饱和蒸汽与过热蒸汽的区别及各自应用领域

饱和蒸汽是在一个大气压下，温度为100度的蒸汽，温度不能再升高；过热蒸汽是在几个或几十个大气压下，温度可以生得较高的蒸汽。当液体在有限的密闭空间中蒸发时，液体分子通过液面进入上面空间，成为蒸汽分子。由于蒸汽分子处于紊乱的热运动之中，它们相互碰撞，并和容器壁以及液面发生碰撞，在和液面碰撞时，有的分子则被液体分子所吸引，而重新返回液体中成为液体分子。开始蒸发时，进入空间的分子数目多于返回液体中分子的数目，随着蒸发的继续进行，空间蒸汽分子的密度不断增大，因而返回液体中的分子数目也增多。当单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态，这时虽然蒸发和凝结仍在进行，但空间中蒸汽分子的密度不再增大，此时的状态称为饱和状态。在饱和状态下的液体称为饱和液体，其蒸汽称为干饱和蒸汽（也称饱和蒸汽）。

如果用户是为了达到更精确的计量监控，建议都视为过热蒸汽，对温度和压力补偿，但考虑成本问题，客户也可以只对温度进行补偿。理想的饱和蒸汽状态，指的是温度、压力及蒸汽密度三者存在一一对应的关系，知道其中一个，其他二个值就是定数。存在这种关系的蒸汽就是饱和蒸汽，否这都可以视为过热蒸汽进行计量。实际中过热蒸汽的温度可以较高，压力一般都相对较低（较饱和蒸汽），0.7MPa ，200℃蒸汽就是这样，属过热蒸汽。

水在一定的压力下加热，水的温度随着不断加热而上升，当水温升高到某一温度时，水就开始沸腾，这时候水的温度称为沸腾温度。如在继续加热，水温保持不变，水即开始气化，而逐步变为蒸汽。水在一定的压力下的沸腾温度也称为饱和温度。这个温度与其所受压力大小有关，压力愈大，则沸腾温度也就越高；反之，压力小，则沸腾温度也低。例如压力为0.10MPa(1atm)时，其饱和温度为99.09°C；压力为4.05MPa （40atm)时，其饱和温度为249.18°C；压力为10.13MPa（100atm)时，其饱和温度为309.53°C。以上可知，水在一定压力下，加热至沸腾，水就开始气化，也就逐渐变为蒸汽，这时蒸汽的温度也就等于饱和温度。这种状态的蒸汽就称为饱和蒸汽。如果把饱和蒸汽继续进行加热，其温度将会升高，并超过该压力下的饱和温度。这种超过饱和温度的蒸汽就称为过热蒸汽。

简单点说，饱和蒸汽温度和压力成一一对应关系，知道温度就知道压力，倆者知道其一就可以了。过热蒸汽没这种关系。

过热蒸汽温度(

)

绝对压强 (千克/平方厘米)

参数

400 450 500 550 600 30 v

h s 0.101 35 770.3 1.656 3 0.10998 799.0 1.6946 0.118 43825.4 1.763 7 0.126 75 852.4 1.763 7 0.134 99 879.3 1.795 5 40 v

h s 0.074 91 768.4 1.620 3 0.08160 795.9 1.6597 0.088 10823.0 1.696 0 0.094 47 850.1 1.730 0 0.100 75 877.4 1.762 1 90 v

h s 0.03062 746.3 1.505 9 0.03422 779.1 1.5528 0.037 52809.4 1.5934 0.040 66 838.7 1.630 1 0.043 68 867.6 1.664 2 130 v

h s 0.019 51 725.3 1.4407 0.02246 764.0 1.4962 0.025 03797.8 1.5413 0.027 39 829.2 1.580 8 0.029 63 859.7 1.616 7 165 v

