蒸汽干度檢測常見方法之節(jié)流法是否適用于制藥行業(yè)蒸汽干度檢測
參照EN285，純蒸汽質(zhì)量檢測最繁瑣、最易出錯的一項即為干度檢測，所以很多老師希望能夠快速、便捷、高效解決這一難題，3分鐘、5分鐘即可完成檢測。
蒸汽干度檢測常見的熱力學(xué)方法有節(jié)流法、稱重法、加熱法及凝結(jié)法。
節(jié)流法因其成本低（僅需1~2個溫度和壓力傳感器）、檢測快速，被部分廠家應(yīng)用于制藥行業(yè)純蒸汽干度檢測。
什么是節(jié)流法？
節(jié)流法是利用孔板等流量節(jié)流器來測量蒸汽干度。蒸汽流過節(jié)流件壓力降低，使得節(jié)流后的蒸汽在該溫度壓力下處于過熱狀態(tài)，采集蒸汽節(jié)流前后的溫度和壓力，建立熱力學(xué)守恒方程計算蒸汽干度。
節(jié)流法原理簡單，需要的傳感器少，但該方法適用的前提是：
1 假設(shè)蒸汽在絕熱條件下節(jié)流，節(jié)流前后焓值不變
2 節(jié)流后的蒸汽處于過熱狀態(tài)，即單相狀態(tài)—氣態(tài)
舉例分析：
以制藥行業(yè)壓力3barg，干度0.950的純蒸汽為例，計算節(jié)流后的蒸汽是否處于過熱的氣態(tài)區(qū)？
計算步驟：
1. 確定初始狀態(tài)下的焓值h1：
- 在 4 bara（3barg表壓） 下，查蒸汽表：
- 飽和水焓值 hf1 = 604.7 kJ/kg
- 飽和蒸汽焓值 hg1 = 2737.6 kJ/kg
初始狀態(tài)的焓值 h1 計算如下：
h1 =（1- x1）* hf1 + x1 *hg1 =0.05* 604.7 + 0.95 * 2737.6 = 30.235+ 2600.72= 2630.96kJ/kg
2. 假設(shè)等焓過程：
- 假設(shè)節(jié)流過程為等焓過程， h1 = h2 。
3. 確定解壓后的狀態(tài)：
- 在 1 bara（0barg表壓） 壓力下，查蒸汽表：
- 飽和水焓值 hf2 = 417.51 kJ/kg
- 飽和蒸汽焓值hg2 = 2675.4 kJ/kg
通過等焓過程，解壓后的焓值h2與初始焓值h1相同，即：
h2 = 2630.96kJ/kg
4. 計算解壓后的干度 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，意味著節(jié)流后蒸汽仍然處于兩相區(qū)，而非單相過熱區(qū)，節(jié)流法不適用。
因此，壓力3barg的純蒸汽，干度≥0.972，節(jié)流解壓后，蒸汽才能進(jìn)入過熱區(qū)，即為單相區(qū)，可使用節(jié)流法。
結(jié)論
由上圖可知，不是所有的蒸汽干度檢測都可以采用節(jié)流法，以制藥行業(yè)最常見的3barg的蒸汽為例，可測量的最小干度為0.972，而依據(jù)EN285,用于滅菌的純蒸汽干度值必須≥0.95，因此節(jié)流法不能滿足蒸汽干度在95%~100%范圍的制藥行業(yè)檢測需求。
關(guān)于節(jié)流法不適用制藥行業(yè)蒸汽干度檢測
初次看到這部分內(nèi)容，出處是國外友商的發(fā)明專利。作為一個從業(yè)15年的儀器行業(yè)產(chǎn)品經(jīng)理，研究專利是我的職業(yè)本能，避免侵犯知識產(chǎn)權(quán)的同時，對自己產(chǎn)品定義也有很多的啟發(fā)。
由此可見，僅需溫度傳感器，壓力傳感器就能得到干度值的最經(jīng)濟(jì)、最快速、最簡單的方法-節(jié)流法：行不通✘
作者的話
感謝程川博士給予的技術(shù)指導(dǎo)，德國博士的嚴(yán)謹(jǐn)讓我受益匪淺。熱力學(xué)枯燥而繁瑣，歡迎老師們一起加入探討，我也會就稱重法、加熱法和凝結(jié)法繼續(xù)分析。
制藥行業(yè)是一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男袠I(yè)，儀器行業(yè)同樣也是，沒有捷徑可走，堅持原研就是為了每一步都明明白白。
蒸汽干度檢測常見的熱力學(xué)方法有節(jié)流法、稱重法、加熱法及凝結(jié)法。
