Зачем нужен пар? Преимущества применения водяного пара

Таблица 1. Преимущества водяного пара

№

Преимущества

Краткое описание

1.

Большое давление

Возможность обеспечить высокое давление в системе без применения дополнительного оборудования (насосов). С помощью пара можно превратить тепловую энергию в механическую. Лучший пример – паровая турбина, в которой энергия пара преобразуется в механическую работу.

2.

Высокая температура

В большинстве теплообменных производственных процессах используют насыщенный пар температурой 110…220 °С (1,5…24 бар). Высокая температура применяется для сушки, варки, нагреве, обеззараживании, пастеризации, стерилизации, и т. д.

3.

Высокое влагосодержание

Водяной пар может обеспечить хорошее увлажнение среды и продукта. Хорошими примерами являются увлажнение воздуха в помещениях, пропарка ЖБИ, пароварочные камеры в пищевой промышленности.

4.

Высокая проникающая способность

Может в короткий промежуток времени заполнить любое закрытое пространство и вытеснить воздух. Данное свойство водяного пара достаточно широко применяется на морских судах и в нефтеперерабатывающей отрасли для организации систем пожаротушения в закрытых пространствах.

5.

Стабильность и равномерность температуры на больших площадях теплообменников

В течении всего процесса конденсации (передачи тепла) температура пара постоянна (при постоянном давлении), и даже после процесса конденсации, температура отводимого конденсата равна температуре пара при этом давлении. Т. о. при правильно организованной пароконденсатной системе температура больших теплопередающих поверхностей в теплообменниках будет одинакова во всех точках и продукт будет прогреваться равномерно.

Для того, что бы понять это – необходимо воспользоваться и изучить процессы конденсации водяного пара на «h,s — диаграмма водяного пара».

6.

Возможность транспортировки на большие расстояния

При организации пароснабжения не требуются насосы, за счёт разницы давлений пар самостоятельно распространяется (движется) из области низкого давления в область высокого давления. Ключевую роль в расстоянии транспортировки пара играют: первоначальное давление пара, теплоизоляция паропровода, необходимое давление пара в месте применения.

7.

Простая регулировка температуры

Давление и температура насыщенного пара связанны корреляционно. При необходимости снижения температуры достаточно понизить давление пара в системе.

8.

Высокий коэффициент теплоотдачи, Вт/м²?°С

Коэффициент теплоотдачи зависит от многих факторов, описать которые кратко невозможно. Однако, если упростить понятие теплоотдачи, то значения конвективного теплообмена для горячей воды и пара примерно будут в этих пределах:

Горячая вода ~ 3000…6000 Вт/м²?°С

Водяной пар ~ 6000…15000 Вт/м²?°С

Более высокие значения коэффициента теплоотдачи повышают величину теплопередачи, что в свою очередь позволяет использовать меньшую поверхность теплообмена при применении пара.

9.

Высокая теплота парообразования/ конденсации насыщенного пара, ккал/кг

ОСНОВНОЕ ПРЕИМУЩЕСТВО ПАРА, за которое он получил широчайшее распространение в теплообменных процессах на производстве.

Теплота парообразования характеризует необходимое количество тепла (ккал/кг) для превращения 1 кг воды в 1 кг пара, а при конденсации 1 кг пара в 1 кг воды высвобождает-ся такое же количество тепла. Т.е., вода превратившись в пар переносит тепло по паропроводу и сконденсировавшись отдаёт то же самое количество тепла паропотребителю.

Данный показатель у водяного пара самый высокий из всех существующих теплоносителей.

Для примера обратимся к ТАБЛИЦЕ СВОЙСТВ НАСЫЩЕННОГО ВОДЯНОГО ПАРА и сравним теплоту, переносимую перегретой водой и насыщенным паром: теплота воды при давлении 5 бар (151,8°С) – 152,8 ккал/кг, а скрытая теплота парообразования 503,4 ккал/кг. Т. е. 1 кг пара способен принять-перенести-отдать тепла в три раза больше, чем перегретая вода, и, при этом, без использования перекачивающих насосов.

9.

Дешёвый и доступный теплоноситель

Вода самый доступный ресурс на планете. Стоимость тонны воды в 2020 году ~30 руб/м³.

Да, воду необходимо подготовить, но это значительно дешевле, чем применение диатермического масла, ресурс службы которого ограничен и составляет всего несколько лет.

10.

Экологически чистый теплоноситель

В случае необходимости допускается слив котловой воды и конденсата в канализацию. При определённых условиях допускается контакт водяного пара с пищевыми продуктами.

11.

Пожаробезопасность

Вода пожаробезопасна, и с этим не поспоришь.