Pára – trocha teorie
Pára je jedním z nejpoužívanějších médií v řadě průmyslových odvětví.
Výroba, distribuce i spotřeba páry se stává stále významnější položkou v nákladech, a proto je nutné dbát na to, aby všechny části pracovaly efektivně. Je potřeba porozumět tomu, co se děje v potrubí, proč se rozlišují různé typy páry a jaké to má dopady na efektivitu provozu.
Žádný výrobce páry nechce mít v potrubí nebezpečné médium a žádný odběratel páry nechce platit za nekvalitní produkt.
Výhody
Endress+Hauser nabízí celý měřicí řetězec
-
Testovací zařízení ALICE pro inovace měřicích přístrojů
-
Moderní přístroje z nejširší diagnostikou na trhu
Máme vlastní testovací zařízení ALICE
Společnost Endress+Hauser vyrobila ve spolupráci se švýcarskou univerzitou University of Applied Sciences and Arts, Windisch testovací zařízení ALICE, které nám pomohlo pochopit, co přesně se děje v potrubí s párou, jaké vlivy zde působí a jaké následky to může způsobit.
![Obr. 1: Testovací zařízení ALICE, Windisch, Švýcarsko Obr. 1: Testovací zařízení ALICE, Windisch, Švýcarsko](/__image/a/7854617/k/ee1a58e711968896a0494442b3b8ca5a64440453/ar/15-10/w/240/t/jpg/b/ffffff/fn/ALICE.jpg)
Je obecně známo, že voda existuje v těchto skupenstvích:
Led
Voda
Voda/pára – dvoufázový stav nebo mokrá pára*
Pára na mezi sytosti neboli pára se 100% suchostí
Přehřátá pára – při konstantním tlaku dochází k dalšímu zahřívání syté páry bez přítomnosti kapaliny
* Poznámka: Mokrá pára s 1% suchostí a mokrá pára se 100% suchostí má stejný tlak a teplotu, to znamená, že znalost teploty a tlaku nám neříká absolutně nic o suchosti páry a tedy ani o množství energie v ní obsažené. Například pára s tlakem 10bar_absolutní a teplotou 179,9°C má při 1% suchosti pouze 20,153 kJ/kg a při 100% suchosti 2015,31 kJ/kg.
Pára je prostě pára – opravdu?
Poznámka výše jasně ukazuje, že pára neexistuje pouze ve své syté podobě, resp. že „pára není prostě pára“, ale vždy záleží na konkrétních podmínkách.
![Obr. 2: Molliérův T/h diagram Obr. 2: Molliérův T/h diagram](/__image/a/7857292/k/160e1d704029a75ca502fb6296f903e0b2337c0a/ar/15-10/w/240/t/jpg/b/ffffff/fn/P%C3%A1ra_k%C5%99ivka%20upr.jpg)
Výše uvedený diagram ukazuje průběh změny stavu vody/páry při zahřívání. Začneme-li zahřívat vodu (A), dosáhneme bodu varu (B), tj. nasycené vody, kdy lze hovořit o suchosti 0%. Přidáváním dalšího, tzv. latentního tepla (hfg) dochází k odpařování vody, jinými slovy další voda se přeměňuje na páru. Po odpaření veškeré vody (C) je suchost páry 100%. Dodáním dalšího tepla při zachování konstantního tlaku získáme přehřátou páru (D).
V ideálním světe je tedy situace jednoduchá. V běžném provozu ale vlastnosti páry ovlivňuje řada nedokonalostí, porušených izolací, ochlazování na ventilech, proudění apod.
Pro lepší představu lze použít jednoduchý příklad z běžného života, na kterém lze ilustrovat, že pára velmi rychle své vlastnosti mění. Představíme-li si konvičku s vodou na kávu jako parní kotel, může situace vypadat takto:
![Obr. 3: Konvička na kávu Obr. 3: Konvička na kávu](/__image/a/7857258/k/93abbe8397fe1b56aa8d240e0a1d9138b2a69625/ar/15-10/w/240/t/jpg/b/ffffff/fn/Konvice%20upr.jpg)
Na výstupu z kotle provozovaného v optimálních podmínkách lze získat 100% suchou, sytou páru. Jedná se ovšem o mezní stav, který lze přirovnat k chůzi na tenkém laně. V praxi tento stav netrvá příliš dlouho a vlastnosti páry se rychle mění.