h s 0.01404 703.7 1.3883 0.01679 749.6 1.4542 0.01904 786.9 1.5042

0.02105 820.6 1.5464

0.02292 852.5 1.5841

250 v

h s

0.0063 67 623.9 1.240 7

0.009 454 708.3

1.362 4

0.011416 758.0

1.4288

0.013023 798.4 1.4795

0.014444 834.6 1.5223

v —过热蒸汽比容 h —过热蒸汽的焓 s —过热蒸汽的熵

饱和蒸汽把温度升高或降低压力得到过热蒸汽，即为不饱和蒸汽；饱和蒸汽把温度下降或升高压力得到过冷蒸汽，即为过饱和蒸汽。与上面的回答是有区别的。

锅炉中产生的蒸汽不是过热蒸汽，请听我如实到来：3、锅炉中的蒸汽是在有水相存在的情况下蒸发的，蒸汽的压力随着蒸汽温度的升高而增大，在这个处于气液两相不断的蒸发与冷凝的动态平衡中，蒸汽始终是处于饱和状态的。4、过热蒸汽与饱和蒸汽的主要区别在于：过热蒸汽从气相到液固两相临界点的冷凝过程中要释放两段显热和一段潜热，而饱和蒸汽只释放一段显热和一段潜热。

当液体在有限的密闭空间中蒸发时，液体分子通过液面进入上面空间，成为蒸汽分子。由于蒸汽分子处于紊乱的热运动之中，它们相互碰撞，并和容器壁以及液面发生碰撞，在和液面碰撞时，有的分子则被液体分子所吸引，而重新返回液体中成为液体分子。开始蒸发时，进入空间的分子数目多于返回液体中分子的数目，随着蒸发的继续进行，空间蒸汽分子的密度不断增大，因而返回液体中的分子数目也增多。当单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态，这时虽然蒸发和凝结仍在进行，但空间中蒸汽分子的密度不再增大，此时的状态称为饱和状态。在饱和状态下的液体称为饱和液体，其蒸汽称为干饱和蒸汽（也称饱和蒸汽）。当湿饱和蒸汽中的水全部汽化即成为干饱和蒸汽，此时蒸汽温度仍为沸点温度。如果对于饱和蒸汽继续加热，使蒸汽温度升高并超过沸点温度，此时得到的蒸汽称为过热蒸汽。过热蒸汽指已超过系统温度下的饱和蒸汽压，应当凝结而未凝结的蒸汽。其原因是，蒸汽开始凝结之初形成的微小液滴（新相）曲率极小，而弯曲液面上的蒸汽压与其曲率半径成反比（由Kelvin公式定量描述），即与微小液滴达平衡的蒸汽压（即饱和蒸汽压）比通常液体要大，蒸汽的压力对通常液体已达饱和状态时，对微小液滴却未达饱和状态，因而微小液滴不能生成，系统以过饱和蒸汽的形式存在，处于介稳状态。

从化学势或自由能的角度看，过饱和蒸汽的化学势（或自由能）大于通常情况下该液体的化学势（或自由能），应该有自发凝结的趋势，但由于其化学势（或自由能）小于微小液滴，故不能凝结。如果在过饱和蒸汽中加入水雾或固体颗粒，使新相开始生成时即有较大的曲率半径，则过饱和蒸汽将迅速凝结，介稳状态立刻破坏。这就是人工降雨的原理。

锅炉中的蒸汽是在有水相存在的情况下蒸发的，蒸汽的压力随着蒸汽温度的升高而增大。在这个处于气液两相不断的蒸发与冷凝的动态平衡中，蒸汽始终是处于饱和状态的。

过热蒸汽与饱和蒸汽的应用领域

一般来说，过热蒸汽与饱和蒸汽的应用领域不一样：过热蒸汽一般用在管道输送，这样的话基本上没有冷凝水,减少热损失，还有一个最重要的应用就是发电，推动汽轮机。饱和蒸汽一般用在换热器换热，如果用过热蒸汽换热，一般对设备的材质也会有特殊要求的。

当湿饱和蒸汽中的水全部汽化即成为干饱和蒸汽，此时蒸汽温度仍为沸点温度。如果对于饱和蒸汽继续加热，使蒸汽温度升高并超过沸点温度，此时得到的蒸汽称为过热蒸汽。

在热电行业的锅炉产生的蒸汽就是过热蒸汽，过热蒸汽不含有水分，因为蒸汽要推动汽轮机的叶片转动，产生动力带动发电机发电。如果蒸汽中含有水分，就会在高速运转中打坏叶片，造成事故，这是不允许的，所以过热蒸汽一定不能有水分。有了水分的蒸汽，只能叫做饱和蒸汽。

