略談道爾頓定律在蒸汽系統(tǒng)中的運用

       在任何容器內(nèi)的氣體混合物中, 若各種氣體間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則每種氣體都均勻地分布在整個容器內(nèi)，而且每種氣體的壓力等于相同溫度下其單獨充滿整個容器時的壓力。簡言之，氣體混合物的總壓等于各氣體分壓之和。這就是道爾頓分壓定律。嚴(yán)格來講，道爾頓分壓定律只適合于理想氣體混合物，但從多年來國內(nèi)外的實驗和實踐證明，道爾頓分壓定律也適用于蒸汽系統(tǒng)。也就是說，蒸汽和空氣的混合氣體的總壓力為二者單獨占有整個容器的分壓力之和。

       那么，在蒸汽系統(tǒng)中，如何運用道爾頓定律呢？

       飽和蒸汽溫度偏低現(xiàn)象 大家知道，飽和蒸汽的壓力和溫度存在一一對應(yīng)關(guān)系，所以在加熱制程中為了滿足工藝溫度要求需要設(shè)定蒸汽壓力，但有時會出現(xiàn)因蒸汽溫度低于其壓力對應(yīng)的飽和溫度而影響加熱溫度和加熱效率。這個問題，可以用道爾頓定律進行詮釋。

       例如，蒸汽壓力表顯示9barg，即蒸汽絕壓10bara，純飽和蒸汽溫度應(yīng)該是180℃。然而，當(dāng)空氣占總體積的1/5、蒸汽占總體積的4/5時，根據(jù)道爾頓分壓定律，決定混合溫度的蒸汽組分壓力為10×4/5=8（bara），而8bara對應(yīng)的飽和溫度是171℃，并非180℃。這就找到了飽和蒸汽溫度偏低的問題所在。

       自動排空氣閥的工作機理 蒸汽中含空氣時，傳熱效率降低，管道、閥門和設(shè)備的腐蝕加重，因此，及時地排除蒸汽系統(tǒng)中的空氣非常必要。

       最常用的自動排空閥為壓力平衡型（液囊型——液囊內(nèi)封存的液體沸點低于水的沸點，也就是說，液囊內(nèi)液體在低于蒸汽的飽和溫度時沸騰）。壓力平衡型排空閥的工作機理也是基于道爾頓分壓定律：當(dāng)蒸汽中存在空氣時，排空閥內(nèi)的液囊承受的壓力為蒸汽和空氣的混合氣體總壓力，而決定混合氣體溫度的是蒸汽組分的壓力，因此混合氣體的溫度低于液囊承受壓力對應(yīng)的飽和溫度，液囊內(nèi)液體不會沸騰，排空口處于開啟狀態(tài)，空氣排出。空氣排出后，液囊承受壓力變?yōu)榧冋羝麎毫?，承受溫度為該壓力對?yīng)的飽和溫度，液囊內(nèi)液體沸騰而體積增大，帶動閥芯移動，關(guān)閉排出口。實際上，由于液囊內(nèi)液體在低于蒸汽飽和溫度時就沸騰，所以壓力平衡排空閥會在低于飽和溫度時關(guān)閉?？梢酝ㄟ^選擇不同的液囊來選擇自動排空閥的排放溫度。

       引起蒸汽計量問題 對于飽和蒸汽，蒸汽流量計需要溫度或壓力補償，為的是確定蒸汽的密度以便積算出蒸汽的質(zhì)量流量。如果選用的是壓力補償，當(dāng)蒸汽中含有空氣，壓力傳感器測試的是蒸汽和空氣混合氣體的壓力。根據(jù)道爾頓定律，該壓力高于實際蒸汽壓力，蒸汽密度被提高，致使蒸汽流量計顯示值大于實際蒸汽流量；對于過熱蒸汽，蒸汽流量計需要同時配置溫度和壓力補償，如果蒸汽中含有空氣，壓力傳感器測試的也是蒸汽和空氣混合氣體的壓力，同樣導(dǎo)致流量計計量值偏大。