1.8. Парообразование в судовых котлах

Парообразованием называется превращение вещества из жидкого состояния в газообразное.

Из повседневного опыта известно, что жидкость в открытом сосуде постепенно испаряется. Испарением называется такое парообразование, которое происходит всегда и при любой температуре.

Механизм этого явления заключается в том, что отдельные молекулы, обладающие наибольшей скоростью, преодолевая поверхностное натяжение, вылетают за поверхность раздела. Если сосуд открыт, то путем диффузии и перемешивания пар распространяется в окружающую среду. Если сосуд закрыт, количество молекул пара над жидкостью остается постоянным за счет динамического равновесия между молекулами испаряющимися и конденсирующимися.

Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным. Если, не меняя температуры, изменить объем над жидкостью, то концентрация молекул изменится, динамическое равновесие нарушится. Для его восстановления неизбежно произойдет либо испарение, либо конденсация. В итоге восстановится прежнее давление насыщенного пара.

При заданной температуре давление насыщенного пара (давление насыщения) имеет одну и ту же строго определенную величину. Чем выше температура, при которой испаряется жидкость, тем выше давление насыщенного пара.

Превращение жидкости в пар требует подвода тепла. В противном случае температура жидкости понижалась бы. Интенсивный подвод тепла вызывает парообразование. В этом случае процесс испарения называют кипением.

При кипении, как и при испарении, температура кипения однозначно определяется давлением. Температура кипения – это та температура, при которой давление насыщенного пара равно внешнему давлению.

Все рабочие тела, меняя свое агрегатное состояние, проходят три стадии парообразования и меняют свой удельный объем (вода – пар – перегретый пар). Изменение объема происходит до критической точки, параметры которой следующие: р_кр = 225,05 атм, t^o = 374,15^oС, v = 0,0031 м³/кг.

Эти же стадии парообразования рабочее тело проходит при работе судового парового котла, причем первая стадия обеспечивается работой экономайзеров котла (подогрев воды до температуры кипения), вторая – парогенерирующими или кипятильными трубами, а третья – змеевиками пароперегревателя (перегрев пара).