水和水蒸汽存在着一种平衡关系，一定温度水得对应一定压力的水蒸汽，此温度就是该压力下水的饱和温度。一定压力的蒸汽对应一定温度的水，此压力就是该温度下水的饱和蒸汽压，饱和蒸汽压力与温度总是存在一一对应的关系。当蒸汽的温度超过该蒸汽压力对应的饱和温度时，此蒸汽就时过热蒸汽。

在用途上二者也有很大区别：除伴热、加温用汽外，如汽提、塔注汽，为避免蒸汽带水一般使用过热气。蒸汽的温度主要与自身压力有关，压力越高，温度越高。蒸汽的温度与过热度关系并不密切，没有必然关系。

过热蒸汽的定义：当湿蒸汽中的水全部汽化即成为饱和蒸汽，此时蒸汽温度仍为沸点温度。如果对于饱和蒸汽继续加热，使蒸汽温度升高并超过沸点温度，此时得到的蒸汽称为过热蒸汽。

过热蒸汽的应用：过热蒸汽有其本身的应用领域，如用在发电机组的透平，通过喷嘴至电机，推动电机转动。但是过热蒸汽很少用于工业制程的热量传递过程，这是因为过热蒸汽在冷凝释放蒸发焓之前必须先冷却到饱和温度，很显然，与饱和蒸汽的蒸发焓相比，过热蒸汽冷却到饱和温度释放的热量是很小的，从而会降低工艺制程设备的性能。

蒸汽品质

蒸汽到达用汽点应该具有以下品质：

★正确的蒸汽量；★正确的压力和温度；

★没有空气和其它不凝性气体；★干净；★干燥。

正确的蒸汽量

对于任何一个加热制程必须提供正确的蒸汽量以确保能提供足够的热量。同样，正确的蒸汽量能避免产品损坏或生产率的下降。为了得到所需的蒸汽量，蒸汽负荷必须正确计算、蒸汽管道必须选型正确。

正确的压力和温度

蒸汽到达用汽点压力应该达到需要的值，从而为制程提供合适的温度，否则制程的性能将受到影响。正确选择管道和附件口径能确保做到这一点。如果蒸汽中含有空气和 / 或其它不凝性气体，虽然压力表显示了正确的压力，但压力所对应的饱和温度却无法达到。

空气和其它不凝性气体

蒸汽管道和设备起动时会有空气，即使在最后时刻系统中充满了纯蒸汽，但系统停机时蒸汽会冷凝，随之产生的真空会吸入空气。当蒸汽进入系统时，它会推动空气到达排放点或离蒸汽进口的最远端。因此在排放点安装的疏水阀应该具有足够的排空气能力，在管道的最远端应该安装自动排空气阀。但是，系统内存在的湍流会混合蒸汽和空气，空气被蒸汽一起携带到换热表面。空气会残留在换热表面形成绝热层—成为传热的热阻。

蒸汽和空气混合物

对于蒸汽和空气混合物，由于空气的存在会使蒸汽的温度比实际的饱和温度低。混合气体的总压力是各混合气体的分压力之和，这称为道尔顿分压定理。分压力为每个组分充满整个混合气体空间所产生的压力。注：这是一种热力关系，所有的压力必须用绝对压力表示 bar a。

例

假定蒸汽和空气的混合物，蒸汽占总体积的3/4，空气占1/4，总的压力为 4 bar a。决定混合物温度的压力为：3 －x 4 bar a = 3 bar a 4 ，因此，虽然压力表显示的压力为4 bar a而实际蒸汽的有效压力为3 bar a ，混合物的温度只有134℃，而不是所期望的144℃的饱和温度。这种现象不仅对换热应用（随温差的增大换热率会增大），而且对那些需要保证最低温度以确保物理或化学变化的制程都很重要。例如，对于杀菌罐为了杀死细菌，必须保证最低的灭菌温度，如果有空气存在，蒸汽就无源达到要求的温度。