節(jié)流法因其成本低（僅需1~2個溫度和壓力傳感器）、檢測快速，被部分廠家應(yīng)用于制藥行業(yè)純蒸汽干度檢測。
什么是節(jié)流法？
節(jié)流法是利用孔板等流量節(jié)流器來測量蒸汽干度。蒸汽流過節(jié)流件壓力降低，使得節(jié)流后的蒸汽在該溫度壓力下處于過熱狀態(tài)，采集蒸汽節(jié)流前后的溫度和壓力，建立熱力學(xué)守恒方程計算蒸汽干度。
節(jié)流法原理簡單，需要的傳感器少，但該方法適用的前提是：
1 假設(shè)蒸汽在絕熱條件下節(jié)流，節(jié)流前后焓值不變
2 節(jié)流后的蒸汽處于過熱狀態(tài)，即單相狀態(tài)—氣態(tài)
舉例分析：
以制藥行業(yè)壓力3barg，干度0.950的純蒸汽為例，計算節(jié)流后的蒸汽是否處于過熱的氣態(tài)區(qū)？
計算步驟：
1. 確定初始狀態(tài)下的焓值h1：
- 在 4 bara（3barg表壓） 下，查蒸汽表：
- 飽和水焓值 hf1 = 604.7 kJ/kg
- 飽和蒸汽焓值 hg1 = 2737.6 kJ/kg
初始狀態(tài)的焓值 h1 計算如下：
h1 =（1- x1）* hf1 + x1 *hg1 =0.05* 604.7 + 0.95 * 2737.6 = 30.235+ 2600.72= 2630.96kJ/kg
2. 假設(shè)等焓過程：
- 假設(shè)節(jié)流過程為等焓過程， h1 = h2 。
3. 確定解壓后的狀態(tài)：
- 在 1 bara（0barg表壓） 壓力下，查蒸汽表：
- 飽和水焓值 hf2 = 417.51 kJ/kg
- 飽和蒸汽焓值hg2 = 2675.4 kJ/kg
通過等焓過程，解壓后的焓值h2與初始焓值h1相同，即：
h2 = 2630.96kJ/kg
4. 計算解壓后的干度 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，意味著節(jié)流后蒸汽仍然處于兩相區(qū)，而非單相過熱區(qū)，節(jié)流法不適用。
▲
同理可計算：壓力3barg，干度0.97的純蒸汽，節(jié)流后
x2 =0.999
▲
同理可計算：壓力3barg，干度0.972的純蒸汽，節(jié)流后
x2 =1.001
同理可計算：壓力3barg，干度0.97的純蒸汽，節(jié)流后
x2 =0.999
▲
同理可計算：壓力3barg，干度0.972的純蒸汽，節(jié)流后
x2 =1.001
因此，壓力3barg的純蒸汽，干度≥0.972，節(jié)流解壓后，蒸汽才能進(jìn)入過熱區(qū)，即為單相區(qū)，可使用節(jié)流法。
結(jié)論
由上圖可知，不是所有的蒸汽干度檢測都可以采用節(jié)流法，以制藥行業(yè)最常見的3barg的蒸汽為例，可測量的最小干度為0.972，而依據(jù)EN285,用于滅菌的純蒸汽干度值必須≥0.95，因此節(jié)流法不能滿足蒸汽干度在95%~100%范圍的制藥行業(yè)檢測需求。
關(guān)于節(jié)流法不適用制藥行業(yè)蒸汽干度檢測
初次看到這部分內(nèi)容，出處是國外友商的發(fā)明專利。作為一個從業(yè)15年的儀器行業(yè)產(chǎn)品經(jīng)理，研究專利是我的職業(yè)本能，避免侵犯知識產(chǎn)權(quán)的同時，對自己產(chǎn)品定義也有很多的啟發(fā)。
由此可見，僅需溫度傳感器，壓力傳感器就能得到干度值的最經(jīng)濟(jì)、最快速、最簡單的方法-節(jié)流法：行不通✘
作者的話
感謝程川博士給予的技術(shù)指導(dǎo)，德國博士的嚴(yán)謹(jǐn)讓我受益匪淺。熱力學(xué)枯燥而繁瑣，歡迎老師們一起加入探討，我也會就稱重法、加熱法和凝結(jié)法繼續(xù)分析。
制藥行業(yè)是一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男袠I(yè)，儀器行業(yè)同樣也是，沒有捷徑可走，堅持原研就是為了每一步都明明白白。
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