过热蒸气

加热到100℃以上的干燥蒸气

过热蒸气是将液体直接加热到使其全部蒸发的饱和蒸气后，再继续加热而获得的较干的蒸气。广泛用作将热能转化为机械能的工作介质，其效率远高于一般蒸气。

简介

过热蒸气为加热到100℃以上的干燥蒸气。其温度高于相同压强下的饱和蒸气的温度，二者之间的温度差称为过热度，表示过热蒸气的过热程度。过热蒸气是未饱和蒸气，离开饱和状态愈远的过热蒸气，其行为愈接近于理想气体。

作用

过热蒸气的性质使其可作为理想的做功介质( 如发电机组的透平) 和传质介质，但不是一个很好的传热介质。过热度过大的蒸气应用很少，这是因为过热蒸气在冷凝释放蒸发焓之前必须先冷却到饱和温度，与饱和蒸气的蒸发焓( 汽化潜热) 相比，过热蒸气冷却到饱和温度释放的热量( 显热) 很小，热交换表面温度梯度较大，蒸气过热时换热率较低。如某造纸厂用 0.5MPa 的 195 ℃ 的过热蒸气来加热纸张，其可用的热量分为两部分，一部分为显热 2.365 49 × ( 195.00 － 158.95) = 85 kJ /kg，另一部分为汽化潜热 2 085. 7 kJ /kg( 不考虑分段回用) 。相比于汽化潜热，显热只占了不到 4% 。

饱和蒸气作为传热媒质用于硫化橡皮绝缘电线是众多厂家多年来使用的较为成熟的工艺方法, 而过热蒸气在橡皮绝缘大截面电缆连续硫化上拓展了新的硫化方法。经过多年不断研究、摸索、和实践,我们通过技术改造的方法废除了原有的2T提供饱和蒸气的锅炉,采用热电厂集中供热的大锅炉提供的过热蒸气硫化小截面橡皮绝缘获得了成功。

蒸气输送

工业用输送蒸气的管道一般用GB/T 8163的 20无缝钢管。过热蒸气参考 GB /T 8163 的 20 无缝钢管在不同温度下的许用应力表来选取钢管。若一般的饱和蒸气，参考饱和蒸气与温度对应表来确定温度，再选取钢管的直径和壁厚。在蒸气管道输送过程中，其法兰会随着温度的升高而降低其最高允许工作压力。故参考 20 钢制法兰在不同温度下的最高允许工作压力( 表压) 来选取法兰。如果用管道输送过热蒸气，到用汽点前再减温减压: 输送压力为2.8MPa，输送过热蒸气的管道按照GB /T 8163 选用 20 钢管(Φ139.7mm × 6.3 mm) ，管道单重为 20.72 kg /m；相对应的过热蒸气流速为 32.9m /s; 温度为 350 ℃ 的过热水蒸气法兰选用 PN63 的法兰等级。

如果在源头就减温减压，直接减到 1. 6 MPa 饱和蒸气，要输送 16 t /h 的蒸气，按 GB /T 8163 选用 20 钢管( Φ168.3 mm × 5.6 mm) ，管道单重为 22.47 kg /m，相对应的蒸气流速为 21.8 m /s，法兰选用 PN25 的法兰等级，见表 1。

结果表明把同样质量的过热蒸气变为饱和蒸气输送，体积增大，管道直径增大，蒸气流速变慢，法兰等级减低。长距离输送蒸气管道间连接一般为直接焊接，所用法兰很少，所以在法兰上增加的投资极其有限，而管道的重量可以节约很多(从 22.47 kg /m 降到 20.72kg /m) ，用管道输送过热蒸气可以节约成本，经济性比较好。过热蒸气在管道输送过程中，除了冷启动时基本没有积聚的冷凝水排出，大大地减少了输送过程中的热损失。饱和蒸气在管路输送的过程中会有冷凝水积聚排出，损失能耗。蒸气远距离输送过程中有压力损失.，管路、弯头、阀门等管路损失，如果饱和蒸气远距离输送到用汽点时难以准确控制蒸气的压力和温度。饱和蒸气远距离输送，易产生水击，因此需要在蒸气输送管网中增加疏水器来避免或减少输送中的水击问题。所以无论选用外供蒸气还是自备蒸气的制浆造纸厂，在输送过程中应尽量输送过热蒸气，到用汽点前再减温减压。

不良影响

过热蒸气对设备造成的不良影响

无论是输送来的蒸气还是热电站来的蒸气基本都是过热蒸气，这种过热蒸气一般不能直接用于工艺生产，必需经过厂里的配汽站减温后变成微过热 ( 5 ～10 ℃ ) 蒸气。但是，经常会有造纸厂将上述未经减温的过热蒸气直接用于生产，以至造成设备损坏，增加维修工作量。

任何钢材都有使用上限( 相应受压元件的最高设计温度)，随着温度升高，钢材会有一个软化屈服点，当温度高于软化点后，钢材的强度将急剧下降，同样法兰也会随着温度的升高而产生蠕变变形而降低其最高允许工作压力，这将影响设备安全性和寿命。过热蒸气还可能使热膨胀超值，从而产生过度热应力。以连续蒸煮设备为例，使设备中的长管伸长量加大，超出设计值，以致焊点松脱或周边焊缝开裂渗漏，造成设备损坏。过高的温度还易使设备中的密封件造成损坏而漏汽。

过热蒸气对药液造成的不良影响

以连续蒸煮设备为例，蒸煮管中被加热的物料的介质有黑液和蒸煮药液，如果在蒸煮管中加入过热蒸气可能使不同温度区内的药液产生沸腾和闪急蒸发。蒸煮器中需要有较高的内压以避免在不同温度区内的药液产生沸腾和闪急蒸发。而过热蒸气有着较高的温度，这样会影响蒸煮效果。药液的沸腾和闪急蒸发易在管壁形成垢，降低传热效果，还增加了除垢清洗维修的工作。

蒸气过热系统

过热器的作用是将蒸气从饱和温度加热到额定的过热温度。在锅炉负荷或其他工况变动时，应保证过热温度的波动在允许的范围内。在电站锅炉中，蒸气过热器是锅炉的一个必备的重要部件，在很大程度上影响着锅炉的经济性和运行安全性。过热器分为对流过热器、半辐射屏式过热器、辐射式过热器（墙式过热器）和包墙管过热器。

所有的过热器均在大型锅炉中使用，过热器常与水冷壁和气包配合作用，单独将过热器用于加热蒸气来提高蒸气品质的方法较少使用或运行时不稳定。直接提高蒸气品质的方式有2种，一种是用电将饱和蒸气加热成过热蒸气，另一种就是用燃料燃烧产生的高温烟气对饱和蒸气加热，使蒸气品质满足生产工艺要求。用电将饱和蒸气加热成过热蒸气比较流行，但是耗电量和占地面积大，投资和运行成本高；然而用燃料燃烧产生的高温烟气对饱和蒸气加热是新型技术，这项技术符合国家的节能降耗政策。

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