略談道爾頓定律在蒸汽系統(tǒng)中的運(yùn)用
在任何容器內(nèi)的氣體混合物中, 若各種氣體間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則每種氣體都均勻地分布在整個(gè)容器內(nèi)，而且每種氣體的壓力等于相同溫度下其單獨(dú)充滿整個(gè)容器時(shí)的壓力。簡(jiǎn)言之，氣體混合物的總壓等于各氣體分壓之和。這就是道爾頓分壓定律。嚴(yán)格來講，道爾頓分壓定律只適合于理想氣體混合物，但從多年來國(guó)內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明，道爾頓分壓定律也適用于蒸汽系統(tǒng)。也就是說，蒸汽和空氣的混合氣體的總壓力為二者單獨(dú)占有整個(gè)容器的分壓力之和。
那么，在蒸汽系統(tǒng)中，如何運(yùn)用道爾頓定律呢？
飽和蒸汽溫度偏低現(xiàn)象 大家知道，飽和蒸汽的壓力和溫度存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以在加熱制程中為了滿足工藝溫度要求需要設(shè)定蒸汽壓力，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)因蒸汽溫度低于其壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度而影響加熱溫度和加熱效率。這個(gè)問題，可以用道爾頓定律進(jìn)行詮釋。
例如，蒸汽壓力表顯示9barg，即蒸汽絕壓10bara，純飽和蒸汽溫度應(yīng)該是180℃。然而，當(dāng)空氣占總體積的1/5、蒸汽占總體積的4/5時(shí)，根據(jù)道爾頓分壓定律，決定混合溫度的蒸汽組分壓力為10×4/5=8（bara），而8bara對(duì)應(yīng)的飽和溫度是171℃，并非180℃。這就找到了飽和蒸汽溫度偏低的問題所在。
自動(dòng)排空氣閥的工作機(jī)理 蒸汽中含空氣時(shí)，傳熱效率降低，管道、閥門和設(shè)備的腐蝕加重，因此，及時(shí)地排除蒸汽系統(tǒng)中的空氣非常必要。
最常用的自動(dòng)排空閥為壓力平衡型（液囊型——液囊內(nèi)封存的液體沸點(diǎn)低于水的沸點(diǎn)，也就是說，液囊內(nèi)液體在低于蒸汽的飽和溫度時(shí)沸騰）。壓力平衡型排空閥的工作機(jī)理也是基于道爾頓分壓定律：當(dāng)蒸汽中存在空氣時(shí)，排空閥內(nèi)的液囊承受的壓力為蒸汽和空氣的混合氣體總壓力，而決定混合氣體溫度的是蒸汽組分的壓力，因此混合氣體的溫度低于液囊承受壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度，液囊內(nèi)液體不會(huì)沸騰，排空口處于開啟狀態(tài)，空氣排出?？諝馀懦龊?，液囊承受壓力變?yōu)榧冋羝麎毫?，承受溫度為該壓力?duì)應(yīng)的飽和溫度，液囊內(nèi)液體沸騰而體積增大，帶動(dòng)閥芯移動(dòng)，關(guān)閉排出口。實(shí)際上，由于液囊內(nèi)液體在低于蒸汽飽和溫度時(shí)就沸騰，所以壓力平衡排空閥會(huì)在低于飽和溫度時(shí)關(guān)閉?？梢酝ㄟ^選擇不同的液囊來選擇自動(dòng)排空閥的排放溫度。
引起蒸汽計(jì)量問題 對(duì)于飽和蒸汽，蒸汽流量計(jì)需要溫度或壓力補(bǔ)償，為的是確定蒸汽的密度以便積算出蒸汽的質(zhì)量流量。如果選用的是壓力補(bǔ)償，當(dāng)蒸汽中含有空氣，壓力傳感器測(cè)試的是蒸汽和空氣混合氣體的壓力。根據(jù)道爾頓定律，該壓力高于實(shí)際蒸汽壓力，蒸汽密度被提高，致使蒸汽流量計(jì)顯示值大于實(shí)際蒸汽流量；對(duì)于過熱蒸汽，蒸汽流量計(jì)需要同時(shí)配置溫度和壓力補(bǔ)償，如果蒸汽中含有空氣，壓力傳感器測(cè)試的也是蒸汽和空氣混合氣體的壓力，同樣導(dǎo)致流量計(jì)計(jì)量值偏大。