱和温度时沸腾)。压力平衡型排空阀的工作机理也是基于道尔顿分压定律:当蒸汽中存在空气时,排空阀内的液囊承受的压力为蒸汽和空气的混合气体总压力,而决定混合气体温度的是蒸汽组分的压力,因此混合气体的温度低于液囊承受压力对应的饱和温度,液囊内液体不会沸腾,排空口处于开启状态,空气排出。空气排出后,液囊承受压力变为纯蒸汽压力,承受温度为该压力对应的饱和温度,液囊内液体沸腾而体积增大,带动阀芯移动,关闭排出口。实际上,由于液囊内液体在低于蒸汽饱和温度时就沸腾,所以压力平衡排空阀会在低于饱和温度时关闭。可以通过选择不同的液囊来选择自动排空阀的排放温度。

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    引起蒸汽计量问题 对于饱和蒸汽,蒸汽流量计需要温度或压力补偿,为的是确定蒸汽的密度以便积算出蒸汽的质量流量。如果选用的是压力补偿,当蒸汽中含有空气,压力传感器测试的是蒸汽和空气混合气体的压力。根据道尔顿定律,该压力高于实际蒸汽压力,蒸汽密度被提高,致使蒸汽流量计显示值大于实际蒸汽流量;对于过热蒸汽,蒸汽流量计需要同时配置温度和压力补偿,如果蒸汽中含有空气,压力传感器测试的也是蒸汽和空气混合气体的压力,同样导致流量计计量值偏大。