饱和蒸汽和过热蒸汽
白 坤(高级工程师，河南省郑州市)
（1）饱和蒸汽与过热蒸汽
①在饱和状态下的液体称饱和液体，其对应蒸汽是饱和蒸汽，最初只是湿饱和蒸汽，待饱和水中水分完全蒸发后才成为干饱和蒸汽。蒸汽从不饱和到湿饱和再到干饱和过程温度是不增加的(湿饱和到干饱和温度保持不变)，干饱和之后继续加热则温度会上升成为过热蒸气。
②饱和蒸汽的质量与其温度压力有关系，当压力一定时其温度也是定值，压力不变的情况下饱和蒸汽温度是在对应压力下的饱和温度。从热力学角度讲水加热到饱和温度后并不能变成蒸汽，还要吸收一定量的热(即汽化潜热)后才能变成蒸汽，在吸收这部分热量时蒸汽的温度并不升高，在温度上体现不出来蒸汽在吸收热量(即潜热)。饱和蒸汽在吸热后达到一定程度后变成过热蒸汽其温度下降将变成饱和水，查饱和蒸汽焓值需要通过熵焓表，饱和蒸汽温度和压力是对应关系，只需根据之中的任一个数据，然后查熵焓表对应饱和蒸汽焓值，乘以蒸汽量就计算出饱和蒸汽的热量。
③过热蒸汽是将饱和蒸汽继续加热，在压力不变的状态下当其温度超过该压力下的饱和温度时的蒸汽。过热蒸汽温度在一定范围内升高增加内能，温度下降到一定程度后将变成饱和蒸汽。过热蒸汽温度和压力关系不对应，计算过热蒸汽的热量需根据过热蒸汽的温度和压力两个数据才能查出对应焓值，过热蒸汽的压力与温度之间无任何关系，只要加热(多少不限)就能提高温度，在压力一定的场合，其过热蒸汽的温度却大不相同。过热蒸汽温度与压力没有对应关系还与蒸汽密度有关，
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如3.5MPa，温度260℃时密度为16.4231kg/m、温度300℃时密度为14.6049kg/m，同样压力下温度越高密度越小。
（2）过热蒸汽特点
①过热蒸汽比饱和蒸汽有更高的焓值，不适用工程换热，直接用工程换热时在换热器内过热蒸汽温度首先降至饱和温度，再在恒定的饱和温度下再放出汽化潜热，这就浪费了时间和过程。过热蒸汽温度过高，具有比饱和蒸汽更多的热量，这部分多出的热量与汽化潜热相比却非常小。如0.6MPa175℃的过热蒸汽，比焓是1.186kJ/kg?℃，过热蒸汽在冷凝前必须冷却到饱和温度0.6MPa165℃，1kg过热蒸汽冷却到饱和温度时释放出热量为1kg×1.186kJ/kg?℃×(175～165)℃=11.86kJ，而1kg饱和蒸汽在165℃冷凝时释放的汽化潜热为2066kJ/kg。显然，在工程换热应用中过热蒸汽的过热热焓很小。
②过热蒸汽还会在换热面上形成温度梯度，产生热应力，容易损坏设备(对板换和列管换热器的影响都比较明显，热交换器频繁的内漏和更换与此有很大的关系)。在换热过程中过热蒸汽换热系数低，是变化的，很难精确计量，这使得换热设备很难选型和控制。换热器使用过热蒸汽时换热面更多、设备体积更大。过热蒸汽过高的温度意味着换热设备要有更高的设计参数，更高的制造费用。所以过热蒸汽决不适用直接用工程换热，而必须经过减温(质调节)后再用于工程换热。
③过热蒸汽不能释放潜热，需先降温到饱和温度后才能释放潜热，在降温过程中过热蒸汽放出的热能与潜热相比很小，当过热度较高时这个降温过程会更长，在换热器表面过热蒸汽释放热量降低温度时远离换热表面过热蒸汽很难释放热能和降温(这是因为过热蒸汽与空气具有一样低的导热系数，本身也是一种不良导热体)。尽管在同样压力下过热蒸汽的温度高于饱和蒸汽，其传热效率远低于饱和蒸汽。过热蒸汽加热效率低，生产效率降低，增加能耗。
④过热蒸汽的换热系数随制程的不同而不同，远小于饱和蒸汽，很难预知过热蒸汽的传热系数，总的说蒸汽的过热度越高，传热系数越小。大部分情况下对盘管换热器来说过热蒸汽的传热系数为
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50～100W/(m?℃)，饱和蒸汽则为1200W/(m?℃)。
（3）使用过热蒸汽害处
①使用过热蒸汽会缩短设备寿命，增加设备检修频次、停机率和维护费用，并影响生产。 在换热器中很多工艺介质都会在换热表面形成干墙并结垢，温度高时结垢更快，阻碍热传递并造成换热器壁超温，导致换热器失效。
②设备承受的温度间歇高低变化，上下温度不均，热胀冷缩，产生应力，设备容易变形，焊缝容易开裂，密封容易泄漏。使用过热蒸汽时换热器的换热面积需要更大，过热蒸汽加热影响设备出力，进而影响生产产量。为达到同样的生产能力换热设备的换热面积需要加大。根据实际经验，过热度每增加2℃则换热器需增加1％的换热面积。
③过热蒸汽在放热过程中存在温度梯度，影响产品质量。蒸汽温度变化大存在较大温度梯度，换热不是相对恒温的过程，影响被加热介质温度的稳定和均匀，影响产品品质。
④在换热器内饱和蒸汽的放热主要靠相变释放潜热来实现，释放出的潜热远大于靠降温放出的显热能。饱和蒸汽的传热系数能高达过热蒸汽传热系数的几十倍，为了在加热过程中快速变为饱和蒸汽，不宜使用过热度超过10℃的过热蒸汽。
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