蒸汽中的空气为什么排除困难

蒸汽中的空气为什么排除困难

如果蒸汽中混有空气，蒸汽在换热器表面冷凝后，空气就会积聚并逐渐形成空气保温层，阻止热量传递。

蒸汽中的空气总效应就是降低了传热效率，而一些关键制程不希望出现这种情况，甚至使制程无法达到所要求的温度。

在许多制程中，要求达到一定的温度才能使产品产生一定量的化学和物理变化。例如灭菌器必须到某一温度才能达到灭菌效果，蒸汽内出现空气就会成为一个问题，因为压力表的压力显示通常会误导人们对蒸汽温度的正确推断。

由于蒸汽和空气混合在一起途径如果是由于蒸汽管道冷却形成真空而吸入空气，则空气成分与大气成为相同，以氮气为主。在10barg以内，在相同压力下，氮气与氧气形成的混合空气中的比纯净蒸汽的密度要大（27:18）。此时蒸汽中的空气表现为典型的惰性气体性质和状态。

而由锅炉给水除氧不足形成的蒸汽中的气体会有不同，由于二氧化碳与氧气在水中溶解率远大于氮气（1000倍），蒸汽中不凝性气体的成分会有不同，空气的集聚状态和流动也会不尽相同。

一般而言，空气等不凝性气体在蒸汽中的位置和状态等不相同。因而空气等不凝性气体的收集、分离、捕捉和排放的设计模型也不尽相同。

当蒸汽主管中的空气通常被蒸汽携带至管道末端，只要在蒸汽主管末端顶部安装排气阀即可。

当进入较大的蒸汽空间，比如夹层锅和灭菌釜等设备，空气团的形成往往与冷凝速度相关，越快冷凝的空间，随着蒸汽的冷凝，越容易形成空气团。与预测不一致的是，测试发现空气集聚也发生器换热器死区，比如蒸汽进口的最远端。

当盘管和加热容器有一个相对较小的通道时，蒸汽进入后就像一个活塞一样推动空气前进直至换热管的末端。

对于板式换热器、波纹管换热器，等增大换热面积和紊流，但空气的相对分散，不容易积聚，要采用入口排空和疏水阀辅助排空来尽可能排除空气。

在换热器中，如果存在冷凝水集聚或水封，空气一定会在液面之上，比如典型的滚筒加热，蒸汽的流动方向和流动状态使得空气状态更加复杂。这就更不利于空气的收集与排放，外部设计不保温的气体集聚罐，有利于把滚筒内的空气在热虹吸作用下 排出排放。

同样的道理，安装位置较低的疏水阀可以排除空气，但由疏水阀的工作方式可知，冷凝水会在疏水阀的进口形成水封，有时会阻止空气到达疏水阀。可能需要在蒸汽空间内冷凝水平面之上安装排气阀。

如果疏水阀后的冷凝水管道有一个较高的提升，满溢的管道就会对疏水阀和排空气阀产生背压，排除空气的能力就会降低，尤其是在启动阶段，排空气阀内置在疏水阀内也是一样的。由蒸汽空间的形状和蒸汽的进口位置可知，预期设计中，大部分空气都会经由冷凝水出口排出。所以最好疏水阀和排空气阀的排放管不要有较高的提升。

普遍上，蒸汽使用设备的一少部分空气将会通过疏水阀中的内置排空气阀或旁通阀和冷排出。剩下的大部分空气可能会积聚在设备的某一处，形成一个冷区，最终该处就不能加热，也可能会引起设备的变形。

采用独立热静力排气阀、温控排空阀、和气体集聚罐、疏水阀等设计可以有效排除蒸汽系统中的空气。

及时有效排除空气，对蒸汽的换热效率有时会有关键性的影响，空气排除的设计考量在设计蒸汽系统时，必须引起重视。