Выпар возникает из-за того, что точка насыщения воды изменяется в зависимости от давления. Например, точка насыщения воды — 100 °C при атмосферном давлении, но составляет 184 °C при 1.0 МПа изб.

Так что же происходит, когда конденсат, находящийся под давлением при 184 °C 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 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, образуя пар.

Дополнительные замечания

Одна из первых ассоциаций при упоминании пара вторичного вскипания — это облака пара, выбрасываемые в атмосферу, например, из конденсатоотводчика без функции переохлаждения. Такие паровые облака нередко ошибочно принимают за утечку свежего пара, хотя на самом деле они представляют собой пар вторичного вскипания (с мелкими каплями воды, находящимися во взвешенном состоянии), образованный из горячего конденсата, мгновенно испаряющегося при выходе 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 сбросе конденсата в атмосферу (пример 1) образуется более высокий процент пара вторичного вскипания, чем при сбросе в закрытую систему возврата (пример 2):

Пар значительно 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 составляет 0,00104 м3/кг, а удельный объем атмосферного пара составляет 1,67 м3/ кг. Когда высокотемпературный конденсат при 1,0 МПа изб. cбрасывается в более низкое атмосферное давление, 16,1% массы этого конденсата превращаются в пар. Полученное объемное соотношение можно противопоставить следующим образом:

Расчёт соотношения объёма выпара 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 значительное количество пара вторичного вскипания, 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.