Zahřívání a ohřev produktů jsou nezbytné pro mnoho průmyslových procesů a aplikací. Přitom je nezbytná hladina teploty často mezi 100 °C a 250 °C. Sytá pára nebo nepatrně přehřátá pára jsou přitom optimálními nositeli tepla s mnoha výhodami:

  • vysokou hustotou energie
  • vynikajícím přenosem tepla při kondenzaci
  • vhodností pro přímé a nepřímé vytápění
  • dobrou regulovatelností
  • voda/ pára je nejedovatá a všude použitelná
  • k přepravě páry nejsou zapotřebí žádná čerpadla

Druhy páry

Rozlišují se následující druhy páry:

Druh páry

Zvláštnost

Aplikace

Zbytková vlhkost

Mokrá pára

Může způsobovat erozi v parních potrubích

> 3 %

Pára sytá - středotlaká

Nejčastěji používané druhy páry

procesní teplo < ~230 °C

0 ... 3 %

Přehřátá pára

Snížené tepelné ztráty v parním potrubí

parní turbíny

0 %
(teplota páry >
teplota nasycení)

Nízkotlaká pára

Nespadá pod směrnici o tlakových zařízeních.
Zjednodušené podmínky instalace a provozu

procesní teplo ≤ 110 °C, prádelny

0 ... 3 %

Kulinářská pára

Používání netěkavých dávkovaných prostředků

potravinářský průmysl

0 ... 1 %

Čistá pára

Výroba prostřednictvím nerezových vyvíječů čisté páry za pomoci syté páry

farmaceutický průmysl, nemocnice

0 ... 3 %

Expandováná pára

Vzniká expanzí tlaku pod teplotu
varu horké vody

parní zásobník
(chtěný)po odkalení /
odluhu (nuceně)

0 ... 5 %
(v parním zásobníku)

Rozdíly mezi jednotlivými druhy páry

Sytá pára nebo suchá nasycená pára

Pára na hranici mezi mokrou a přehřátou párou se nazývá sytá pára, také nasycená pára nebo suchá nasycená pára, příležitostně pro oddělení od mokré páry taky „suchá pára“. Tabulkové hodnoty uváděné v tabulkách páry se vztahují přesně k tomuto stavu.

Tabulka voda – pára - více informací

V praktickém dimenzování pro tepelné výměníky nebo při výpočtu potřeby páry termických procesů se téměř vždy kalkuluje s látkovými hodnotami syté páry.

Reálně se sytá pára však vyskytuje pouze přesně na hranici skupenství. Již minimální ochlazení při stejném tlaku vede k mokré páře nebo minimální zahřátí k přehřáté páře. Jsou-li však stavy páry blízko hranice skupenství, může být při dimenzování parního zařízení kalkulováno s látkovými hodnotami pro sytou páru.

Stavový diagram pro vodu, resp. páru v grafu teplotní entalpie (T-h-diagram) s označeními ploch v technickém smyslu

Stavový diagram pro vodu, resp. páru v grafu teplotní entalpie (T-h-diagram) s označeními ploch v technickém smyslu

Mokrá pára

Mokrá pára je směsí z kapalného a plynného skupenství vody. U páry s velmi nízkým hmotnostním podílem vody do cca 3 % se v technice dále mluví o syté páře. Je to nejčastěji se vyskytující stav páry používaný v průmyslových zařízeních k ohřevu produktů.

Již při proudění z parního kotle jsou nejmenší kapičky vody sthávány proudem páry tak, že je v páře obsažena zbytková vlhkost, tedy kapalný podíl (1 až 3 % celkové hmoty.) Tato zbytková vlhkost může být na výstupu z kotle zredukována vestavbou na zachycení kapiček vody například až na cca 0,5 % množství páry.

Information

Obvykle se mluví v technice při zbytkové vlhkosti ≤ 3 % stále ještě o syté páře a ne o mokré páře.

Zbytková vlhkost je podíl hmoty vody vztažený k celkové hmotě směsi z vody a páry. Vedle zbytkové vlhkosti existuje ještě pojem podílu páry x, který odpovídá podílu páry ve směsi vody a páry.

Vyjádřeno vzorcem:
podíl páry = 100 % – zbytková vlhkost

Příklad na hranici technické syté páry:
100 % – 3 % zbytkové vlhkosti = 97 % podílu páry

Obrázek výše

Díky tepelným ztrátám vznikajícím ve všech parních potrubích do okolního prostředí část páry opět zkondenzuje, takže je zde v potrubích také stále vlhčí pára s malým podílem vody. Tento podíl vody musí být ve vhodných rozestupech a před regulačními armaturami, jakož i kolmými úseky potrubí z páry odstraňován (např. odvaděči kondenzátu.)

