과열증기와 포화증기의 차이점

증기는 모든 세탁 공장에 필요한 열 자원입니다. 그렇다면 과열 증기와 포화 증기의 차이점은 무엇일까요? 그 차이점은 열역학적 상태에 있습니다.

포화 증기

포화 증기란 특정 압력에서 액체와 기체가 평형 상태로 공존하는 상태를 말합니다. 이 상태에서 액체는 계속 증발하고 기체는 계속 응축되어 동적 평형 상태에 도달합니다. 이때 액체와 기체의 온도와 압력은 일정해집니다.증기포화 온도와 포화 압력은 고정되어 있습니다. 평형 상태 초기에 증기는 습포화 증기입니다. 계속 가열하면 포화수에 있는 모든 물이 증발하여 건포화 증기가 됩니다. 습포화 증기에서 건포화 증기로 변하는 과정에서 증기의 온도는 변하지 않습니다. 즉, 온도가 상승하지 않습니다. 압력이 고정된 상태에서 건포화 증기를 더 가열하면 온도가 상승하여 과열 증기가 됩니다. 과열 증기는 액체 방울이나 액체 안개가 없는 완전한 기체입니다.

❑ 예시

간단히 말해서,

● 특정 압력에서 물은 끓는점까지 가열된 후 증발하기 시작하여 점차 수증기가 됩니다. 이때 수증기의 온도는 포화 온도와 같습니다. 이 온도는 압력과 관련이 있습니다. 압력이 높을수록 포화 온도도 높아지고, 반대로 압력이 낮을수록 포화 온도도 낮아집니다. 압력이 0.10MPa일 때 포화 온도는 99.09°C입니다. 압력이 4.05MPa일 때 포화 온도는 249.18°C입니다. 압력이 10.13MPa일 때 포화 온도는 309.53°C입니다.

과열 증기

포화 증기를 추가로 가열하면 온도는 계속 상승하여 해당 압력에서의 포화 온도를 초과하게 됩니다. 이렇게 포화 온도를 초과한 증기를 과열 증기라고 합니다. 과열 증기에서는 증기의 온도와 압력이 더 이상 고정되어 있지 않습니다. 열이 증가함에 따라 온도와 압력도 함께 증가합니다. 과열 증기는 포화 증기보다 더 높은 열에너지와 열용량을 가지고 있습니다.

❑ 단점

하지만 실제 사용에서 과열 증기를 이용한 난방은 상대적으로 비효율적입니다. 이는 과열 증기를 포화 온도까지 냉각해야 증발 엔탈피를 방출할 수 있기 때문입니다. 과열 증기를 포화 온도까지 냉각할 때 방출되는 열량은 증발 엔탈피에 비해 매우 작습니다.

● 증기의 과열도가 매우 낮으면 이 작은 열 부분은 비교적 쉽게 방출됩니다. 그러나 과열도가 매우 높으면 냉각 시간이 훨씬 길어지고, 이 기간 동안에는 아주 적은 양의 열만 방출될 수 있습니다.

실제 열교환 장비에서 과열증기를 사용하면 장비 내부에 건식벽이 형성됩니다. 이 부분에는 스케일이 빠르게 쌓여 배관 벽이 과열되고 결국 배관 파손으로 이어집니다. 따라서 동일 압력에서 과열증기의 온도는 포화증기보다 높지만, 발열량은 포화증기보다 낮습니다.

결론

실제 생산 과정에서 세탁 공장이 발전소에서 생산된 고온·고압 과열 증기를 사용하려면, 먼저 과열 증기를 포화 증기로 변환하기 위해 감압 및 감압 설비를 거쳐야 합니다. 과열 증기는 포화 상태로 냉각될 때만 가장 유용한 잠열을 방출할 수 있습니다.