Humedad del vapor

Humedad del vapor : la relación entre las gotas de líquido  contenidas en el vapor saturado y la cantidad total de la mezcla de fases .

,

donde  es la masa de la fase líquida,  es la masa de vapor seco. La sequedad del vapor se determina de manera similar

.

Ambas cantidades obviamente pueden tomar valores de 0 a 1. En sentido amplio, la sequedad del vapor, o el contenido de vapor de una mezcla líquido-vapor, puede determinarse a través de la entalpía del medio y las entalpías del líquido saturado y vapor saturado seco como

.

Este valor puede ser negativo para agua subenfriada y exceder la unidad para vapor sobrecalentado .

En tecnología

Con la formación de vapor saturado en la caldera , parte del agua queda en estado de goteo. Además , las pérdidas de calor en las tuberías conducen a la formación adicional de condensado , cuya cantidad es mayor cuanto mayor sea el nivel inicial de humedad por goteo. A su vez, un aumento en la proporción de condensado conduce a pérdidas de calor más intensas. Además, en calderas con sobrecalentamiento de vapor, el arrastre de humedad al sobrecalentador conduce a su rápida contaminación con sales , cuya solubilidad en agua es mucho mayor que en vapor.

Para evitar el arrastre de humedad en los tambores de las calderas de vapor, se esfuerzan por crear el espejo de evaporación más grande posible para reducir la velocidad del medio, y también utilizan dispositivos de separación especiales . La humedad del vapor a la salida del tambor se puede reducir a 0,1-0,15% [1] . También se usa un separador frente al sobrecalentador de vapor-vapor en las centrales nucleares , desde el cual se elimina la humedad hacia el sistema de regeneración , y el vapor con alta sequedad se sobrecalienta.

La humedad de las gotas dispersas gruesas en el vapor le confiere propiedades abrasivas, provoca un desgaste rápido de las válvulas y de todos los lugares donde el flujo cambia de dirección (las gotas que son más densas que el vapor tienen una gran inercia y golpean la pared). En la tecnología de turbinas, el contenido de humedad final del vapor está limitado por las condiciones de desgaste de los álabes y la disminución de la eficiencia de los últimos compartimentos en un 8-14% (el límite disminuye al aumentar la velocidad periférica ) [2] .

Maneras de reducir la humedad del vapor

Por las razones anteriores y otras, en algunos casos en tecnología está permitido usar solo vapor completamente seco saturado o sobrecalentado (al menos ligeramente). Al mismo tiempo, muchas fuentes de vapor disponibles producen vapor poco o muy húmedo ( reactores RBMK y muchos generadores de vapor de centrales nucleares , calderas de tambor a la salida del tambor, evaporadores , la mayoría de los pozos GeoTPP , extracciones de turbinas bajas , etc.). Los siguientes tipos de dispositivos se utilizan para reducir y eliminar la humedad del vapor:

Separadores Separar mecánicamente las fases . En la mayoría de los casos, el efecto se basa en el hecho de que cuando el flujo gira, un líquido más pesado es expulsado por la fuerza centrífuga , así como en su propiedad de adherirse a ciertos materiales (en particular, acero , hierro fundido ). En consecuencia, existen separadores de vapor tipo ciclón con persianas. Se pueden instalar dentro del tambor o en otros lugares. sobrecalentamiento de vapor

El sobrecalentador primario se instala después de la superficie de evaporación de la fuente de calor (caldera, generador de vapor) antes de que se suministre vapor al lugar de uso; en la mayoría de las grandes calderas modernas, es una parte integral, a veces es un dispositivo separado. Después de hacer trabajo en la turbina, se puede impartir calor adicional al vapor, después de lo cual se elimina su contenido de humedad (si lo hay) y aumenta la capacidad para hacer trabajo ( entalpía ). En las centrales térmicas y algunas centrales nucleares (en particular, en la unidad BN-600 ), el vapor regresa a la fuente de calor, donde pasa a través de un haz de tubos especial, un sobrecalentador intermedio. En una parte significativa de la planta de energía nuclear, el vapor en la cabeza de la turbina se humedece inicialmente y termina con un contenido de humedad significativo, luego se envía al separador, donde se elimina la mayor cantidad de humedad posible. Dado que es inconveniente y poco confiable devolver el vapor separado al generador de vapor, su sobrecalentamiento lo proporciona el vapor primario en un intercambiador de calor de superficie: un sobrecalentador de vapor-vapor.

