蒸汽干度检测常见方法之节流法是否适用于制药行业蒸汽干度检测
2024-07-30 来源:本站 点击次数:3466
参照EN285，纯蒸汽质量检测最繁琐、最易出错的一项即为干度检测，所以很多老师希望能够快速、便捷、高效解决这一难题，3分钟、5分钟即可完成检测。
蒸汽干度检测常见的热力学方法有节流法、称重法、加热法及凝结法。
节流法因其成本低（仅需1~2个温度和压力传感器）、检测快速，被部分厂家应用于制药行业纯蒸汽干度检测。
什么是节流法？
节流法是利用孔板等流量节流器来测量蒸汽干度。蒸汽流过节流件压力降低，使得节流后的蒸汽在该温度压力下处于过热状态，采集蒸汽节流前后的温度和压力，建立热力学守恒方程计算蒸汽干度。
节流法原理简单，需要的传感器少，但该方法适用的前提是：
1 假设蒸汽在绝热条件下节流，节流前后焓值不变
2 节流后的蒸汽处于过热状态，即单相状态—气态
举例分析：
以制药行业压力3barg，干度0.950的纯蒸汽为例，计算节流后的蒸汽是否处于过热的气态区？
计算步骤：
1. 确定初始状态下的焓值h1：
- 在 4 bara（3barg表压） 下，查蒸汽表：
- 饱和水焓值 hf1 = 604.7 kJ/kg
- 饱和蒸汽焓值 hg1 = 2737.6 kJ/kg
初始状态的焓值 h1 计算如下：
h1 =（1- x1）* hf1 + x1 *hg1 =0.05* 604.7 + 0.95 * 2737.6 = 30.235+ 2600.72= 2630.96kJ/kg
2. 假设等焓过程：
- 假设节流过程为等焓过程， h1 = h2 。
3. 确定解压后的状态：
- 在 1 bara（0barg表压） 压力下，查蒸汽表：
- 饱和水焓值 hf2 = 417.51 kJ/kg
- 饱和蒸汽焓值hg2 = 2675.4 kJ/kg
通过等焓过程，解压后的焓值h2与初始焓值h1相同，即：
h2 = 2630.96kJ/kg
4. 计算解压后的干度 x2 ：
- 使用公式 h2 =（1- x2）* hf2 + x2 * hg2
2630.96 =（1- x2）* 417.51 + x2 *2675.4
x2 =0.98
干度小于1，意味着节流后蒸汽仍然处于两相区，而非单相过热区，节流法不适用。
因此，压力3barg的纯蒸汽，干度≥0.972，节流解压后，蒸汽才能进入过热区，即为单相区，可使用节流法。
结论
由上图可知，不是所有的蒸汽干度检测都可以采用节流法，以制药行业最常见的3barg的蒸汽为例，可测量的最小干度为0.972，而依据EN285,用于灭菌的纯蒸汽干度值必须≥0.95，因此节流法不能满足蒸汽干度在95%~100%范围的制药行业检测需求。
关于节流法不适用制药行业蒸汽干度检测
初次看到这部分内容，出处是国外友商的发明专利。作为一个从业15年的仪器行业产品经理，研究专利是我的职业本能，避免侵犯知识产权的同时，对自己产品定义也有很多的启发。
由此可见，仅需温度传感器，压力传感器就能得到干度值的最经济、最快速、最简单的方法-节流法：行不通✘
作者的话
感谢程川博士给予的技术指导，德国博士的严谨让我受益匪浅。热力学枯燥而繁琐，欢迎老师们一起加入探讨，我也会就称重法、加热法和凝结法继续分析。
制药行业是一个严谨的行业，仪器行业同样也是，没有捷径可走，坚持原研就是为了每一步都明明白白。
蒸汽干度检测常见的热力学方法有节流法、称重法、加热法及凝结法。
节流法因其成本低（仅需1~2个温度和压力传感器）、检测快速，被部分厂家应用于制药行业纯蒸汽干度检测。
什么是节流法？
节流法是利用孔板等流量节流器来测量蒸汽干度。蒸汽流过节流件压力降低，使得节流后的蒸汽在该温度压力下处于过热状态，采集蒸汽节流前后的温度和压力，建立热力学守恒方程计算蒸汽干度。
节流法原理简单，需要的传感器少，但该方法适用的前提是：
1 假设蒸汽在绝热条件下节流，节流前后焓值不变
2 节流后的蒸汽处于过热状态，即单相状态—气态
举例分析：
以制药行业压力3barg，干度0.950的纯蒸汽为例，计算节流后的蒸汽是否处于过热的气态区？
计算步骤：
1. 确定初始状态下的焓值h1：
- 在 4 bara（3barg表压） 下，查蒸汽表：
- 饱和水焓值 hf1 = 604.7 kJ/kg
- 饱和蒸汽焓值 hg1 = 2737.6 kJ/kg
初始状态的焓值 h1 计算如下：
h1 =（1- x1）* hf1 + x1 *hg1 =0.05* 604.7 + 0.95 * 2737.6 = 30.235+ 2600.72= 2630.96kJ/kg
2. 假设等焓过程：
- 假设节流过程为等焓过程， h1 = h2 。
3. 确定解压后的状态：
- 在 1 bara（0barg表压） 压力下，查蒸汽表：
- 饱和水焓值 hf2 = 417.51 kJ/kg
- 饱和蒸汽焓值hg2 = 2675.4 kJ/kg
通过等焓过程，解压后的焓值h2与初始焓值h1相同，即：
h2 = 2630.96kJ/kg
4. 计算解压后的干度 x2 ：
- 使用公式 h2 =（1- x2）* hf2 + x2 * hg2
2630.96 =（1- x2）* 417.51 + x2 *2675.4
x2 =0.98
干度小于1，意味着节流后蒸汽仍然处于两相区，而非单相过热区，节流法不适用。
▲
同理可计算：压力3barg，干度0.97的纯蒸汽，节流后
x2 =0.999
▲
同理可计算：压力3barg，干度0.972的纯蒸汽，节流后
x2 =1.001
同理可计算：压力3barg，干度0.97的纯蒸汽，节流后
x2 =0.999
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同理可计算：压力3barg，干度0.972的纯蒸汽，节流后
x2 =1.001
因此，压力3barg的纯蒸汽，干度≥0.972，节流解压后，蒸汽才能进入过热区，即为单相区，可使用节流法。
结论
由上图可知，不是所有的蒸汽干度检测都可以采用节流法，以制药行业最常见的3barg的蒸汽为例，可测量的最小干度为0.972，而依据EN285,用于灭菌的纯蒸汽干度值必须≥0.95，因此节流法不能满足蒸汽干度在95%~100%范围的制药行业检测需求。
关于节流法不适用制药行业蒸汽干度检测
初次看到这部分内容，出处是国外友商的发明专利。作为一个从业15年的仪器行业产品经理，研究专利是我的职业本能，避免侵犯知识产权的同时，对自己产品定义也有很多的启发。
由此可见，仅需温度传感器，压力传感器就能得到干度值的最经济、最快速、最简单的方法-节流法：行不通✘
作者的话
感谢程川博士给予的技术指导，德国博士的严谨让我受益匪浅。热力学枯燥而繁琐，欢迎老师们一起加入探讨，我也会就称重法、加热法和凝结法继续分析。
制药行业是一个严谨的行业，仪器行业同样也是，没有捷径可走，坚持原研就是为了每一步都明明白白。
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