蒸汽和冷凝水系统的其它空气来源

空气也可能溶解在锅炉补给水和冷凝水（暴露在空气中吸收空气中的氮气、氧气和二氧化碳等）中而进入系统。当水在锅炉中被加热，这些气体会释放出来并随蒸汽进入分配系统。大气中含有 78% 氮气、21%的氧气和 0.03% 二氧化碳，氧气的溶解性大约是氮气的2倍，而二氧化碳的溶解性大约比氧气大30倍。这表示溶解在锅炉给水中的“空气”含有很大比例的二氧化碳和氧气，这两种物质会引起锅炉和管道的腐蚀。这些可溶气体在水中的溶解度随温度的上升而下降。因此通常给水箱的温度应不低于80℃，这样空气和二氧化碳能析出。通过对补给水的除盐和除气处理也可以使溶解的二氧化碳浓度降到最低。水中的溶解气体的浓度由亨利定律决定，其描述为对于给定液体，气体溶解量大小和气体的分压力成正比。这只有在恒定的温度和气体不与液体发生化学反应情况下才适用。

蒸汽的清洁度

管道上污垢层的形成可能是由于老的蒸汽系统内铁锈或硬水中的碳酸盐沉积物而形成。蒸汽系统中可能会有其它类型的杂质，例如管道安装后残留的焊渣、使用不当或过剩的连接材料。这些杂质将会增加弯管疏水阀及其它阀门的磨损。基于这个原因，安装管道过滤器是通常使用的有效方法。它应该在所有的疏水阀、流量计、减压阀和控制阀的上游安装换热器的表面也可能产生污垢层，引起额外的传热热阻。以下两点是造成污垢层的主要原因：★锅炉运行不当，杂质随汽水携带进入系统。★锅炉房水处理不当。如果能改进锅炉运行和消除蒸汽中的水分，污垢层的积聚会大大减少。

蒸汽的干度

不正确的锅炉水处理和短时间的峰值负荷会引起汽水共腾，锅炉水会被携带进入蒸汽主管，引起化学物质和其它杂质沉积在换热器表面。随着时间的推移，沉积物不断积聚，工厂的效率将逐渐降低。除此以外，蒸汽离开锅炉，由于管道的散热损失，部分蒸汽会冷凝。即使管道的保温再好，该过程也无法完全避免。基于以上这些原因，蒸汽到达用汽点会相对较湿。由于蒸汽中水分的存在降低了蒸汽的蒸发焓，同时也导致在管道和换热设备表面污垢的形成。蒸汽中包含的水分会增加蒸汽冷凝时形成的冷凝水膜，产生额外的传热热阻。蒸汽管道的汽水分离器将分离并排除包含在蒸汽中和沉积在管道底部的冷凝水。在下图中，当蒸汽通过汽水分离器将改变几次流动方向，

挡板对较重的水滴产生阻碍而较轻的蒸汽能自由通过，水分将沿挡板流向汽水分离器底部并通过疏水阀排出。疏水阀可以排放冷凝水而不会泄漏蒸汽。

水锤水弹的形成

由于管道的散热损失蒸汽冷凝成水，冷凝水在管道的内壁形成水滴。水滴被蒸汽流吹扫形成水膜。由于重力作用，冷凝水会流向管道底部，水膜的厚度不断增加。沿着蒸汽管道流动的冷凝水滴不断积累最终会形成水弹，水弹以蒸汽的流速在管道中运动（25-30m/s）。

这种水弹密度高、不可压缩，当高速运动时具有相当大的动量。能量守恒定律告诉我们能量不能被创造或消灭，它只是简单地从一种形式转换成另一种形式。当遇到阻碍时，例如管道的弯头或三通，水的动能转换为压力能，压力波将作用在障碍物上。冷凝水也会在管道低点积聚，蒸汽会携带起冷凝水弹并冲击下游的阀门和管道附件。这些低点包括可能因为没有足够支撑或管架破损引起的主管下沉。其它可能造成水锤的根源包括使用不当的同心缩径管道、过滤器或则在上升的蒸汽主管前冷凝水没有充分排放。冷凝水弹和阻碍物之间碰撞引起的噪声和震动称为水锤。水锤会大大降低管道附件的寿命，在严重情况下管道连接会断裂，具有如爆炸一样的效果。管道破裂处会泄漏蒸汽，非常危险。