蒸汽疏水阀和蒸汽阱

空气的影响

如果空气与蒸汽混合并随其流动，空气袋将停留在蒸汽冷凝的热交换表面。如图11.12.1所示，逐渐形成一层薄的绝缘层，阻碍了热传递。空气由于其低导电性而被广泛地用作绝缘体(例如，现代窗户使用的双层玻璃只是两层玻璃，在它们之间夹一层空气绝缘层)。同样地，用空气来减少蒸汽管道的热损失。大多数绝缘材料是由数以百万计的微小空气细胞组成，在玻璃纤维、矿棉或聚合物类材料的基质中。空气是绝缘体，而固体材料只是把它固定在位置上。同样，在传热表面的蒸汽一侧的空气膜对热的流动有阻力，从而降低了传热率。

空气的导热系数为0.025 W/m°C，水的导热系数一般为0.6 W/m°C，铁的导热系数约为75 W/m°C，铜的导热系数约为390 W/m°C。一层只有1毫米厚的空气薄膜与一层约15米厚的铜墙具有相同的热流阻力!

空气不太可能存在作为热交换器内的均匀薄膜。更可能，空气的浓度较高靠近冷凝表面，更远的距离。然而，在试图显示其对热流的抵抗时，它是方便的。

当在蒸汽中加入空气时，一定体积的混合物的热量低于相同体积的纯蒸汽，因此混合温度降低。

道尔顿分压定律说;在蒸汽和空气的混合物中，总压力是每一种气体在占据其自身的总体积时所施加的分压之和。

例如，如果蒸汽/空气混合物在2巴(绝对)的总压力是由3份蒸汽和1份空气的体积组成的，那么:

空气分压=¼× 2 bar a = 0.5 bar a

蒸汽分压=¾× 2 bar a = 1.5 bar a

混合物总压力= 0.5 + 1.5 bar a = 2bar a (1bar g)

压力表将指示一个1bar g的压力，推断相应的温度为120°C给观察者。然而，由于混合物中存在的蒸汽量，分压仅为0.5 bar g (1.5 bar a)，导致温度仅为112°C。因此，空气的存在有双重作用:

• 它通过其分层效果提供了对热传递的抵抗力。
• 因此降低了蒸汽空间的温度，从而减小了传热表面上的温度梯度。

总的效果是使传热速率降低到临界过程所需要的温度以下，在最坏的情况下，甚至可能阻止达到最终所需的过程温度。

在许多过程中，需要最小的温度来实现产品中的化学或物理变化，就像在灭菌器中最小的温度是必需的。空气的存在特别有问题，因为它会导致压力计误导。因此，不能从压力推断温度。

系统内空气

蒸汽管道和蒸汽设备在启动时存在空气。即使系统在使用时充满纯蒸汽，凝结的蒸汽也会造成真空，在关闭时将空气吸入管道。

空气也可以在给水溶液中进入系统。在80°C时，水能溶解约0.6%的空气体积。氧的溶解度大约是氮的两倍，所以溶于水的“空气”中含有近一份氧和两份氮，而不是大气中一份氧和四份氮。二氧化碳的溶解度更高，大约是氧的30倍。

锅炉给水，以及暴露在大气中的凝结水，很容易吸收这些气体。当水在锅炉中被加热时，气体随蒸汽释放，进入分配系统。除非锅炉补充水完全脱盐和除气，否则它通常会含有水处理过程中化学交换产生的可溶碳酸钠。碳酸钠可以在锅炉中释放出来，再次形成二氧化碳。

具有较高的压力锅炉，在泵送到锅炉之前，通常通常通过脱气剂通过脱水剂。最好的脱水剂可以将氧气水平降至每百万（ppm）的水中。然后可以通过化学处理来处理这种残留的氧气。然而，这种量的氧气将伴有约6ppm的氮，化学处理忽略了。如果锅炉具有适度的尺寸，则每小时生产10,000千克蒸汽，它使用约10,000升每小时的水，反过来产生60cm³的氮。这将随着时间的推移累积，如果没有从系统中取出，则对热传递的显着影响。

最好的物理和化学处理仍然会让一些未经处理的不凝气体随蒸汽离开锅炉。空气，经常是不被怀疑的，在蒸汽系统中比想象的更广泛，是限制输出和设备腐蚀的原因。

空气的迹象

1. 任何蒸汽加热设备的输出量逐渐下降。
2. 冷凝液中有气泡。
3. 腐蚀。

从蒸汽系统中除去空气是至关重要的。下面几页通过讨论通风口的应用来解决这个问题。

空气去除

最有效的通风方式是用自动装置。空气与蒸汽的混合降低了混合温度。这使得一个恒温装置(基于平衡压力或双金属原理)能够排出蒸汽系统。当有空气存在时，安装在容器蒸汽空间(图11.12.3)或蒸汽总管末端(图11.12.4)的通风口将打开。为了最大限度地排出空气，排放应该尽可能自由。通常要安装一根管道将排放物送到安全的地方，最好不是冷凝水回流管，因为这可能会限制空气的自由释放，也可能导致腐蚀。

如果在疏水阀旁安装一个排气口(图11.12.5)，则在空气排出后，它将起到疏水阀的作用，并可能不时地排放冷凝水。在这种情况下，有必要在疏水阀之后将排气口重新连接到凝结水管线上。

如果疏水阀的凝结水排放管线上升到较高水平，则被水淹没的管线会对疏水阀和排气口施加反压力。排气口的排气能力降低，特别是在启动时。这同样适用于当排气口并入蒸汽疏水阀内。当应用蒸汽空间的形状和蒸汽进口的位置意味着大部分空气通过凝结水出口时，最好是从疏水阀和排气口的排放管道不上升到较高的水平。

通风位置

当一个线圈或容器有一个相对较小的横截面时，进入其中的蒸汽就会像活塞一样，把空气推向远离蒸汽入口的一个点。这个“远点”通常是排气孔的最佳位置。在图11.12.6所示形状的蒸汽用户的情况下，一些空气将通过冷凝水出口，根据疏水阀的规定，或通过旁路，以处理空气。其余的空气可能会按照指示聚集起来，在受热表面形成一个冷点。本机不能均匀升温，在某些设备，如洗衣熨斗的床上可能会造成变形。

当空气/蒸汽混合物比纯蒸汽相同的压力时，通常足以在低洼蒸汽疏水阀内提供空气通风能力。然而，陷阱的操作模式意味着冷凝物在陷阱入口处形成水密封，有时会阻止空气到达陷阱。可能需要考虑连接到任何冷凝水平的蒸汽空间的自动通风口。通常，将其连接到蒸汽空间的顶部方便和充分有效，如图11.12.6所示。