蒸汽干度检测原理大发现之节流法

湿饱和蒸汽，也就是灭菌用蒸汽，是在一定压力下，处于气液两相动态平衡状态下的蒸汽，其中干蒸汽的占比就是蒸汽的干度。湿饱和蒸汽的蒸汽干度决定了蒸汽的比焓（每单位蒸汽的能量），反之，得到蒸汽的比焓，就可以计算出蒸汽的干度。

在双相的动态平衡状态中，不能确认比焓，因此蒸汽干度检测需要把双相的蒸汽变成单一项的状态，也就是冷凝成水相或者变成单一的过热态。

节流法是将蒸汽处理成过热态，计算比焓值的检测方法。

具体检测过程：通过节流孔泄压至大气压，使蒸汽通过降低压力达到过热状态。通过测量过热蒸汽的温度和压力得到初始比焓H，计算蒸汽干度。

• 节流后蒸汽必须为过热蒸汽：只有过热状态下，才能通过温度和压力确定焓值，否则若仍为湿蒸汽，无法准确计算。

• 节流过程近似绝热：需减少管道散热等因素影响，确保焓值守恒假设成立。

节流法需要保证蒸汽泄压后处于过热状态，才能适用。这也就注定节流法的应用是有局限性有条件的。那么，在制药灭菌蒸汽条件下，节流法能够覆盖检测要求吗？我们来做个原理计算。

制药蒸汽常用使用压力是0.4MPa（表压0.3MPa），因此假定我们测试的样品蒸汽压力为0.4MPa，干度0.95。

0.4MPa压力下：

饱和蒸汽（X=1）焓值查表：2738.06kJ/kg

饱和水（X=0）焓值查表：604.72kJ/kg

已知，蒸汽干度为0.95，此时湿饱和蒸汽比焓值H1为：

H1=2738.06*0.95+604.72*0.05=2631.393kJ/kg

已知，在理想泄压过程中，能量守恒，因此泄至大气压后，蒸汽比焓保持不变，因此：

泄压后蒸汽比焓：H2=H1=2631.393kJ/kg

在大气压0.1MPa下，

饱和蒸汽（X=1）焓值查表：2675.52kJ/kg

我们可以很直观的看到，样品蒸汽的比焓值达不到正常大气压下蒸汽饱和的比焓值：

H2＜2675.52kJ/kg

因此干度0.95，压力0.4MPa的蒸汽泄压后，并不能达到过热状态。还是处在双相湿蒸汽的状态下，不能采用节流法检测。

我们再假定，样品蒸汽已知比焓值为2675.52kJ/kg，即等于大气压下，饱和蒸汽的比焓，也就是泄压后刚好干度=1，由此反推0.4MPa下的蒸汽干度X：

2675.52kJ/kg=2738.06*X+604.72*（1-X）

X=0.9706

因此，在制药蒸汽的常用压力0.4MPa左右，节流法能检测蒸汽干度＞0.97以上的蒸汽，不能覆盖EN285中，蒸汽干度>0.95的要求。

在进口品牌Armstrong的蒸汽检测文献中，也有对节流法不适用制药行业的阐述，下图为原文：

节流法检测蒸汽干度因其简单、低成本的特点，更适合对干度精度要求不高、蒸汽状态稳定且干度适中（0.5~0.9），工作压力通常大于10bar的工业场景。

而制药行业要求精度更高，工作压力低，节流法则不能覆盖EN285检测范围要求。

没有不好的方法，只有不适合的应用范围。欢迎各位老师与我们讨论各种方法的适用性，共同将制药蒸汽检测推向更高效的高度！