Podstawy wiedzy o parze: para przegrzana
Para przegrzana doskonale sprawdza się w takich zastosowaniach, jak suszenie, czyszczenie lub utwardzanie. Poznaj jej zalety i zostań ekspertem do spraw pary.
Para przegrzana to kolejny rodzaj pary wodnej obok pary nasyconej lub nienasyconej. Parę tego typu wytwarza się przez podgrzewanie powyżej temperatury wrzenia. W rezultacie temperatura pary jest wyższa (a gęstość niższa). Ten rodzaj pary znajduje zastosowanie głównie w wytwarzaniu energii i w turbinach parowych.
W praktyce para nasycona nigdy nie jest w 100% sucha. Zazwyczaj zawiera od 3 do 5% wilgoci. Powoduje to ryzyko obniżenia wydajności przenoszenia ciepła lub nawet korozji rur. Z kolei w parze przegrzanej nie ma wilgoci, dzięki czemu idealnie nadaje się ona do takich zastosowań, jak suszenie, czyszczenie lub utwardzanie.
Para przegrzana a para nasycona: czym się różnią?
Gdy para zostanie podgrzana powyżej temperatury wrzenia, otrzymujemy parę przegrzaną. W trakcie tego procesu para wodna zostaje oddzielona od pozostałych kropelek wody. Jak widać, istnieje nieco różnic między parą przegrzaną a parą nasyconą.
Zależność ciśnienie-temperatura
W przeciwieństwie do pary nasyconej w parze przegrzanej nie ma bezpośredniego związku pomiędzy ciśnieniem a temperaturą. Oznacza to, że para przegrzana może występować w szerokim zakresie temperatur. Zazwyczaj jest on określany przez ciśnienie i stopień przegrzania (= czyli stopień ogrzania powyżej temperatury pary nasyconej).
Obniżanie temperatury
W porównaniu z parą nasyconą, para przegrzana ma też mniejszą gęstość. Obniżenie temperatury pary nasyconej powoduje, że powraca ona do stanu ciekłego wraz kropelkami wody. W przypadku pary przegrzanej jest inaczej.
Poszczególne zastosowania
Każde zastosowanie może wymagać innego rodzaju pary. W tej tabeli przedstawiono krótki przegląd rodzaju pary preferowanego w poszczególnych zastosowaniach, ale oczywiście są pewne niuanse. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w tym artykule.
Zastosowanie |
Para nasycona |
Para przegrzana |
Ogrzewanie |
V |
|
Sterylizacja |
V |
X |
Osuszanie |
|
V |
Stripping parowy |
|
V |
Czyszczenie |
X |
V |
Dezynfekcja |
|
V |
Kataliza (reforming parowy) |
|
V |
W jaki sposób tworzy się parę przegrzaną?
Parę przegrzaną otrzymuje się, gdy para nasycona przepływa z walczaka kotła do obszaru zwanego przegrzewaczem. Następuje dodatkowe podgrzanie, które zamienia parę nasyconą w parę przegrzaną. Woda nie może współistnieć z parą przegrzaną, ponieważ ciepło doprowadziłoby do jej odparowania. Dlatego para przegrzana musi powstawać poza głównym korpusem kotła.
Przegrzewanie pary następuje w kilku etapach
Zalety i wady pary przegrzanej
Wspomnieliśmy już, że w parze przegrzanej nie ma wilgoci. To ważne z kilku powodów:
- Brak wilgoci zwiększa wydajność kotła.
- Zmniejsza to ryzyko korozji lub wystąpienia uderzenia hydraulicznego.
Para przegrzana ma też inne zalety:
- Wysoka temperatura przy normalnym ciśnieniu
- Wysokie temperatury można osiągnąć bez stosowania wysokiego ciśnienia, więc instalacja rurowa może być prosta. Wysokie temperatury można uzyskać niezależnie od specyfikacji zbiornika ciśnieniowego lub kotła.
- Bardzo wysoka przewodność cieplna
- W porównaniu z gorącym powietrzem para przegrzana zapewnia znakomitą przewodność cieplną. Przyczyną jest jej wysoka pojemność cieplna na jednostkę objętości.
- Niska zawartość tlenu
- Para przegrzana to gaz o niskim poziomie tlenu. Zapobiega to utlenianiu się ogrzewanych obiektów oraz zmniejsza ryzyko pożarów i wybuchów.
