Выпар возникает из-за того, что точка насыщения воды изменяется в зависимости от давления. Например, точка насыщения воды — 100 °C (212 °F) при атмосферном давлении, но составляет 184 °C (363 °F) при 1.0 МПа изб. (145 фт./кв. дюйм изб.).

Так что же происходит, когда конденсат, находящийся под давлением при 184 °C (363 °F) выбрасывается в атмосферу? Конденсат содержит слишком много энергии (энтальпии), чтобы оставаться полностью жидким, и часть его испаряется, в результате чего температура оставшегося конденсата падает до температуры насыщения (т.е. 100 °C или 212 °F при сбросе в атмосферу). Это явление известно как мгновенное испарение.

Другими словами, когда горячий конденсат выпускается в среду с более низким давлением, его энтальпия (полная энергия) остается той же, но его точка насыщения (температура, при которой конденсат может существовать как в жидком, так и в газообразном состоянии) падает. Чтобы компенсировать избыточное количество энергии, часть молекул воды поглощает избыточную энергию в виде скрытого тепла и испаряется с образованием пара.

Дополнительные замечания

Одна из первых вещей, приходящая в голову при визуализации выпара,— это облака пара, выбрасываемые в атмосферу, которые могут выходить из не переохлажденного конденсатоотводчика. Эти паровые облака часто могут быть неверно интерпретированы как утечка свежего пара, когда на самом деле они просто состоят из генерированного конденсата с мелкими каплями воды во взвешенном состоянии, вызванными мгновенным испарением горячего конденсата, выпущенного в атмосферу.

Процент (коэффициент) образовавшегося выпара можно рассчитать по формуле:

где:

• h_f1 = Удельная энтальпия насыщенной воды на входе^*
• h_f2 = Удельная энтальпия насыщенной воды на выходе
• h_fg2 = Скрытая теплота насыщенного пара на выходе

*В конденсатоотводчиках, предназначенных для значительного переохлаждения конденсата перед сбросом, контактная теплота конденсата на входе в конденсатоотводчик может быть значительно ниже, чем при оценке с использованием значений давления насыщенного пара на входе.

Как видно из приведенных ниже примеров, при выпуске конденсата в атмосферу (пример 1) образуется более высокий процент пара мгновенного испарения, чем при его выпуске в закрытую систему возврата (пример 2):

Пар намного менее плотен, чем вода, а это означает, что небольшое увеличение процента образующегося выпара может проявляться как большое увеличение объема генерируемого пара. На анимации ниже показана разница в соотношении пара и конденсата для примеров 1 и 2 (см. выше) применительно к трубопроводу возврата конденсата.

Рассмотрим подробнее: удельный объем конденсата при 100 °C (212 °F) составляет 0,00104 м3/кг (0,0167 фута3/фунт), а удельный объем атмосферного пара составляет 1,67 м3/ кг (26,8 футов3/фунт). Когда высокотемпературный конденсат при 1,0 МПа изб. (145 фт/кв. дюйм изб.) cбрасывается в более низкое давление, такое как атмосферное, 16,1% массы этого конденсата превращаются в пар. Полученное объемное соотношение можно противопоставить следующим образом:

Расчет отношения мгновенного испарения к конденсату (метрическая система)

• Объем конденсата:(1 - 16,1%) x 0,00104 м³/кг = 0,000873 м³/кг
• Объем пара:16,1% x 1,67 м³/кг = 0,269 м³/кг
• Соотношение выпара к конденсату:0,269 м³/кг / 0,000873 м³кг=308:1

Облако пара, образованное выпаром, является естественным побочным продуктом сброса конденсата. Поскольку выпар имеет такое же качество, что и свежий пар, современные предприятия часто стараются повторно использовать значительные количества пара мгновенного испарения, когда это возможно.

Повторное использование выпара, генерируемого системой с более высоким давлением, для использования в системе с более низким давлением может обеспечить значительную экономию энергии в дополнение к улучшению рабочей среды завода за счет уменьшения облака пара. При разработке систем управления отходящим теплом системы рекуперации конденсата и системы рекуперации выпара часто объединены.