CÁC TRẠNG THÁI CỦA HƠI NƯỚC

Nếu Nước bị đốt nóng bởi bình đun, nước bay hơi và thành hơi nước, hoặc gọi là nước ở trạng thái khí. Tuy nhiên, không phải tất cả hơi đều giống nhau. Đặc tính của hơi khá nhiều đặc biệt tùy thuộc vào áp lực và nhiệt độ ở thời điểm xét đến.

- Trong bài viết  “ Ứng Dụng Chính Của Hơi Nước “ chúng tôi thảo luận một vài ứng dụng thường gặp của Hơi nước. Trong các chủ đề bên dưới. Chúng tôi sẽ cùng thảo luận về các trạng thái của hơi nước được ứng dụng tương ứng với các trường hợp.

1. Tương Quan Áp Lực Và Nhiệt Độ Của Nước Và Hơi

 

                                                                                Fig 1: Biểu đồ tương quan nước và hơi nước

 

Hơi Bão Hòa (Hơi Khô) là kết quả khi nước bị đốt nóng đến điểm sôi ( Nhiệt cảm ) và sau đó hóa hơi với một lượng nhiệt cung cấp thêm ( Nhiệt ẩm ) . Nếu Hơi nước tiếp tục được cấp nhiệt và đạt lên trên điểm bão hòa. Nó trở thành hơi quá nhiệt.

2. Hơi Bão Hòa ( Hơi Khô):

Như biểu thị trên biểu đồ bởi đường màu đen, Hơi bão hòa có thể xảy ra ở nhiệt độ và áp lực nơi hơi ( dạng khí) và nước ( dạng lỏng) có thể cùng tồn tại. Mặt khác, nó xảy ra khi mà tỉ lệ nước hóa hơi tương đồng với tỉ lệ nước ngưng tụ.

a. Ưu điểm khi sử dụng hơi bão hòa để gia nhiệt:

Hơi bão hòa có rất nhiều đặc điểm biến nó thành một nguồn cung cấp nhiệt tuyệt vời, đặc biệt ở nhiệt độ 100 °C (212°F) và cao hơn. Một số ưu điểm được liệt kê bên dưới:

 

Đặc điểm	Ưu điểm
Nhanh, kể cả khi truyền nhiệt bằng nhiệt ẩn	Cải thiện chất lượng sản phẩm và năng suất
Áp lực có thể điều khiển nhiệt độ	Nhiệt độ có thể thiết lập nhanh chóng và chính xác
Nhiệt cao giúp quá trình chuyển hóa nhiệt hiệu quả hơn	Yêu cầu một lượng truyền nhiệt nhỏ ở bề mặt có khả năng giảm thiểu đáng kể thất thoát ra ngoài môi trường.
Nguồn gốc từ nước	An Toàn, Sạch, Chi phí thấp

 

Mẹo:

Cần tuân thủ theo hướng dẫn bên dưới khi đun nóng đến trạng thái hơi bão hòa.

• Hiệu quả của quá trình cấp nhiệt có thể giảm dần nếu hơi và kể cả hơi khô được sủ dụng cho quá trình gia nhiệt. Trái với nhận thức thông thường, hầu như tất cả của hơi nước nói chung từ bồn hơi thì không phải là hơi bão hòa khô, mà là hơi ước, nó chứa một lượng phân tử nước chưa bốc hơi.
• Nhiệt năng bị mất dẫn đến một lượng hơi chuyển hóa thành nước ngưng. Hơi ước tạo ra khiến độ ẩm tăng lên. và nước ngưng cũng hình thành, phần nước ngưng phải bị tách ra khỏi hơi bằng việc lắp đặt thiết bị bẫy hơi tại vị trí thích hợp.
• Nước ngưng nặng rơi xuống bên dưới và được tách ra nhờ bẫy hơi. Tuy nhiên, lượng hơi ước sẽ làm giảm tâc dụng gia nhiệt của hơi. Và phải bị tách ra tại điểm trước vị trí sử dụng hơi hoặc trước trạm phân phối hơi.
• Hơi nước có thể bị tổn thất áp do đường ống, vv, Cũng có thể dẫn đến tổn thất nhiệt độ tương tự.

