Свойста воды и водяного пара

Основные показатели, которые характеризуют трубопроводы пара и го­рячей воды — давление и температура.

Давление — отношение силы к площади, на которую она действует. Дав­ление, отсчитываемое от абсолютного нуля, называется абсолютным, дав­ление, оказываемое атмосферой, — атмосферным. Избыточное давление отсчитывается от уже имеющегося атмосферного давления:

Р_изб = Р_абс — Р_атм 

где Р_Изб — избыточное давление;

      Р_а6с— абсолютное давление;

      Р_зты— атмосферное (барометрическое) давление.

В международной системе единиц СИ единицей измерения давления является паскаль (Па). Один паскаль — это давление, оказываемое силой в 1 ньютон на площадь в 1 квадратный метр:  1 Па = 1   Н/м².

Также на практике широко применяется внесистемная единица изме­рения давления — килограмм-сила на сантиметр квадратный — кгс/см². В эксплуатации находится большое число показывающих манометров, про­градуированных в кгс/см². В Западной Европе как единица измерения дав­ления применяется бар (bar). Один бар равен 100 ООО Па, что приблизитель­но равно 1 кгс/см². Паскаль очень мал, на практике применяют кратные ему единицы:

• 1 кПа (килопаскаль) = 1000 Па;
• 1 МПа (МегаПаскаль) = 1 000 000 Па х 10 кгс/см².

Соответственно, 1 кгс/см² ≈ 0,1 МПа.

Температурой называется величина, характеризующая степень нагрето- сти вещества. В международной системе единиц СИ за нуль шкалы при­нимается температура абсолютного нуля. Абсолютная шкала температуры начинается от абсолютного нуля и градуируется в кельвинах (К), принятых за единицу температуры в системе единиц СИ. На практике чаще всего температуру измеряют по международной 100-градусной шкале в градусах Цельсия (°С). Эта шкала имеет две постоянные точки: температуру кипе­ния воды при нормальном атмосферном давлении и температуру ее замер­зания. Температура замерзания воды принята равной 0°С, температура ки­пения равна 100 °С. Температура выше 0°С обозначается со знаком плюс (+), а ниже 0°С — со знаком минус (—). Абсолютная температура Т связана с температурой по Цельсию t следующим соотношением:

T=t+273,15 К, 

где t — температура, измеренная в градусах Цельсия;

      Т— температура, измеренная в градусах Кельвина.

Трубопроводы пара и горячей воды характеризуются следующими основ­ными параметрами:

• рабочее давление — максимальное избыточное давление в трубопрово­де на входе в него, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса;
• расчетное давление — давление в трубопроводе, на которое производит­ся расчет на прочность;
• пробное давление — давление, при котором проводится испытание тру­бопровода на прочность и плотность;
• температура рабочей среды — максимальная температура пара или го­рячей воды в трубопроводе при нормальном протекании процесса.

Удельная теплоемкость показывает, какое количество теплоты необхо­димо передать единице массы вещества, для того чтобы его температура по­высилась на один градус. В системе единиц СИ теплоемкость измеряется в джоулях на килограмм на градус — Дж/(кг- град). Возможно использование внесистемной единицы — калория на килограмм на градус (кал/(кг-град)). При температуре 20 °С и нормальном атмосферном давлении удельная тепло­емкость воды равна 4183 Дж/(кг-град) или 1 ккал/(кг-град). Среди доступ­ных жидкостей вода имеет наибольшую теплоемкость. Изменение давления и температуры воды существенно влияет на ее удельную теплоемкость.

Переход воды из жидкого состояния в газообразное называется парообра­зованием, из газообразного в жидкое — конденсацией. Кипение — это процесс интенсивного парообразования по всей поверхности жидкости. При нор­мальном атмосферном давлении температура кипения составляет 100 °С, с увеличением давления температура кипения возрастает (таблица ниже).

Отношение Абсолютного давления к температуре кипения

Водяной пар бывает насыщенный и перегретый. Насыщенный пар по­лучают при кипении воды, имеющей с ним одинаковую температуру при давлении насыщения. Пар, температура которого при определенном дав­лении превышает температуру насыщенного пара, называется перегретым. Например, при абсолютном давлении 2,0 МПа температура насыщенного пара составляет 211 °С, а перегретого — более 211 °С, например, 230 °С или 240 °С .

В системах отопления в качестве теплоносителя используется вода или водяной пар, при этом применение воды позволяет достичь лучших пока­зателей. При использовании воды удается достичь комфортной температу­ры отопительных приборов. Температура поверхности отопительных при­боров паровых систем велика и может достигать 100°С и более. При этом на поверхности происходит разложение органической пыли, что ухудшает санитарно-гигиенические характеристики помещений. Высокая темпе­ратура пара не позволяет поддерживать температуру помещения плавным регулированием, приходится выключать отопление при нагреве воздуха до необходимой температуры и включать при остывании. Это приводит к ускоренной коррозии трубопроводов изнутри. Вода позволяет изменять те­пловую нагрузку системы отопления равномерно. При использовании пара увеличиваются эксплуатационные затраты на отопление, перегреваются помещения, возникает шум при движении теплоносителя, увеличиваются потери тепла в трубопроводах, а значит, и расход топлива.

Водяной пар является основным теплоносителем для технологических процессов, связанных с преобразованием тепловой энергии в механиче­скую, и применяется в турбинах и паровых машинах: паровых двигателях, насосах, молотах. Также пар используется в технологических энергоуста­новках промышленных производств: теплообменниках, сушильных и вы­парных установках, установках для термовлажностной обработки железо­бетона и других.

Вернуться к списку