Mokrá pára s velmi nízkým podílem objemu páry se vyskytuje například při odvodňujícím odpařování za plovákovými odvaděči kondenzátu. Přitom je třeba respektovat především to, že nárůst objemu při odvodňujícím odpařování je velmi velký. Při dimenzování potrubí kondenzátu to musí být zohledněno.

Přehřátá pára

Pokud je syté páře dále přiváděno teplo, pak se zvýší při stejném tlaku teplota páry. Mluvíme pak o horké páře nebo přehřáté páře. Přehřátá pára může být generována v žárotrubných kotlích s přídavným modulem přehříváku. Přitom může dosahovat teplot ≤ 100 K nad teplotou syté páry.

Přehřátá pára se používá jako pohon plynových turbín nebo k distribuci páry na velmi velké vzdálenosti, protože přes tepelnou ztrátu ještě nedochází ke kondenzaci.

Je však třeba respektovat, že přechod tepla z přehřáté páry až do nasazení kondenzace je menší. Proto je přehřátá pára také trochu hůře vhodná k ohřevu nosičů tepla než sytá pára.

Vysokotlaká nebo nízkotlaká pára

Pára s tlakem p ≤ 0,5 bar (1,5 bar, 110 °C) je označována jako nízkotlaká pára. Pára s tlakem p > 0,5 bar je označována jako středotlaká pára. Rozdíl pochází výhradně z předpisů pro instalaci a provoz parních kotlových zařízení, neboť pro středotlakou páru platí zvláštní podmínky pro provoz, instalaci a monitoring. Protože nízkotlaká pára vykazuje velmi nízkou hustotu a proto musí být potrubí, armatury a aparáty dimenzovány příliš velké, používá se tento typ páry obvykle pouze pro malé parní výkony (asi do 3 t/h) a krátké vzdálenosti.

Potrubí odfuku pojistného ventilu - více informací

Kulinářská pára

Kulinářská pára odpovídá technické syté páře s přídavným požadavkem, že nejsou nasazovány žádné parní těkavé dávkovací prostředky k alkalizaci a navázání zbytkového kyslíku.

Používá se, jak již název napovídá, při zpracování potravin pro člověka a zvíře. Pára přitom může být přiváděná do přímého kontaktu s potravinami (např. při loupání brambor).

Čistá pára

Čistá pára nebo také nejčistší pára je vyráběna ve speciálních nerezových odparkách, které jsou vyhřívané obyčejnou sytou párou.

Používá se zejména tam, kde jsou kladeny velmi vysoké požadavky na sterilitu páry (např. v nemocnicích ke sterilizaci operačních nástrojů nebo ve farmaceutickém průmyslu).

Expandovaná pára

Expandovaná pára vzniká na mnoha místech parního kotlového zařízení a musí být odpovídajícím způsobem zohledněna.

Tak je tomu mimo jiné u expandéru odkalu nebo u otevřených nádrží na kondenzát, kde expandovaná pára vede k tepelným ztrátám. Ztráty expandované páry mohou být sníženy odpovídajícími opatřeními na zpětné získávání tepla.

Na parním zásobníku je zcela vědomě využíváno následné odpařování vroucí vody, aby bylo možno krátkodobě dávat k dispozici obzvláště vysoké množství páry.

Odluh a odkal - více informací

Akumulace – ukládání páry - více informací

Information

Expandovaná pára / následné odpařování:

Pokud se zredukuje tlak horké kapalné vody pod tlak varu, odpaří se část vody a oddělí se na kapalné a parní skupenství. Teplota vody a páry se přitom sníží na teplotu varu daného tlaku.

Fyzikální efekt se často nazývá následné odpařování.

Příklad:

Voda o teplotě T = 195 °C se expanduje na tlak p = 4 bar. Entalpie (energie) systému zůstane při expanzi konstantní. Současně zůstává hmota v systému taktéž konstantní, může být tedy sestavena energetická bilance ve formě bilance entalpie.

Information

Energie v systému před expanzí = energie v systému po expanzi

 
Berechnung

Rovnice energetické bilance při expanzi

h = (1 − x) ∙ h' + x ∙ h''

Rovnice pro výpočet podílu hmoty expandované páry

Příklad výpočtu ke zjištění podílu hmoty expandované páry

x = [kJ/kg] – [kJ/kg] [kJ/kg] – [kJ/kg] = 6,9 %
 

x

Podíl hmoty expandované páry [%]

h

Entalpie vroucí vody [kJ/kg]

h'

Entalpie odparu [kJ/kg]

h''

Entalpie syté páry [kJ/kg]

r

Entalpie odparu [kJ/kg]

Odvodňující odpařování v grafu teplotní entalpie (T-h-diagram)Odvodňující odpařování v grafu teplotní entalpie (T-h-diagram)