蒸汽质量检测介绍（二）——不凝性气体测试

arti2017

背景知识

气体通常是空气，尽管由于某些水处理过程（通常是软水剂）的结果，二氧化碳可能以相对大量的存在。许多制药水处理厂中可能存在的过度曝气加剧了这种情况，在这些工厂中，水不断再循环并喷洒到储存容器的顶部。这些气体存在于灭菌器的蒸汽供应中的影响可能与空气去除不足相同，也就是说，它们不是通过蒸汽冷凝加热组件，而是通过蒸汽和其他气体的混合物加热。当蒸汽冷凝时，其体积急剧减少，导致更多的蒸汽流入剩余的空隙。如果蒸汽中存在气体，则可以看到蒸汽的流动迫使气体流向负载组件，在那里它们可以积聚。

这些气体的存在会导致两个问题：

1.空气是一种绝缘体，其传热阻力比铜大约12,000倍。一层或一袋空气都可能导致加热过程受到不利影响。

2.空气层或空气袋都可能导致蒸汽/湿气到达负载的所有部分的物理屏障。水分的存在对于灭菌过程至关重要，因为它允许细胞壁凝固。

下面显示的Bowie-Dick测试结果是灭菌器的结果，其中蒸汽供应中存在约6.5%的不凝性气体。为了发生均匀的颜色变化，必须在正确的时间内存在正确的温度，并且必须存在水分。中心部分未能改变颜色清楚地表明存在空气或其他气体。中间的透明圆圈以图形方式说明了残留空气或不凝性气体如何通过流向负载的蒸汽被迫到达负载组件的中心。

虽然不凝性气体几乎总是向蒸汽发生器提供冷给水的结果，但设计不良的蒸汽分配系统可能会允许相对少量的气体在分配系统中积聚，这些气体不可避免地与蒸汽一起积聚在分配系统中，这些气体可能会在高浓度包中置换。这可以通过安装放置良好的蒸汽疏水阀和通风口来解决。

通常，如果产生劣质蒸汽，分配系统不会对其进行改善。虽然排气阀和蒸汽疏水阀可以在低流量或无流量条件下消除不凝性气体，但在高流量条件下，这些气体将不可避免地被夹带在蒸汽中，并随之携带到使用点。通常，蒸汽以25~35m/s（56~78mph）的速度流动，很难想象在这种情况下它会分离。正是出于这个原因，在使用点进行测试被认为是必要的。

大多数蒸汽发生器都有集成的给水加热器作为其设计的一部分。在大多数情况下，它们的存在是为了从工厂蒸汽冷凝水中回收热量并排出热交换。在这些情况下，除非允许任何气体离开给水系统，否则它们将被水流带入蒸汽发生器。诸如此类的简单加热过程不会影响蒸汽中可凝性气体的水平。水必须在蒸汽发生器的外部加热，并允许气体离开。这表示外部水箱。

除氧器

商用除氧器 雾化水以呈现较大的表面积，所得气溶胶用低压蒸汽逆流加热。蒸汽将水加热到接近饱和温度（当前压力的沸点），并物理剥离水面上产生的气泡。通常将安装真空泵以抽出产生的蒸汽/气体混合物。

不凝性气体的其他原因包括：

1.蒸汽发生器给水泵上的泄漏压盖允许每次给水泵运行时将空气泵入蒸汽发生器。

2.蒸汽阀上的压盖泄漏，文丘里效应会导致空气被吸入蒸汽分配系统。

3.在蒸汽系统定期或不定期关闭的情况下，在重新启动时分配系统中将出现大量空气。建议在这种情况下应用全面的排气程序，并可能适当地测试不凝性气体。

不凝性气体测试

HTM 2010/EN 285中描述的进行不凝性气体测试的方法需要相当的技能才能获得可重复的测试结果。用于测试的水应通过煮沸并在密闭容器中冷却来脱气。如果不这样做，除了来自蒸汽供应的气体外，还会从水中释放气体。

这可能会导致遇到高值。测试的执行速度，决定获得高或低结果的速度加剧了这种情况。通常，测试进行得越快，测试结果就越高。在许多方面，测试方法是主观的。当冷却水温度达到70摄氏度时，必须完成测试。可以看出，要正确测试蒸汽，可能需要在不同的流动条件下进行测试。排空和更换冷却水所涉及的时间可能会导致重要信息丢失并形成不完整的画面。

使用使用冷凝器的SQ1便携式蒸汽质量测试套件时，可以避免这些问题。这可以防止蒸汽与冷却水接触，并避免因曝气而出现问题。气体的唯一来源可以是蒸汽。此外，测试可以无限期地进行，除了测试方法中描述的参考条件外，还可以在一系列流动条件下测试蒸汽供应。

使用SQ1便携式蒸汽质量测试套件，该测试只需冷凝从蒸汽供应管道顶部采集的蒸汽样品，并在滴定管中收集任何产生的气体。测试结果以ml气体/ml冷凝水表示，以百分比表示。每100ml冷凝水收集的气体量不应超过3.5ml，描述为>3.5%。HTM 2010 和 EN 285 都应用了相同的限制。应该注意的是，100毫升水在大气压下会产生169.4升蒸汽，虽然结果以百分比表示，但按气体：蒸汽的体积计算，实际值为0.00206%，这是一个非常小的值。

压力/温度比较

人们通常认为，使用蒸汽表进行简单的压力/温度比较将发现不凝性气体的存在。如果使用道尔顿定律，如果蒸汽供应中存在1%的空气（按体积计），该值超过3.5%的限制（按体积计为0.00206%），则从下表可以看出，由此产生的温度下降将仅为0.33℃。考虑到压力和温度仪表之间响应时间和校准误差的差异，可以看出，这种比较只能检测到非常大且完全不可接受的气体水平（在1%到10%之间）。

腔室总压力（bar）	腔室内容（L） 蒸汽：空气	道尔顿定律 蒸汽+空气 压力（bar）+压力（bar）	腔室温度（°C）
2.10	1000:0	2.10+0	121.8
2.10	900:100	1.89+.21	118.5
2.10	990:10	2.079+.021	121.47
2.10	999:1	2.0979+.0021	121.77

蒸汽流过管道的理论表明，存在的任何气体都将与管壁相邻。其中将有一层冷凝水，管道底部将存在进一步的冷凝水。

可以看出，如果采样点大于指定值，则将收集更大比例的气体，并且往往会产生更高的结果。因此，采样点的尺寸应按规定。同样，如果样品安装在管道底部，由于存在较大的冷凝水体积，结果可能会更低。