蒸汽知识
蒸汽在洗衣工厂里是一种非常重要的热能介质，作为一名洗衣厂的工作人员或是管理者都需要掌握一定的蒸汽知识。
一、蒸汽基础知识
蒸汽是什么
当水达到沸点时，水就变成水蒸气。在海平面一标准大气压下，水的沸点为99.974°C。当水在沸点以下时，水也可以缓慢地蒸发成水蒸气。而在极低压环境下（小于0.006大气压），冰会直接升华变水蒸气。
蒸汽分类
蒸汽可分为：
干蒸汽——当所有的水分子包持气体状态时的蒸汽，无色透明。
湿蒸汽——当蒸汽中的一部分水分子散发掉了能量（潜热），凝结成小水滴。
下图中，水壶嘴部的无色蒸汽是干蒸汽，那些变成雾状的的是湿蒸汽。
干蒸汽和湿蒸汽
压力和温度对蒸汽的影响
随着压力和温度的变化，蒸汽的性质会发生很大变化。
蒸汽、温度、压力三者关系
- 当水加热至沸点时就产生了饱和蒸汽（也就是干蒸汽），携带热量从水中蒸发出去。处于饱和蒸汽（干蒸汽）的状态时，此时温度和压力可以使蒸汽和水同时存在。饱和蒸汽具有很多优点，特别是在100℃ 及以上的温度，这使得它成为了出色的热源。
饱和蒸汽的特点和优点：
- 因为利用潜热快速，均匀的加热，所以可以提高产品质量和生产效率。
- 因为控制压力就可以控制温度，所以可以迅速的确定和控制温度。
- 因为传热系数高，所以要求传热面积相对较小，能够有效的减少初期的设备投入。
- 因为原料是水，安全清洁且低成本。
使用饱和蒸汽加热产品必须牢记以下几点：
- 在加热过程中如果不使用干饱和蒸汽可能会造成产品加热效率降低，和常识相反的是，锅炉所产生的蒸汽往往都不是干蒸汽，而是包含着一些没有完全蒸发的水分子的湿蒸汽。
- 热辐射的热量损失使得一些蒸汽凝结，因此湿蒸汽会更加潮湿，并且形成冷凝水。因此，必须在管道适当的部位安装疏水阀从而将- 重的冷凝水会从蒸汽中落下并且被管道底部的疏水阀排出，但是夹带着小水滴的湿蒸汽还是会降低产品的换热效率。因此，必须在- 由于蒸汽在管道中的摩擦等会造成压力的损失，因此也会导致蒸汽温度的相应损失。
- 当水如果到了沸点后继续加热，就产生了过热蒸汽。过热蒸汽有其本身的应用领域，如通过喷嘴至电机，推动电机转动。但是过热蒸汽很少用于工业制程的热量传递过程。
- 不饱和蒸汽（也就是湿蒸汽），是出现在干蒸汽中的小水滴。虽然洗衣厂要求用饱和蒸汽，但是大部分工厂实际上使用的是不饱和蒸汽。因为，当蒸汽从锅炉里出来的时候会自然携带3%——5%的湿度。
二、二次蒸汽（Flash steam）
什么是二次蒸汽
二次蒸汽也称为闪蒸蒸汽。
水在升温至沸点前的过程中吸收的热叫“显热”，将饱和水转化成蒸汽所需要的热叫“潜热”。
当水在大气压力下被加热时，100℃是该压力下液体水所能允许的最高温度。再加热也不能提高水的温度，而只能将水转化成蒸汽。然而，如果在一定压力下加热水，那么水的沸点就要比100℃高，所以就要求有更多的显热。压力越高，水的沸点就高，热含量亦越高。压力降低，部分显热释放出来，这部分超量热就会以潜热的形式被吸收，引起部分水被“闪蒸”成蒸汽。
闪蒸蒸汽
闪蒸汽所占体积远远大于冷凝水所占体积，其转化比例如下图：
冷凝水和闪蒸蒸汽的转化比例
如果凝结水管道泄漏或者凝结水直接外排，就会产生常压的二次蒸汽。由于压差相对较高，二次蒸汽的产生比例也较高，这就是我们经常在现场看到的大量“白烟”现象，既浪费能源，又影响环境。既然闪蒸蒸汽包含可热量，不利用能源就会白白浪费，因此需要二次利用系统。
闪蒸蒸汽二次利用系统
利用蒸汽加热
蒸汽是最为常见有效的导热介质之一，但它并不是唯一的一种。其他的液体如热水、热油也是常见的热交换介质。热水热油热量传递通常是用显热，传递效率大概14 千卡/公斤。
热油热水加热
蒸汽加热利用的是潜热。当在稳定的热饱和蒸汽温度时，蒸汽凝结成水会释放大量的热能。其热效率大概是在539千卡/公斤。远高于热水和热油加热效率。
利用蒸汽加热
在有温差的地方就会有热传递效应，在加热器中，不同介质间存在着温差，即会发生热传递。
不同介质间的温度差
三、蒸汽的质量
1. 良好蒸汽质量——正确的蒸汽量
为了保证足够的热量传递，应当正确计算蒸汽量以及管道的尺寸。
2. 良好蒸汽质量——正确的压力和温度
蒸汽需要达到要求的压力，否则会影响加热效果。管道的尺寸和附件应合乎要求。
压力温度关系
如果仪表显示压力以达到，但是相应的温度却没有达到。这往往是因为蒸汽中混入了空气或其他不可凝结的气体。