Czym jest korozja podczas wytwarzania pary?
Gdy para wydostaje się z walczaka kotła, pozostawia po sobie pewną ilość zanieczyszczeń. W przypadku pary wilgotnej te zanieczyszczenia są rozpuszczone w kroplach wody. W rezultacie zanieczyszczenia przedostają się do sieci pary i urządzeń. Kondensat ten może spowodować uszkodzenia w wyniku erozji lub korozji węglanowej.
Co to jest uderzenie hydrauliczne?
Uderzenie hydrauliczne to zjawisko, które występuje, gdy ciecz będąca w ruchu spowoduje wzrost ciśnienia lub falę. Jest ono również nazywane szokiem hydraulicznym. W przypadku pary wygląda to następująco: porcja kondensatu przepływa z dużą prędkością i uderza w rurę. Może to spowodować różne problemy — od hałasu i wibracji po pęknięcie lub zapadnięcie się rury. Istnieją sposoby eliminacji lub ograniczania takich zjawisk, w tym użycie rodzaju pary odpowiedniego do zastosowania, a także stosowanie zaworów wydmuchowych i inne metody.
Para przegrzana ma również pewne wady, w szczególności jeśli ma być używana do ogrzewania:
- Niski współczynnik przekazywania ciepła
- Powoduje to zmniejszenie wydajności i zwiększenie wymaganej powierzchni potrzebnej do oddania ciepła.
- Zmienna temperatura pary, nawet przy stałym ciśnieniu
- Para przegrzana musi być tłoczona z wysoką prędkością. W przeciwnym razie temperatura będzie spadać w miarę utraty ciepła.
- Ciepło jawne wykorzystywane do przekazywania ciepła
- Oznacza to, że spadek temperatury może mieć negatywny wpływ na jakość produktu.
- Temperatura może być bardzo wysoka
- Specjalna instalacja rurowa nie jest potrzebna, ponieważ para przegrzana występuje pod normalnym ciśnieniem. Jednak jej temperatura bywa bardzo wysoka, więc konieczne może być stosowanie wytrzymalszych materiałów konstrukcyjnych, a to wymaga wyższych nakładów na sprzęt.
Co to jest współczynnik przekazywania ciepła?
Współczynnik przekazywania ciepła pozwala obliczyć skuteczność przekazywania ciepła. Jak napisano wcześniej, „wysoki współczynnik przekazywania ciepła wymaga niewielkiej powierzchni grzejnej, czego wynikiem są zmniejszone początkowe wydatki na sprzęt”. Ponieważ przy powstawaniu pary nasyconej odparowuje więcej wody, para ta pochłania więcej ciepła utajonego. W rezultacie w tej samej masie zawarte jest więcej ciepła, co oznacza, że para może wykonać większą pracę.
Wniosek
- Para przegrzana to para, która jest podgrzewana powyżej temperatury wrzenia.
- Para przegrzana ma wyższą temperaturę i niższą gęstość.
- Jest ona używana głównie do wytwarzania energii i w turbinach parowych. Dzięki temu idealnie nadaje się do takich zastosowań, jak suszenie, czyszczenie lub utwardzanie. Nie można jej jednak stosować do sterylizacji.
- Para przegrzana nie zawiera wilgoci, więc jest odpowiednia do procesów, w których wilgoć nie może się pojawić. Ponadto brak wilgoci zmniejsza ryzyko korozji i uderzeń hydraulicznych.
- Nie ma bezpośredniego związku między ciśnieniem a temperaturą. W przeciwieństwie do pary nasyconej, para przegrzana może istnieć w szerokim zakresie temperatur.
- Stopień przegrzania oznacza stopień podgrzania powyżej temperatury pary nasyconej.
- Obniżenie temperatury pary przegrzanej nie powoduje jej powrotu do stanu ciekłego, tak jak ma to miejsce w przypadku pary nasyconej.
3 główne zalety pary przegrzanej to:
- Wysokie temperatury przy normalnym ciśnieniu: można użyć zwykłych rur.
- Bardzo wysoka przewodność cieplna w porównaniu z gorącym powietrzem, spowodowana dużą pojemnością cieplną na jednostkę objętości.
- Niska zawartość tlenu: zapobieganie utlenianiu i zmniejszenie ryzyka pożaru lub wybuchu