3. Hơi chưa bão hòa ( Hơi ước)

Đây là dạng hơi phổ biến nhất từng được sử dụng bởi hầu hết các nhà máy. Khi Hơi được tạo ra bằng nồi hơi, nó thường chứa độ ẩm từ phân tử nước chưa bay hơi, được phân tán ra trong hơi nước. kể cả khi nồi hơi tốt nhất cũng sẽ chứa khoảng 3% - 5% độ ẩm. Khi nước đạt đến trạng thái hóa hơi và bắt đầu bốc hơi, một lượng nước, thông thường ở dạng sương mù hoặc giọt nước li ti. Nó bị cuốn vào cả hơi nước bốc lên hoặc phân tán ở dòng thấp. Đây là một nguyên nhân chính giúp giải thích tại sao phải dùng phương pháp tách và loại bỏ nước ngưng tụ ra khỏi hơi nước.

4. Hơi Quá Nhiệt:

Superheated steam is created by further heating wet or saturated steam beyond the saturated steam point. This yields steam that has a higher temperature and lower density than saturated steam at the same pressure. Superheated steam is mainly used in propulsion/drive applications such as turbines, and is not typically used for heat transfer applications.

Hơi quá nhiệt được tạo ra bởi quá trình gia nhiệt liên tục cho các phần hơi ước, hoặc hơi bão hòa vượt lên điểm bão hòa, Hiệu quả dẫn đến hơi đạt được nhiệt độ cao và có tỉ trọng thấp hơn hơi bão hòa ở cùng áp suất. Hơi quá nhiệt thường được sử dụng chủ yếu điều khiển như turbines, và nó không thường sử dụng cho ứng dụng gia nhiệt.

a. Ưu điểm sử dụng hơi quá nhiệt để điều khiển turbines:

• Đễ duy trì được độ khô của hơi trong thiết bị điều khiển hơi, tránh được hiệu suất bị suy giảm do sự hình thành của nước ngưng.
• Để cải thiện được hiệu suất nhiệt và khả năng làm việc.  đạt được sự thay đổi lớn hơn về khối lượng từ trạng thái hơi quá nhiệt ở áp suất thấp, kể cả chân không.

Nó chứa đựng ưu điểm cho cả nguồn cung và thải của hơi nước khi sử dụng trạng thái hơi quá nhiệt bởi vì nước ngưng sẽ không tồn tại trong đường hơi, thiết bị điều khiển trong suốt quá trình vận hành thông thường. giảm tối thiểu rủi ro nguy hiểm từ ăn mòn hoặc ăn mòn bởi aixit Carbonic. Thêm vào đó, như lý thuyết về nhiệt ảnh hưởng của Turbine trong việc tính toán giá trị của nhiệt năng đầu vào và đầu ra turbine, Sự gia tăng nhiệt độ của hơi quá nhiệt cũng như tăng lên áp suất của nhiệt động ở đầu vào turbine. Và nó còn ảnh hưởng đến khả năng cải thiện ảnh hưởng nhiệt động.

b. Nhược điểm của việc sử dụng hơi quá nhiệt để gia nhiệt:

Đặc điểm	Nhược điểm
Truyền nhiệt chậm   Hệ số	Giảm năng suất
	Cần bề mặt truyền nhiệt lớn
Thay đổi nhiệt độ kể cả khi áp suất không đổi	Hơi quá nhiệt cần duy trì ở vận tốc cao, mặc khác nhiệt độ sẽ giảm xuống bởi mất nhiệt trong hệ thống
Nhiệt cảm dùng trong truyền nhiệt	Nhiệt độ giảm xuống có thể ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm
Nhiệt độ có thể đạt cực cao	Có thể cần đến vật tiệu mạnh hơn trong sây dựng, Yêu cầu thiết bị ban đầu cao hơn.