蒸汽压力和温度有误差的实例
3. 良好蒸汽质量——蒸汽中没有空气或其他不可凝结性气体
为什么蒸汽里会混进空气？一是在蒸汽系统启动之前，管道和设备中就存有空气；二是锅炉的进水中溶有空气。
影响：空气的存在会使蒸汽传送的温度比预期的低，热量传递的效率会由于空气隔层的存在而大幅度降低。并且空气中的氧化物会腐蚀管道和锅炉。
怎样减少蒸汽中的空气？
- 安装排空气阀，这是最有效的方法。在蒸汽主管道最末端应该安装自动排空气阀；
- 给锅炉补给水加热除空气。通常给水箱温度不低于80℃，这样空气和二氧化碳能析出；
- 在打开蒸汽阀时要动作慢一些；
- 使用具有足够排气能力的疏水阀。
- 在软水系统的水处理过程中进行去矿物质和去除气体的操作。在外部储水箱中，氧气的溶解性是氮气的2倍，二氧化碳是样子的30倍。这就是说溶解于锅炉的补给水中的大部分是二氧化碳和氧气。而这两者都会造成锅炉和管道的腐蚀。
怎样排掉蒸汽管道末端的空气
蒸汽管道末端的排空气阀
当蒸汽进入到管道中，会将空气挤压至排气孔，或是距离蒸汽入口最远的一点，这个位置被称为“远点”。所以排气点最好设置在管道的尽头处，并且要在管道系统的顶层位置，至少要比冷凝管要高。
4. 良好蒸汽质量——干燥
蒸汽中水分过多会减少可传递的热量；另外过多的水在热交换层外形成一个热隔绝层，影响热量传递。
鉴于蒸汽的干燥度会对加热过程产生这么重要的影响，为了加大能源使用效率，强烈建议蒸汽在供应前尽量提高干燥度。
但是一般是达不到100%的干燥度，因为水处理软化的过程操作不当，或者瞬时的高峰载荷会造成锅炉的水进入蒸汽中。另外当蒸汽从锅炉里出来或是在密封不好的管道中流动的时候，会自然产生凝结现象，生成凝结水。
怎样控制蒸汽的干燥程度
- 锅炉的负载能力要比整个蒸汽系统的消耗能力略高。
- 蒸汽消耗量包持平稳，避免瞬时的消耗量猛涨。
- 减少水中的盐类、矿物质等杂质。
- 在蒸汽进入烘干机或是平烫机之前，用汽水分离器或旋风分离器过滤水分。蒸汽速度在10m/s-47m/s时,使用上述设备能带走蒸汽中99%的水分。
四、水锤现象
水锤现象是在蒸汽系统和凝结水回收系统管道中发生，原因有两种：
- 凝结水流速太快，猛烈撞击管道形成。
-
蒸汽突然凝结成水，迅速聚集成水墙，水墙互相撞击形成。
水墙（水弹）形成，会造成水锤现象
水锤会在哪里发生
- 设备负载的波动有时候会降低蒸汽管道内部的压力，使其小于蒸汽出口压力（背压），致使凝结水在管道内滞留。
-
管道内蒸汽由低处向高处流动的斜坡处。
管道斜坡
五、蒸汽系统
洗衣工厂蒸汽系统
整个蒸汽系统应该包含以下分系统：
- 水处理装置系统
- 给水
- 锅炉
- 用汽设备
- 回水系统
蒸汽系统
蒸汽系统的分配
锅炉产生的蒸汽必须通过管网输送到使用热量的用汽点。通常，从锅炉出来，有一根或多根蒸汽主管通向用汽设备方向。然后通过小口径的分支管道将蒸汽送给各个用汽设备。
基本蒸汽流程
蒸汽主管和疏水
管道布置：在欧洲标准EN 45510 中规定:尽可能情况下，蒸汽主管应沿流动方向布置有不小于1：100的坡度。该坡度下设置排放点。
蒸汽管道布置1
蒸汽管道布置2
分支管道
分支管道的连接应从主管的上方取蒸汽，这样可以得到干燥的蒸汽。如果从侧面或者最糟的情况是从主管的底部取汽，如图。蒸汽会携带从蒸汽主管而来的冷凝水和管道杂质进入支管。潮湿、肮脏的蒸汽进入设备，影响到设备的短期和长期工作性能。
分支管道
给水、锅水和回水
关于水的预处理和锅炉水的监控，这里简单介绍一下锅炉给水、锅水、冷凝回水。
给水：送进锅炉的水。主要由回水和补给水等组成。
锅水：指在锅炉本体的蒸发系统中流动着受热沸腾而产生蒸汽的水。
回水：蒸汽进入使用设备后，释放热量变成的冷凝水。冷凝水是质量非常高的热水。
给水、锅水和回水
给水
给水一般是由回水和补给水组成，或者直接是补给水。
补给水要经过离子交换或者反渗透除盐 ，或者先离子交换和反渗透结合达到更高的水处理效果。
预热给水可以除去水中的空气。
Tips:
软化水是只除去Ca、Mg硬度离子的水。
除盐水是去除悬浮物就、胶体和无机阴离子、阳离子后得到的水
六、疏水阀
蒸汽系统中，疏水阀是蒸汽和冷凝水系统的重要连接部件， 它的职责是“排出冷凝水和不凝气体，同时阻止蒸汽的排出”。最大限度利用热能。
疏水管的背压对疏水阀的疏水性能是有决定性影响的，因此决定着平烫机的性能。
疏水阀