estrangulamiento La presión del vapor se libera sin realizar ningún trabajo ni eliminar calor y, como resultado, su entalpía al final del proceso supera la entalpía del vapor saturado a esta presión más baja. El problema es que a parámetros de aproximadamente 235/3,08 MPa, la entalpía del vapor de agua saturado tiene un máximo; si el vapor se estrangula cerca de la línea de saturación de parámetros más altos, primero aumentará su contenido de humedad, lo que provocará un desgaste rápido de la unidad reductora y permitirá obtener vapor seco de parámetros bajos [3] .

Contenido de vapor y velocidades de fase en flujos bifásicos

En los flujos de dos fases, el vapor y el líquido pueden moverse a diferentes velocidades : por ejemplo, durante el movimiento ascendente, las gotas de líquido más densas van a la zaga del vapor, y durante el movimiento descendente, lo adelantan. Además, al calcular la dinámica del movimiento de dichos flujos (por ejemplo, al calcular la circulación en las tuberías de la superficie de evaporación de las calderas), es importante no tanto la relación de peso como el volumen de las fases. [cuatro]

Tasa de circulación velocidad del agua, m / s , a temperatura de saturación (densidad kg/m³), correspondiente al caudal , kg /s, del fluido de trabajo en el canal con sección transversal , m² Velocidad reducida del agua , vapor la velocidad que tendría una fase al pasar por la sección transversal completa Velocidades verdaderas (flujo promedio) de vapor y agua . . donde , m² es el área de la sección transversal ocupada por el vapor. Velocidad relativa del vapor diferencia entre las velocidades verdaderas del vapor y del agua ( , ) Velocidad de la mezcla de vapor y agua la relación del caudal volumétrico, m³/s, de la mezcla en la tubería a su sección transversal Contenido de masa de vapor fracción de masa del flujo de vapor en el flujo en , . Dado que las velocidades de fase no suelen ser iguales, al tomar muestras de una tubería, se obtiene una relación que no refleja la verdadera transferencia de entalpía por el flujo. Contenido de vapor de consumo volumétrico fracción de volumen del flujo de vapor en el flujo a . Para cualquier relación de velocidades Contenido de vapor real (presión) proporción de la sección de tubería ocupada por vapor: . Este valor (promedio en altura) se utiliza para calcular la presión , Pa, circulación natural: a la altura del sistema y la densidad del agua en la bajante ,

donde m/s² es la aceleración de caída libre . Dado que el movimiento en la tubería calentada es hacia arriba, y la presión de circulación natural es menor de lo que se podría suponer, con base en el valor de la relación de circulación .

Notas

  1. ↑ Instalaciones de calderas Zakh R. G .. - M. : Energía, 1968. - S. 156-158. — 352 págs.
  2. ↑ Turbinas de centrales térmicas y nucleares / Ed. A. G. Kostyuk, V. V. Frolov. - M. : Editorial MPEI, 2001. - S. 131. - 488 p. — ISBN 5-7046-0844-2 .
  3. ↑ Además, cuanto más bajos, más altos están en la entrada, por ejemplo, de un vapor de 7 MPa/286 °C con una entalpía de 2772 kJ/kg, solo se pueden obtener unos 0,88 MPa/174 °C
  4. ↑ Dvoinishnikov V. A. et al. Diseño y cálculo de calderas y plantas de calderas: Libro de texto para escuelas técnicas en la especialidad "Construcción de calderas" / V. A. Dvoinishnikov, L. V. Deev, M. A. Izyumov. - M. : Mashinostroenie, 1988. - S. 164-167. — 264 págs.

Fuentes