Перегрев пара при редуцировании

При проектировании паровых систем наши партнеры часто сталкиваются со следующими вопросами:
- что происходит с температурой насыщенного пара при снижении давления?
- становится ли насыщенный пар после понижения давления перегретым?
- нужна ли охладительная установка после редукционного клапана?
 

Давайте последовательно с этим разберемся.
Для примера рассмотрим следующую задачу: 
Снижение давления насыщенного пара с 10 бар(и) до 1 бар(и).
Насыщенный пар с давлением 10 бар(и) имеет температуру 184,1 оС и энтальпию 2780.44 кДж/кг.
Энтальпия пара на входе в клапан принимаем равной энтальпии после клапана (потери тепловой энергии в клапане пренебрежимо малы).

Следовательно пар за клапаном имеет следующие параметры: 1 бар(и); 2780,44 кДж/кг; Т2=??/
 помощью приложения WiseTools (Термодинамические свойства воды и водяного пара (определение агрегатного состояния) найдем температуру пара при этих условиях: Т2 = 155,6 оС
Насыщенному же пару при 1 бар(и) соответствует температура 120,4 оС

Стало быть мы имеем перегретый пар.
Перегрев составляет 35,2оС относительно точки насыщения.
Значит необходима охладительная установка?

Прежде чем ответить на этот вопрос, заметим следующее: в расчетах выше были приняты параметры насыщенного пара со степенью сухости 100%. В реальных паровых системах достижение степени сухости пара 100% без дополнительных устройств является весьма сложной задачей (современные сепараторы пара позволяют достигать степени сухости 95-98%).

1) При степени сухости 95% энтальпия пара 10 бар(и) будет составлять: 0,95*2780,44+(1-0,95)*781,3 = 2 680,5 кДж/кг
2) При степени сухости 98% энтальпия пара 10 бар(и) будет составлять: 0,98*2780,44+(1-0,98)*781,3 = 2 740,4 кДж/кг
Где 781,3 кДж/кг - энтальпия насыщенной воды (конденсата) при 10 бар(и).

Давайте сравним эти значения с энтальпией насыщенного пара со степенью сухости 100% при 1 бар(и): 2 707,2 кДж/кг
1) 2 680,5 кДж/кг < 2 707,2 кДж/кг (перегрева не будет)
2)  2 740,4 кДж/кг > 2 707,2 кДж/кг (перегрев будет, составит 15,9оС)

Если углубиться в расчеты, то в данном случае (при редуцировании пара с 10 бар(и) до 1 бар(и):
а) перегрева не будет при степени сухости исходного пара ниже 96,33%
б) при степени сухости исходного пара 96,33% на выходе будет пар со степенью сухости 100%.
в) при степени сухости исходного пара от 96,33% на выходе будет перегреты пар. Перегрев составит от 0,1 до 35,2 оС.
 

Теперь давайте вернемся к изначальным вопросам:
- что происходит с температурой насыщенного пара при снижении давления?
Температура редуцированного пара при высоких степенях сухости исходного пара может быть выше температуры насыщения.

- становится ли насыщенный пар после понижения давления перегретым?
При высоких степенях сухости исходного пара редуцированный пар может иметь некоторый перегрев.

- нужна ли охладительная установка после редукционного клапана?
В подавляющем большинстве случаев охладительная установка не нужна по нескольким причинам:
а) исходный пар имеет недостаточную степень сухости для значительного перегрева редуцированного пара
б) энергия перегрева ничтожно мала - температура пара снижается до значений насыщенного пара на коротком участке трубопровода за клапаном
Именно поэтому в большинстве инженерных расчетов температура пара до и после редуцирования принимается равной температуре насыщения при начальном и конечном давлении.

Следует отметить, что чем больше разность между начальным и конечным давлением, тем выше эффект осушения/перегрева пара. 
Оценить предполагаемую температуру перегрева Вы сможете с помощью приложения WiseTools - Повышение степени сухости/перегрев пара при редуцировании.