毋庸置疑,過高的蒸汽溫度會加大蒸汽系統(包括管道、閥門、壓力容器、用汽設備等)的安全隱患,也會使得工藝加溫過程因溫度超高而引起爆炸事故的風險大幅增加。舉例,對於飽和蒸汽,將蒸汽壓力控制在1.0Barg時,蒸汽溫度為120℃,物料的加熱溫度最高也不超過120℃,但對於1.0Barg/220℃的過熱蒸汽而言,物料被加熱達到200℃的「爆炸溫度」就很正常了。曾經發生的安全事故中,就有因閥門內漏引起設備內溫度過高而導致的爆炸,最終造成嚴重的人員傷亡及財產損失。
使用過熱蒸汽時,蒸汽溫度變化大,經歷從高溫開始釋放過熱焓的減溫過程以及釋放蒸發焓(潛熱)的恆溫過程,有時還要經歷釋放冷凝水焓(顯熱)的降溫過程。這种放熱過程周而復始,使得換熱器表面承受溫度波動較大。而且這也使得換熱器表面存在較大溫度梯度,影響被加熱介質溫度的穩定和均勻,影響產品品質。
過熱蒸汽放熱時先釋放過熱焓,直到其溫度降到飽和溫度後才釋放蒸發焓。儘管過熱焓比蒸發焓小很多,但當過熱度較高時其釋放過程會很長。而且,在換熱器表面的過熱蒸汽釋放過熱焓時,遠離換熱表面的過熱蒸汽很難釋放熱能和降溫,這是因過熱蒸汽導熱係數低所致。另外,過熱蒸汽會使換熱表面結垢加快,而汙垢層會阻止熱傳遞。因此,過熱蒸汽的傳熱係數遠低於飽和蒸汽。比如,對盤管換熱器而言,過熱蒸汽的傳熱係數只有飽和蒸汽的4.2%~8.3%。
過熱蒸汽傳熱係數低,生產效率也就降低。企業為保證生產量勢必會耗費更多的蒸汽,以耗量換產量。
使用過熱蒸汽時,在換熱器中的工藝介質會在換熱表面形成幹牆並結垢,溫度高時結垢更快,阻礙熱傳遞並造成換熱器壁超溫,導致換熱器失效。另外,過熱蒸汽放熱時可能在設備內沿著換熱通道產生溫度梯度,而且設備承受的溫度間歇高低變化,產生熱應力,容易導致設備變形、焊縫開裂和密封洩漏。過熱蒸汽的高溫還會損壞敏感的設備,孚雷德就曾遇到一家蒸汽用戶因蒸汽溫度過高導致流量傳感器損壞的案例。
過熱蒸汽要求所使用的設備等級更高,價格更昂貴。同時,過熱蒸汽又會降低設備生產效率,進而影響生產產量。為達到同樣的生產能力,換熱設備的換熱面積需要加大。根據實際經驗,過熱度每增加2℃,換熱器需增加1%的換熱面積。也就是說,使用過熱蒸汽時換熱設備的換熱面積需要更大,投資也會更高。
總之,直接使用過熱蒸汽不僅加大了安全隱患、能源消耗和生產運行成本,而且降低了企業生產效率,因此對過熱蒸汽降溫減壓是明智之舉。