Физико-химические свойства воды. Агрегатные состояния воды. Состояние насыщения

Состояния и теплотехнические названия воды и пара:

Если подводить теплоту к холодной воде при постоянном давлении (в изобарном процессе), то вода, как рабочее тело последовательно проходит следующие состояния. Сначала это нагретая жидкость, температура которой повышается по мере подвода теплоты. При достижении температуры насыщения дальнейший подвод теплоты сопровождается кипением (технический термин − парообразование), то есть превращением воды в пар. Смесь воды и водяного пара называется влажный пар, причём при подводе теплоты влажный пар не меняет температуру, то есть нагревания не происходит, пока вся вода не превратится в пар. Когда же это произойдёт, то такой пар будет называться сухим насыщенным. Дальнейший подвод теплоты повышает температуру пара – это перегретый пар.

Основные теплофизические состояния воды и водяного пара следующие:

1) Вода нагретая – вода, температура которой ниже температуры насыщения t_s при данном давлении воды t_s (p) и выше температуры тройной точки t_тр, то есть выполняется условие: t_тр < t < t_s(p). При атмосферном давлении (101325 Па) нагретая вода имеет температуру от 0°С до 100°С.

2) Вода в состоянии насыщения (насыщенная) – вода, температура которой равна температуре насыщения при данном давлении: t = t_s(p). Насыщенная вода не кипит, однако при дальнейшем подводе теплоты начинается кипение. Известно, что температура насыщения повышается с ростом давления. Так, например, в скороварке, где поддерживается давление 200 кПа (2 атмосферы), температура насыщения примерно 120°С. При снижении давления температура насыщения воды снижается, например при давлении 5 кПа она составляет примерно 33°С.

3) Вода перегретая (кипящая) – вода, температура которой выше температуры насыщения при данном давлении: t > t_s(p). Данное состояние воды неравновесное, оно возникает на парообразующих поверхностях, и при наличии центров парообразования и достаточном перегреве воды Δt_пв = t – t_пв начинается и идёт процесс парообразования (кипения). Например, при атмосферном давлении пузырьковое кипение воды идет при перегреве Δt = 5 … 25 °С. Приближенно можно считать, что вода кипит при подводе теплоты при температуре насыщения, пренебрегая величиной перегрева. Описывая процесс превращения воды в пар, следует учесть, что термин «испарение» относится к явлению на поверхности воды, а в теплообменных аппаратах происходит парообразование (кипение).

4) Пар сухой (насыщенный) – пар, возникающий в момент, когда испаряется последняя капля воды, то есть исчезает жидкая фаза и он имеет температуру, равную температуре насыщения при данном давлении пара: t = t_s(p).

5) Пар влажный (насыщенный) – пар, возникающий в процессе парообразования, и он является механической смесью мельчайших капель воды (в состоянии насыщения) и молекул воды (сухого пара). Пар насыщенный, имеет температуру, равную температуре насыщения при данном давлении пара: t = t_s(p). Данное условие наличия однозначной связи между температурой насыщения t_s и давлением р_s <=> t_s является признаком состояния насыщения. Соотношение воды и пара во влажном паре характеризуется степенью сухости х или степенью влажности y.

6) Пар перегретый (ненасыщенный) – пар, в котором отсутствует жидкая фаза воды и температура которого выше температуры насыщения при данном давлении: t > t_s(p). Образуется, например, при подводе теплоты к сухому пару или иногда при дросселировании влажного пара.

7) Пар переохлажденный (ненасыщенный) – неравновесное состояние пара, при котором его температура ниже температуры насыщения при данном давлении: t < t_s(p), но процесса конденсации пара не происходит, например при быстром охлаждении пара. Такое состояние пара неустойчиво и можно считать, что при отводе теплоты от сухого насыщенного пара в изобарном процессе пар сразу становится влажным.

Общепринятые специальные теплотехнические названия воды и водяного пара (рабочей средой котельной установки) следующие:

1) Сырая вода – очищенная от механических примесей вода, поступающая извне в котельную установку для восполнения потерь воды и пара.

2) Химочищенная вода – сырая вода после блока химводоочистки, из которой удалены растворенные в ней накипеобразующие соли и примеси.

3) Деаэрированная вода – это вода, забираемая из аккумулирующего бака деаэратора, из которой удалены растворенные коррозионно-активные газы (кислород, углекислый газ).

4) Питательная вода – это вода после питательного насоса (ПН), которая поступает в экономайзер и котлоагрегат (паровой котел).

5) Котловая вода – это вода, которая находится в барабане и парообразующих поверхностях котлоагрегата (топочных экранах).

6) Продувочная вода – это вода с высоким солесодержанием непрерывно удаляемая из солевого отсека барабана котла и сбрасываемая в бак-барботер, или вода, периодически удаляемая из нижних коллекторов топочных экранов.

7) Сетевая вода – это вода, постоянно циркулирующая в водяной тепловой сети системы централизованного теплоснабжения между источником (котельной, ТЭЦ) и потребителями теплоты. Различают идущую от источника горячую прямую сетевую воду в подающем трубопроводе тепловой сети и возвращающуюся на источник по обратному трубопроводу охлажденную обратную сетевую воду. На источнике сетевая вода вновь подогревается в сетевых подогревателях (паровых бойлерах) или в водогрейных котлах.

8) Подпиточная вода – это вода, подаваемая на источнике подпиточным насосом (ППН) в тепловую сеть для полного восполнения потерь и утечек сетевой воды у потребителей.

9) Конденсат – это вода, получающаяся в результате конденсации греющего пара в паровых теплообменных аппаратах, например обратный конденсат технологического пара от промышленных потребителей.

10) Дренаж – это конденсат из паровых теплообменников, вода утечек из аппаратов и трубопроводов, промывочная вода химочистки и другая вода, которая сливается или может сливаться в канализацию и удаляться из котельной.

11) Свежий пар – это пар наиболее высоких параметром в выходном коллекторе парогенератора (котлоагрегата, парового котла) из которого он поступает потребителям пара и на собственные нужды котельной.

12) Редуцированный пар – это пар сниженных параметров после прохождения им редукционно-охладительной установки (РОУ).

13) Технологический пар – это влажный или перегретый пар, подающийся из котельной установки промышленным потребителям для технологических нужд – для силовых приводов и теплоиспользующих агрегатов, в которых он отдает теплоту своего охлаждения (если он перегретый) и конденсации.

14) Греющий пар – это пар, поступающий в какие-либо паровые теплообменники, в которых он остывает (если он перегретый) и конденсируется, нагревая отдаваемой теплотой какой-либо холодный теплоноситель.

15) Вторичный пар – это пар, образующийся вследствие вторичного вскипания воды (конденсата) в каком-либо аппарате после такого уменьшения давления поступающей воды, что вода оказывается в перегретом состоянии и вскипает. Например, вторичный пар, образующийся вследствие вскипания продувочной воды в расширителе-сепараторе непрерывной продувки.

16) Выпар – это удаляемая из верхнего штуцера деаэрационной колонки деаэратора смесь выделившихся из деаэрируемой воды коррозионно-активных газов и остатков несконденсировавшегося греющего пара.

17) Пролетный пар – это греющий пар, проходящий через конденсатоотводчики паровых теплообменных аппаратов вследствие неисправности конденсатоотводчиков или наличия в конденсате мельчайших пузырьков пара.

18) Пар утечек – это пар, теряемый из паропроводов котельной вследствие неплотности фланцевых или иных соединений, неисправности запорной арматуры, потерь при пуске котлоагрегата и др.