Vì những nguyên nhân này hoặc nguyên nhân khác, Hơi bão hòa được ưa chuộng hơn so với hơi quá nhiệt khi sử dụng gia nhiệt thông thường và thiết bị truyền nhiệt khác. Bên cạnh đó. Khi xem xét nguồn nhiệt cho gia nhiệt trực tiếp ở nhiêt độ cao dạng khí. Nó có ưu điểm cao hơn so với khí nóng trong trường hợp có thể dùng nguồn nhiệt để đốt nóng dưới điều kiện không có Oxy. Nghiên cứu chỉ ra rằng khi sử dụng Hơi quá nhiệt trong quá trình sản xuất thức ăn có thể áp dụng để nấu và sấy thức ăn.

5. Nước Siêu tới hạn

Nước siêu tới hạn là trạng thái nước đạt ngưỡng tới hạn tại điểm: 22.1MPa, 374 °C (3208 psia, 705°F). Tại điểm tới hạn, the  nhiệt năng của hơi nước là không, và nó đặc điểm một lượng chính xác tương đương với lượng cần cân nhắc về chất lỏng hoặc khí. Trong trường hợp khác, nước có thể áp lực cao hơn hoặc nhiệt độ cao hơn so với điểm tới hạn thì không thể phân biệt trạng thái, tại điểm này nước không phải là chất lỏng hoặc chất khí.

Nước siêu tới hạn thường được dùng điều khiển turbine trong nhà máy nhiệt điện với hiệu suất yêu cầu cao hơn. Nghiên cứu trên nước siêu tới hạn được sử dụng như là chất lỏng cái mà có cả tính chất của chất lỏng và khí. Và đặc biệt là phù hợp làm dung môi cho phản ứng hóa học.

6. Các Trạng Thái của Nước

 a. Nước chưa bão hòa.

  

             

Fig 2: Nước ở trạng thái chất lỏng

Tập hợp phân tử nước ở trạng thái ổn định. Có đến gần 70% trọng lượng cơ thể con người là nước. Trong mấu nước. Liên kết hydro ổn định kéo các phân tử nước tập hợp lại với nhau một thể. Kết quả là, nước chưa bão hòa là một khối, dày đặt và cấu trúc ổn định.

b. Hơi Bão Hòa

 

 

 

Fig 3: Trạng thái nước ở dạng hơi bão hòa

 

Phân tử Hơi bão hòa vô hình trong không khí. Khi Hơi bão hòa được giải phóng ra môi trường bởi nhánh của đường ống, một phần trở thành nước ngưng bởi sự truyền nhiệt cho không khí xung quanh và hình thành dạng sương mù màu trắng ( chứa các hạt nước li ti). Khi hơi nước chứa các hạt nước li ti, nó được họi là hơi ước.

Trong hệ thống hơi nước. hơi được xả ra từ bẫy hơi thường có lượng ít hơi bão hòa, trong đó đa phần là flash steam. Điểm khác nhau giữa chúng là hơi bão hòa thường vô hình ngay khi được xả ra ngoài, còn flash steam chứa các hạt nước li ti trong nó.

 

c. Hơi Quá Nhiệt

 

 

 

Fig 4: Trạng thái nước ở dạng hơi quá nhiệt

 

Khi vẫn giữ được trạng thái quá nhiệt, hơi quá nhiệt không chứa nước ngưng kể cả khi nó đi vào môi trường có áp suất và nhiệt độ thấp. Hệ quả, không có mây hơi được hình thành. Hơi quá nhiệt chứa nhiều nhiệt lượng hơn hơi bão hòa ở cùng một áp suất, và sự chuyển động của các phân tử nhanh hơn dẫn đến chúng có trọng lượng riêng thấp hơn

d. Nước Siêu Tới Hạn:

 

 

                                                                Fig 5: Trạng thái nước siêu tới hạn

 

Rất khó để diễn tả bằng lời khi quan sát bằng mắt thường, Đây là một dạng của nước không phải là dạng lỏng cũng như dạng khí. Đây là dạng lý tưởng cho phân tử nước chuyển động, gần giống với dạng khí và trọng lượng riêng thì gần đạt giống dạng lỏng.