Výrobce nebo odběratel – kde je pravda?
Jistě namítnete, že se stále jedná o páru, ve které je velké množství tepla. Ano, to je samozřejmě pravda, ale budete s tímto tvrzením spokojeni také jako zákazníci, kteří platí za množství předaného tepla?
Opět si můžeme představit situaci, kterou dobře známe. Poměrně často se hovoří o „ředěném“ benzínu. Ano, stále se jedná o benzín, se kterým vůz spolehlivě pojede. Ale bude mít vyšší spotřebu a nedojede tedy stejně daleko. A takový produkt také nebudete chtít zaplatit, jako by se jednalo o kvalitní palivo.
Jako příklad můžeme použít sytou páru se 100% suchostí při tlaku 11bar_absolutní, která obsahuje 2000,3 kJ/kg latentního tepla. O co přicházíme „ředěním“?
![Obr. 4: Suchost páry Obr. 4: Suchost páry](/__image/a/7857294/k/1fe85a45a6b42b2de7c24fce3509397f5cf26297/ar/15-10/w/240/t/jpg/b/ffffff/fn/Suchost%20upr.jpg)
Suchost 97% = pouze 1940,3 kJ/kg tepla = -3% energie
Suchost 93% = pouze 1860,3 kJ/kg tepla = -7% energie
Suchost 90% = pouze 1800,3 kJ/kg tepla = -10% energie
A co výrobce páry? Zdá se, že situace je pro něj ekonomicky výhodnější. Ano, i s tímto tvrzením lze částečně souhlasit, ovšem je také nebezpečná. Mokrá pára obsahuje určité množství vody, které může vést např. ke vzniku vodního kladiva.
![Obr. 5: Vznik vodního kladiva díky kondenzaci páry uvnitř potrubí. Obr. 5: Vznik vodního kladiva díky kondenzaci páry uvnitř potrubí.](/__image/a/7857280/k/1691a72f8c19bb8806d82455dd0292316c6fc1e6/ar/15-10/w/240/t/jpg/b/ffffff/fn/Kladivo%20upr.jpg)
Následující obrázek ukazuje reálnou situaci v testovacím potrubí zařízení ALICE, kam je pro názornost uměle přidávána voda (kondenzát). Jak je vidět, suchá pára je „neviditelná“ (1). Přidaná voda (kondenzát) se v malém množství drží na dně potrubí (2) a s rostoucím množství stoupá po obvodu stěn (3).
![Obr. 6: Měření mokré páry – pohled do potrubí Obr. 6: Měření mokré páry – pohled do potrubí](/__image/a/7857293/k/848066edf7541cc55268bbf4e8b0838e8036652c/ar/15-10/w/240/t/jpg/b/ffffff/fn/Pohled_do_potrub%C3%AD%20upr.jpg)
Vodní kladivo dokáže poškodit infrastrukturu natolik, že může dojít až k nutnosti odstavení celého provozu. V extrémních případech může dojít až ke vzniku rozsáhlých škod na majetku a životech. Náklady jsou v těchto případech velmi vysoké a lze tedy konstatovat, že situace není výhodná ani pro výrobce páry. I pro výrobce je důležité vědět, že pára obsahuje kondenzát, aby mohl reagovat změnou v technologii, pokud je to možné a zamezit možným škodám.
Co tedy v potrubí proudí?
Jak jsme si v předchozích odstavcích ukázali, kvalita páry je zásadní jak pro výrobce, tak také odběratele. Vývojáři společnosti Endress+Hauser se díky novému zkušebnímu zařízení ALICE zaměřili nejen na zlepšení přesnosti měření množství páry, ale především na měření kvality páry, resp. její suchosti.
Sytá pára se 100% suchostí se v systému prakticky nevyskytuje. V potrubí se velmi rychle mění její vlastnosti. Obvyklou chybou je domněnka, že se všude v potrubí vyskytuje sytá pára. Pravdou je, že se měří mokrá pára a je velmi důležité vědět, jak mokrá je.
Objevujte s námi tajemství páry v miniseriálu
V následujících článcích představíme naše řešení a postupně sestavíme celý měřící řetězec k dosažení optimálních výsledků měření: