В производственных и отопительных котельных для защиты от коррозии поверхностей нагрева, омываемых водой, а также трубопроводов необходимо из питательной и подпиточной воды удалять коррозионно-агрессивные газы (кислород и углекислый газ), что наиболее эффективно обеспечивается термической деаэрацией воды. Деаэрацией называется процесс удаления из воды растворённых в ней газов.

При подогреве воды до температуры насыщения при данном давлении парциональное давление удаляемого газа над жидкостью снижается, и растворимость его снижается до нуля.

Удаление коррозионно-агрессивных газов в схеме котельной установки осуществляется в специальных устройствах – термических деаэраторах.

Назначение и область применения

Двухступенчатые деаэраторы атмосферного давления серий ДА с барботажным устройством в нижней части колонки, предназначены для удаления коррозионно-агрессивных газов (кислорода и свободной углекислоты) из питательной воды паровых котлов и подпиточной воды систем теплоснабжения в котельных всех типов (за исключением чисто водогрейных). Деаэраторы изготавливаются в соответствии с требованиями ГОСТа 16860-77. Код ОКП 31 1402.

Модификации

Пример условного обозначения:

ДА-5/2 – деаэратор атмосферного давления производительностью колонки 5 м³/час с баком ёмкостью 2 м³. Серийные типоразмеры – ДА-5/2; ДА-15/4; ДА-25/8; ДА-50/15; ДА-100/25; ДА-200/50; ДА-300/75.

По желанию заказчика, возможно, поставить деаэраторы атмосферного давления серий ДСА, с типоразмерами ДСА-5/4; ДСА-15/10; ДСА-25/15; ДСА-50/15; ДСА-50/25; ДСА-75/25; ДСА-75/35; ДСА-100/35; ДСА-100/50; ДСА-150/50; ДСА-150/75; ДСА-200/75; ДСА-200/100; ДСА-300/75; ДСА-300/100.

Деаэрационные колонки, возможно, комбинировать с баками большей вместимости.

Рис. Общий вид деаэраторного бака с экспликацией штуцеров.

Техническая характеристика

Основные технические характеристики деаэраторов атмосферного давления с барботажем в колонке приведены в таблице.

Деаэратор				ДА-50/15	ДА-100/25	ДА-200/50	ДА-300/75
Производительность номинальная, т/ч
Давление рабочее избыточное, МПа
Температура деаэрированной воды,°C
Диапазон производительности, %
Диапазон производительности, т/ч
Максимальный и минимальный подогрев воды в деаэраторе, °C
Концентрация О 2 в деаэрированной воде при его концентрации в исходной воде, С к О 2 , мкг/кг: - соответствующей состоянию насыщенности Не более 3 мг/кг
Концентрация свободной углекислоты и деаэрированной воды, С к О 2 , мкг/кг
Пробное гидравлическое давление, МПа
Допустимое повышение давления при работе защитного устройства, МПа
Удельный расход выпара при номинальной нагрузке, кг/тд.в
Диаметр, мм Высота, мм Масса, кг
Полезная емкость аккумуляторного бака, м 3
Тип деаэраторного бака
Типоразмер охладителя выпара
Тип предохранительного устройства

* - конструктивные размеры деаэрационных колонок могут отличаться в зависимости от завода-изготовителя.

Описание конструкции

Термический деаэратор атмосферного давления серии ДА состоит из деаэрационной колонки, установленной на аккумуляторном баке. В деаэраторе применена двухступенчатая схема дегазации 1 ступень - струйная, 2 - барботажная, причем обе ступени размещены в деаэрационной колонке, принципиальная схема которой приведена на рис. 1. Потоки воды, подлежащей деаэрации, подаются в колонку 1 через патрубки 2 на верхнюю перфорированную тарелку 3. С последней вода стекает струями на расположенную ниже перепускную тарелку 4, откуда узким пучком струи увеличенного диаметра сливается на начальный участок непровального барботажного листа 5. Затем вода проходит по барботажному листу в слое, обеспечиваемом переливным порогом (выступающая часть сливной трубы), и через сливные трубы 6 сливается в аккумуляторный бак, после выдержки в котором отводится из деаэратора по трубе 14 (см. рис. 2), весь пар подается в аккумуляторный бак деаэратора по трубе 13 (см. рис. 2), вентилирует объем бака и попадает под барботажный лист 5. Проходя сквозь отверстия барботажного листа, площадь которых выбрана с таким расчетом, чтобы исключить провал воды при минимальной тепловой нагрузке деаэратора, пар подвергает воду на нем интенсивной обработке. При увеличении тепловой нагрузки давление в камере под листом 5 возрастает, срабатывает гидрозатвор перепускного устройства 9 и избыточный пар перепускается в обвод барботажного листа через пароперепускную трубу 10. Труба 7 обеспечивает залив гидрозатвора перепускного устройства деаэрированной воды при снижении тепловой нагрузки. Из барботажного устройства пар через отверстие 11 направляется в отсек между тарелками 3 и 4. Парогазовая смесь (выпар) отводится из деаэратора через зазор 12 и патрубок 13. В струях происходит подогрев воды до температуры, близкой к температуре насыщения; удаление основной массы газов и конденсация большей части пара, подводимого в деаэратор. Частичное выделение газов из воды в виде мелких пузырьков идет на тарелках 3 и 4. На барботажном листе осуществляется догрев воды до температуры насыщения с незначительной конденсацией пара и удаление микроколичеств газов. Процесс дегазации завершается в аккумуляторном баке где происходит выделение из воды мельчайших пузырьков газа за счет отстоя.

Деаэрационная колонка приваривается непосредственно к аккумуляторному баку, за исключением тех колонок, которые имеют фланцевое соединение с деаэраторным баком. Относительно вертикальной оси колонка может быть ориентирована произвольно, в зависимости от конкретной схемы установки. Корпуса деаэраторов серии ДА изготавливаются из углеродистой стали, внутренние элементы - из нержавеющей стали, крепление элементов к корпусу и между собой осуществляется электрической сваркой.

В комплект поставки деаэрационной установки входит (завод-изготовитель согласует с заказчиком комплектность поставки деаэрационной установки в каждом отдельном случае):

деаэрационная колонка;

регулирующий клапан на линии подвода химически очищенной воды в колонку для поддержания уровня воды в баке;

регулирующий клапан на линии подвода пара для поддержания давления в деаэраторе;

мановакууметр;

вентиль запорный;

указатель уровня воды в баке;

манометр;

термометр;

предохранительное устройство;

охладитель выпара;

вентиль запорный муфтовый;

водосливная труба;

техдокументация.

Рис. 1 Принципиальная схема деаэрационной колонки атмосферного давления с барботажной ступенью.

Схема включения деаэрационной установки

Схема включения атмосферных деаэраторов определяется проектной организацией в зависимости от условий назначения и возможностей объекта, на котором они устанавливаются. На рис. 2 приведена рекомендуемая схема деаэрационной установки серии ДА.

Химически очищенная вода 1 через охладитель выпара 2 и регулирующий клапан 4 подается в деаэрационную колонку 6. Сюда же направляется поток основного конденсата 7 с температурой ниже рабочей температуры деаэратора. Деаэрационная колонка устанавливается у одного из торцов деаэраторного бака 9. Отвод деаэрированной воды 14 осуществляется из противоположного торца бака с целью обеспечения максимального времени выдержки воды в баке. Весь пар подводится по трубе 13 через регулирующий клапан давления 12 в торец бака, противоположный колонке, с целью обеспечения хорошей вентиляции парового объема от выделяющихся из воды газов. Горячие конденсаты (чистые) подаются в деаэраторный бак по трубе 10. Отвод выпара из установки осуществляется через охладитель выпара 2 и трубы 3 или непосредственно в атмосферу по трубе 5.

Для защиты деаэратора от аварийного повышения давления и уровня устанавливается самозаливающее комбинированное предохранительное устройство 8. Периодическая проверка качества деаэрированной воды на содержание кислорода и свободной углекислоты производится с помощью теплообменника для охлаждения проб воды 15.

Рис. 2 Принципиальная схема включения деаэрационной установки атмосферного давления:
1 - подвод химочищенной воды; 2 - охладитель выпара; 3, 5 - выхлоп в атмосферу; 4 - клапан pегулировки уровня, 6 - колонка; 7 - подвод основного конденсата; 8 - предохранительное устройство; 9 - деаэрационный бак; 10 - подвод деаэрированной воды; 11 - манометр; 12 - клапан регулировки давления; 13 - подвод горячего пара; 14 - отвод деаэрированной воды; 15 - охладитель проб воды; 16 - указатель уровня; 17- дренаж; 18 -мановакууметр.

Охладитель выпара

Для конденсации парогазовой смеси (выпара), используют охладитель выпара поверхностного типа состоящий из горизонтального корпуса, в котором размещена трубная система (материал трубок – латунь либо коррозионно-стойкая сталь).

Охладитель выпара является теплообменником, в трубную систему которого подаётся химочищенная вода или холодный конденсат из постоянного источника, направляющийся в деаэрационную колонку. Парогазовая смесь (выпар) поступает в межтрубное пространство, где пар из нее практически полностью конденсируется. Оставшиеся газы отводятся в атмосферу, конденсат выпара сливается в деаэратор или дренажный бак.

Охладитель выпара состоит из следующих основных элементов (см. рис. 3):

Номенклатура и общая характеристика охладителей выпара

Охладитель выпара
Давление, МПа В трубной системе В корпусе
В трубной системе В корпусе	пар, вода	пар, вода	пар, вода	пар, вода
Температура среды, °С В трубной системе В корпусе
Масса, кг

Предохранительное устройство (гидрозатвор) деаэраторов атмосферного давления

Для обеспечения безопасной эксплуатации деаэраторов предусматривается их защита от опасного повышения давления и уровня воды в баке с помощью комбинированного предохранительного устройства (гидрозатвор), которое должно быть установлено в каждой деаэраторной установке.

Гидрозатвор должен подключаться к подводящему паропроводу между регулирующим клапаном и деаэратором или к паровому пространству деаэраторного бака. Устройство состоит из двух гидрозатворов (см. Рис.4)., один из которых защищает деаэратор от превышения допустимого давления 9 (более короткий), а другой от опасного повышения уровня 1, объединенных в общую гидравлическую систему, и расширительного бака. Расширительный бак 3, служит для накопления объёма воды (при срабатывании устройства), необходимого для автоматической заливки устройства (после устранения нарушения в работе установки), т.е. делает устройство самозаливающимся. Диаметр переливного гидрозатвора определяется в зависимости от максимально возможного расхода воды в деаэратор в аварийных ситуациях.

Диаметр парового гидрозатвора определён, исходя из наибольшего допустимого давления в деаэраторе при работе устройства 0,07 МПа и максимально возможного в аварийной ситуации расхода пара в деаэратор при полностью открытом регулирующем клапане и максимальном давлении в источнике пара.

Для ограничения расхода пара в деаэратор в любых ситуациях до максимально необходимого (при 120%-ной нагрузке и 40-градусном подогреве) на паропроводе следует дополнительно устанавливать дроссельную ограничительную диафрагму.
В некоторых случаях (для снижения строительной высоты, установки деаэраторов в помещениях), вместо предохранительного устройства устанавливают клапаны предохранительные (для защиты от превышения давления) и конденсатоотводчик к штуцеру перелива.

Изготавливаются комбинированные предохранительные устройства шести типоразмеров: для деаэраторов ДА – 5 - ДА – 25, ДА – 50 и ДА – 75, ДА – 100, ДА – 150, ДА – 200, ДА – 300.

Рис. 4 Принципиальная схема комбинированного предохранительного устройства.
1 - Переливной гидрозатвор; 2 – подвод пара из деаэратора; 3 – расширительный бачок; 4 – слив воды; 5 – выхлоп в атмосферу; 6 – труба для контроля залива; 7 – подвод химически очищенной воды для заливки; 8 - подвод воды из деаэратора; 9 – гидрозатвор от повышения давления; 10 – дренаж.

Монтаж деаэрационных установок

Для выполнения монтажных работ монтажные площадки должны быть оснащены основным монтажным оборудованием, приспособлениями и инструментом в соответствии с проектом производства работ. При приемке деаэраторов следует проверить комплектность и соответствие номенклатуры и количества мест отправочным документам, соответствие поставленного оборудования установочным чертежам, отсутствие повреждений и дефектов оборудования. Перед монтажом производится внешний осмотр и расконсервация деаэратора, и устраняются обнаруженные дефекты.

Монтаж деаэратора на объекте выполняется в следующем порядке:

установить бак-аккумулятор на фундаменте в соответствии с установочным чертежом проектной организации;

приварить к баку водосливную горловину;

обрезать нижнюю часть деаэрационной колонки по наружному радиусу корпуса деаэрационного бака и установить ее на бак в соответствии с установочным чертежом проектной организации, при этом тарелки должны быть расположены строго горизонтально;

приварить колонку к деаэраторному баку;

установить охладитель выпара и предохранительное устройство согласно установочному чертежу проектной организации;

присоединить к штуцерам бака, колонки и охладителя выпара трубопроводы в соответствии с чертежами обвязки деаэратора, выполненными проектной организацией;

установить запорную и регулирующую арматуру и контрольно-измерительные приборы;

провести гидравлическое испытание деаэратора;

установить тепловую изоляцию по указанию проектной организации.

Указание мер безопасности

При монтаже и эксплуатации термических деаэраторов должны соблюдаться меры безопасности, определенные требованиями Госгортехнадзора, соответствующими нормативно-техническими документами, должностными инструкциями и т. д.

Термические деаэраторы должны подвергаться техническим освидетельствованиям (внутренним осмотрам и гидравлическим испытаниям) в соответствии с правилами устройств и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

Эксплуатация деаэраторов серии ДА

1. Подготовка деаэратора к пуску:

убедиться, что все монтажные и ремонтные работы закончены, временные заглушки из трубопроводов удалены, люки на деаэраторе закрыты, болты на фланцах и арматуре затянуты, все задвижки и регулирующие клапаны исправны и закрыты;

Поддерживать номинальный расход выпара из деаэратора при всех режимах его работы и периодически его контролировать с помощью мерного сосуда или по балансу охладителя выпара.

Основные неполадки в работе деаэраторов и их устранение

1. Повышение концентрации кислорода и свободной углекислоты в деаэрированной воде выше нормы может происходить по следующим причинам:

а) неправильно производится определение концентрации кислорода и свободной углекислоты в пробе. В этом случае необходимо:

проверить правильность выполнения химических анализов в соответствии с инструкцией;

проверить правильность отбора пробы воды, ее температуру, расход, отсутствие в ней пузырьков воздуха;

проверить плотность трубной системы - холодильника отбора проб;

б) значительно занижен расход выпара.

При этом необходимо:

проверить соответствие поверхности охладителя выпара проектному значению и при необходимости установить охладитель выпара с большей поверхностью нагрева;

проверить температуру и расход охлаждающей воды, проходящей через охладитель выпара, и при необходимости снизить температуру воды или увеличить ее расход;

проверить степень открытия и исправность задвижки на трубопроводе отвода, паровоздушной смеси из охладителя выпара в атмосферу;

в) температура деаэрированной воды не соответствует давлению в деаэраторе, в этом случае следует:

проверить температуру и расход поступающих в деаэратор потоков и повысить среднюю температуру исходных потоков или уменьшить их расход;

проверить работу регулятора давления и при неисправности автоматики перейти на дистанционное или ручное регулирование давления;

г) подача в деаэратор пара с повышенным содержанием кислорода и свободной углекислоты. Необходимо определить и ликвидировать очаги заражения пара газами или взять пар из другого источника;

д) не исправен деаэратор (засорение отверстий в тарелках, коробление, поломка, обрыв тарелок, установка тарелок с уклоном, разрушение барботажного устройства). Необходимо деаэратор вывести из работы и произвести ремонт;

е) недостаточен расход пара в деаэратор (величина среднего подогрева воды в деаэраторе меньше 10°С). Необходимо понизить среднюю температуру исходных потоков воды и обеспечить подогрев воды в деаэраторе не менее, чем на 10°С;

ж) в деаэраторный бак направляются дренажи, содержащие значительное количество кислорода и свободной углекислоты. Необходимо ликвидировать источник заражения дренажей или подать их в колонку в зависимости от температуры на верхнюю или переливную тарелки;

з) понижено давление в деаэраторе;

проверить исправность регулятора давления и в случае необходимости перейти на ручное регулирование;

проверить давление и достаточность расхода жара в источнике питания.

2. Повышение давления в деаэраторе и срабатывание предохранительного устройства может происходить:

а) вследствие неисправности регулятора давления и резкого увеличения расхода пара или снижения расхода исходной воды; в этом случае следует перейти на дистанционное или ручное регулирование давления, а при невозможности снизить давление - остановить деаэратор и проверить регулирующий клапан и систему автоматики;

б) при резких повышениях температуры при уменьшении расхода исходной воды или снизить ее температуру, или уменьшить расход пара.

3. Повышение и понижение уровня воды в деаэраторном баке сверх допустимого может происходить из-за неисправности регулятора уровня, необходимо перейти на дистанционное или ручное регулирование уровня, при невозможности поддержания нормального уровня остановить деаэратор и проверить регулирующий клапан и систему автоматики.

4. В деаэраторе нельзя допускать гидравлических ударов. При возникновении гидравлических ударов:

а) из-за неисправности деаэратора, его следует остановить и произвести ремонт;

б) при работе деаэратора в режиме «захлебывания» необходимо проверить температуру и расход исходных потоков воды, поступающий в деаэратор, максимальный подогрев воды в деаэраторе не должен превышать 40 °С при 120 °С на грузке, в противном случае необходимо повысить температуру исходной воды или уменьшить ее расход.

Ремонт

Текущий ремонт деаэраторов выполняется один раз в год. При текущем ремонте производятся работы по осмотру, очистке и ремонту, обеспечивающие нормальную эксплуатацию установки до следующего ремонта. С этой целью деаэрационные баки снабжены лазами, а колонки смотровыми лючками.

Плановые капитальные ремонты должны производиться не реже 1 раза в 8 лет. При необходимости ремонта внутренних устройств деаэрационной колонки и невозможности его выполнения с помощью люков, колонка может быть разрезана по горизонтальной плоскости в наиболее удобным для ремонта месте.

При последующей сварке колонки должна быть обеспечена горизонтальность тарелок и сохранены вертикальные габариты. После завершения ремонтных работ должно быть выполнено гидравлическое испытание давлением 0,2941 МПа (абс.) (3 кгс/см2).

Вакуумный деаэратор применяется для деаэрации воды, если ее температура ниже 100 °С (температура кипения воды при атмосферном давлении).

Областью для проектирования, монтажа и эксплуатирования вакуумного деаэратора являются водогрейные котельные (особенно в блочном варианте) и тепловые пункты. Так же вакуумные деаэраторы активно используются в пищевой промышленности для деаэрации воды необходимой в технологии приготовления широкого спектра напитков.

Вакуумной деаэрации подвергаются потоки воды идущей на подпитку тепловой сети, котлового контура, сети горячего водоснабжения.

Особенности работы вакуумного деаэратора.

Так как процесс вакуумной деаэрации происходит при относительной невысоких температурах воды (в среднем от 40 до 80 °С в зависимости от типа деаэратора) для работы вакуумного деаэратора не требуется использование теплоносителя с температурой выше 90 °С. Теплоноситель необходим для нагрева воды перед вакуумным деаэратором. Температура теплоносителя до 90 °С обеспечивается на большинстве объектов, где потенциально возможно применить вакуумный деаэратор.

Основное отличие вакуумного деаэратора от атмосферного деаэратора в системе отвода выпара из деаэратора.

В вакуумном деаэраторе выпар (парогазовая смесь образующаяся при выделении из воды насыщенных паров и растворенных газов) удаляется при помощи вакуумного насоса.

В качестве вакуумного насоса можно использовать: вакуумный водокольцевой насос, водоструйный эжектор, пароструйный эжектор. Они различны по конструкции, но основаны на одном принципе - уменьшение статического давления (создание разряжения - вакуума) в потоке жидкости при увеличении скорости потока.

Скорость потока жидкости увеличивается либо при движении через сужающееся сопло (водоструйный эжектор), либо при закручивании жидкости при вращении рабочего колеса.

При удалении выпара из вакуумного деаэратора давление в деаэраторе падает до давления насыщения соответствующего температуре воды поступающей в деаэратор. Вода в деаэраторе находится в точке кипения. На границе раздела фаз вода - газ возникает разница концентраций по растворенным в воде газам (кислород, углекислота) и соответственно появляется движущая сила процесса деаэрации.

От эффективности работы вакуумного насоса зависит качество деаэрированной воды после вакуумного деаэратор.

Особенности установки вакуумного деаэратора.

Т.к. температура воды в вакуумном деаэраторе ниже 100 °С и соответственно давление в вакуумном деаэраторе ниже атмосферного - вакуум, возникает главный вопрос при проектировании и эксплуатации вакуумного деаэратора - как подать деаэрированную воду после вакуумного деаэратора далее в систему теплоснабжения. В этом заключается основная проблема использования вакуумного деаэратора для деаэрации воды на котельных и тепловых пунктах.

В основном это решалось установкой вакуумного деаэратора на высоте не менее 16 м, что обеспечивало необходимую разницу давлений между разряжением в деаэраторе и атмосферным давлением. Вода самотеком стекала в аккумуляторный бак расположенным на нулевой отметке. Высота установки вакуумного деаэратора выбиралась из расчета максимально возможного вакуума (-10 м.вод.ст.), высоты столба воды в аккумуляторном баке, сопротивления сливного трубопровода и перепада давлений необходимого для обеспечения движения деаэрированной воды. Но это влекло за собой ряд существенных недостатков: увеличение первоначальных затрат на строительство (этажерка высотой 16 м с площадкой обслуживания), возможность замерзания воды в сливном трубопроводе при прекращении подачи воды в деаэратор, гидроудары в сливном трубопроводе, трудности в осмотре и обслуживании деаэратора в зимний период.

Для блочных котельных, которые активно проектируются и монтируются данное решение на применимо.

Вторым вариантом решения вопроса подачи деаэрированной воды после вакуумного деаэратора является использование промежуточного бака запаса деаэрированной воды - деаэраторного бака и насосов подачи деаэрированной воды. Деаэраторный бак находится под таким же разряжением, что и сам вакуумный деаэратор. По сути дела вакуумный деаэратор и деаэраторный бак представляют собой один сосуд. Основная нагрузка ложится на насосы подачи деаэрированной воды которые забирают деаэрированную воду из под вакуума и подают ее далее в систему. Для предотвращения возникновения явления кавитации в насосе подачи деаэрированной воды необходимо обеспечить высоту водяного столба (расстояние между зеркалом воды в деаэраторном баке и осью всаса насоса) на всасе насоса не менее величины указанной в паспорте насоса как кавитационный запас или NPFS. Кавитационный запас в зависимости от марки и производительности насоса колеблется в диапазоне от 1 до 5 м.

Преимуществом второго варианта компоновки вакуумного деаэратора является возможность устанавливать вакуумный деаэратор на небольшой высоте, в помещении. Насосы подачи деаэрированной воды обеспечат перекачивание деаэрированной воды далее в аккумуляторные баки или на подпитку. Для обеспечения стабильного процесса перекачивания деаэрированой воды из деаэраторного бака важно правильно подобрать насосы подачи деаэрированной воды.

Повышение эффективности работы вакуумного деаэратора.

Так как вакуумная деаэрация воды проводится при температуре воды ниже 100 °С повышаются требования к технологии процесса деаэрации. Чем ниже температура воды, тем выше коэффициент растворимости газов в воде, тем сложнее процесс деаэрации. Необходимо повышать интенсивность процесса деаэрации, соответственно применяются конструктивные решения на основе новых научных разработок и экспериментов в области гидродинамики и массопереноса.

Использование высокоскоростных течений с турбулентным массопереносом при создании условий в потоке жидкости для дополнительного снижения статического давления относительно давления насыщения и получения перегретого состояния воды позволяет значительно повысить эффективность процесса деаэрации и уменьшить габаритные размеры и вес вакуумного деаэратора.

Для комплексного решения вопроса установки вакуумного деаэратора в помещении котельной на нулевой отметке с минимальной габаритной высотой был разработан, испытан, и успешно введен в серийное производство блочный вакуумный деаэратор БВД. При высоте деаэратора чуть менее 4 м блочный вакуумный деаэратор БВД позволяет производить эффективную деаэрацию воды в диапазоне производительностей от 2 до 40 м3/ч по деаэрированной воде. Блочный вакуумный деаэратор занимает пространство в помещении котельной не более чем 3х3 м (в основании) в своем самом производительном исполнении.

Лабораторная работа №4

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ И СХЕМ ДЕАЭРАТОРОВ

Цели работы: изучить принцип действия и схемы деаэраторов, лабораторное оборудование, позволяющее произвести деаэрацию, изучить порядок работы деаэратора, произвести рабочее очищение воды.

1. Общие сведения

Деаэрация питательной воды паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей является обязательной для всех котельных. Деаэраторы предназначены для удаления из воды растворенных в ней неконденсирующихся газов. Присутствие в питательной и подпиточной воде кислорода и углекислоты приводят к коррозии питательных трубопроводов, кипятильных труб, барабанов котлов и сетевых трубопроводов, что может привести к тяжелой аварии. Наличие даже таких инертных газов, как азот, также крайне нежелательно, оно препятствует теплопередаче и снижает теплопроизводительность подогревателей.

Количество остаточного содержания О 2 и СО 2 в питательной воде паровых котлов строго регламентируется правилами Госгортехнадзора . Так для котлов со стальным экономайзером при давлении до 1,4 МПа содержание О 2 должно быть не более 30 мкг/кг. Свободная углекислота (СО 2) в питательной воде после деаэраторов должна отсутствовать.

Для деаэрации питательной воды в котельных, применяются струйные смешивающие термические деаэраторы. В зависимости от давления, поддерживаемого в деаэраторе, различают деаэраторы повышенного давления, атмосферные и вакуумные деаэраторы. В котельных установках с паровыми котлами на давление до 4,0 МПа применяют атмосферные деаэраторы.

2. Термическая деаэрация воды

Термическая деаэрация воды. В воде тепло­энергетических установок растворены и требуют удале­ния коррозионно-агрессивные (O2, CO2, NH3) и прочие газы. Удаление газов из воды производят в основном с помощью термических деаэраторов, декарбонизаторов и химическим способом.

Термическая деаэрация (дегазация) воды основана на законе Генри - Дальтона, выражающемся примени­тельно к данному случаю следующим уравнением, спра­ведливым для условий равновесия:

m = kppг = kр (p - pп),

где т - растворимость газов в воде;

р - суммарное давление газа и водяных паров в пространстве над во­дой;

рп, рг - парциальные давления соответственно пара и газа в том же пространстве;

kр-коэффициент раст­воримости газа в воде, зависящий от температуры (чем выше температура, тем меньше коэффициент раствори­мости).

Если воду нагреть до температуры кипения, то, с одной стороны, коэффициенты растворимости газов в воде становятся равными нулю, а с другой стороны, пар­циальное давление пара над поверхностью воды стано­вится равным суммарному давлению смеси. В итоге рав­новесия растворимость газов в воде становится равной нулю. Отсюда вывод: для удаления из воды растворен­ных в ней газов достаточно нагреть ее до температуры кипения. В этом и заключается суть термической дега­зации.

Уравнение (18.2.1) характеризует предельное состоя­ние равновесия, к которому придет система, если будут созданы определенные условия и предоставлено системе достаточно

времени. Рассмотрим вкратце эти условия.

Из изложенного следует, что воду необходимо на­греть. Обычно деаэрируемую воду, стекающую струйка­ми, каплями и пленкой, нагревают протекающим на­встречу паром. Тогда необходимое количество теплоты Q для нагрева в единицу времени воды в количестве W от начальной температуры t1 до температуры кипения tв (и соответствующих значений энтальпии i1, i")

где F - площадь поверхности теплообмена;

t ср - сред­няя для условий теплообмена температура воды;

t - температурный напор;

 - коэффициент теплоотдачи.

Правая часть уравнения (18.2.2) позволяет заклю­чить, что площадь поверхности теплообмена желательно сделать как можно больше. Это дает возможность уско­рить процесс теплообмена и уменьшить габариты аппа­рата. Решая эти задачи, потек воды дробят на струи, капли или тонкие пленки. Для обеспечения максималь­ного температурного напора создают противоток пара и воды. Дробление потока и особенно сток ее тонкими пленками обеспечивают турбулизацию потока и соответ­ственно увеличение коэффициента теплоотдачи.

Этими же средствами добиваются увеличения скорости десорбции газа из воды, поскольку количество уда­ляемого из нее в единицу времени остью концентраций газа в воде и в пространстве над водой, а следовательно, с учетом. (18.2.1), разностью давлений газа в соответствии с уравнением

m  = k д F  p = k д F (pr .p - pr), (18.2.3)

где pr.p – так называемое равновесное парциальное давление газа в воде, оно отвечает концентрации газа в воде в условиях равновесия в соответствии с (18.2.1.);

pr – парциальное давление газа над водой;

kд – коэффициент десорбции, зависящий от турбулентности потока воды, вязкости, поверхностного натяжения, скорости диффузии газа в воде, а следовательно, от температуры.

Для достижения минимального парциального давле­ния газа в пространстве над водой осуществляют непре­рывное удаление газов (с примесью паров) из рабочего пространства деаэратора через специальный штуцер для отвода выпара деаэратора. Если деаэратор вакуумный (т. е. давление в нем меньше атмосферного), то осуще­ствляют отсос воздуха пароструйными или водоструйны­ми эжекторами.

Примеры конструктивного выполнения деаэраторов приведены на рис. 12.2.3, 12.2.4. В первом из этих случа­ев реализован пленочный принцип дробления потока во­ды, во втором-струйный. На рис. 12.2.4 в качестве вто­рой ступени дегазации применяют барботаж, т. е. пропускают пузырьки пара через слой воды. Барботаж применяется для более полной дегазации воды, особен­но для более полного удаления двуокиси углерода.

На промышленных ТЭЦ деаэраторы чаще всего пи­таются паром из промышленного регулируемого отбора турбины, а на конденсационных электростанциях - из нерегулируемых отборов турбин (рис. 18.2.5). При дега­зации питательной воды на ТЭС деаэратор одновремен­но выполняет функцию подогревателя очередной сту­пени подогрева в системе регенерации.

Деаэраторы типа изображенного на рис. 12.2.4 назы­вают деаэраторами «перегретой» воды. Деаэраторы не требуют подачи на них греющего пара, пар в них обра­зуется в результате

дросселирования нагретой воды до такого давления, температура насыщения при котором меньше температуры воды, поступающей на деаэратор. Эта вода оказывается предварительно как бы перегре­той сверх температуры в деаэраторе, до которой охлаж­дается в результате дросселирования и частичного превращения в пар.

В конденсаторах паровых турбин происходит доста­точно полное удаление газов из основного конденсата» т. е. конденсатор одновременно выполняет роль деаэратора.

Рис. 18.2.5. Схемы включения деаэраторов питательной воды.

а-в качестве самостоятельной ступени регенеративного подогрева воды; б- в качестве предвключенного подогревателя в данной ступени подогрева; в - к регулируемому отбору на ТЭЦ; /-.парогенератор; 2 -турбина; 3-кон­денсатор; 4 - конденсатный насос; 5 - подогреватель низкого давления- 6- деаэратор; 7 - питательный насос; 8 - подогреватель высокого давления- 9- регулятор давления.

Однако из-за присосов воздуха через сальники конденсатных насосов и другие неплотности в вакуумной системе турбин конденсат вновь загрязняется газами. Эти газы затем удаляются в деаэраторах атмосферного типа (с давлением несколько выше атмосферного) или в деаэраторах повышенного давления (с давлением, в несколько раз превышающим атмосферное).

Атмосферный деаэратор состоит из цилиндрической деаэрационной колонки и бака питательной воды. Потоки деаэрируемой воды поступают в распределитель воды, из которого равномерно по кольцевому сечению колонки стекают на перфорированные противни. Проходя через отверстия противней, вода, разбивается на мелкие струйки и падает вниз. В нижнюю часть деаэраторной колонки подводится пар для нагрева деаэрируемой воды до температуры кипения. При температуре воды, равной температуре кипения, растворимость газов в воде равна нулю, чем и обусловливается удаление из воды кислорода и углекислоты. Выделяющийся кислород и углекислота с небольшим количеством пара удаляется через вестовую трубу вверху деаэрационной колонки. Для эффективной работы деаэрационной колонки необходимо, чтобы выделяющиеся из воды газы достаточно быстро удалялись из колонки, что обеспечивается выпаром. Количество выпара принимают равным 2 кг на 1 т деаэрированной воды.

Деаэрационные колонки не рассчитаны на подогрев воды более чем на 10-40 о С. Оптимальный режим работы деаэраторной колонки, т.е. наилучшее удаление газов из питательной воды, имеет место, когда средняя температура всех потоков воды, входящих в колонку, на 10-15 о С ниже температуры кипения при давлении, поддерживаемом в деаэраторе. Для полной деаэрации питательной воды совершенно необходимым условием является нагрев ее до температуры кипения. Недогрев воды даже на несколько градусов приводит к резкому увеличению остаточного содержания в ней кислорода. Поэтому деаэраторы обязательно снабжаются автоматическими регуляторами, поддерживающими соответствие между поступлением пара и воды в колонку.

Схемы деаэраторов

а – атмосферного; б – барботажного; 1 – бак; 2 – выпуск питательной воды;

3 – водоуказательное стекло; 4 – предохранительный клапан; 5 – тарелки; 6 – вход химически очищенной воды; 7 – вестовая труба; 8 – вход конденсата; 9 – деаэраторная колонка; 10 – вход пара; 11 – гидравлический затвор; 12 – лоток; 13 – решетка; 14 – перегородка с жалюзи.

Количество и производительность устанавливаемых деаэраторов питательной воды выбираются из расчета полного покрытия расхода питательной воды котлами с учетом их продувки и расхода питательной воды на впрыск в РОУ при максимально-зимнем режиме. Должно быть установлено не меньше двух деаэраторов. Резервные деаэраторы не устанавливаются. Полезная суммарная емкость баков питательной воды должна обеспечивать запас ее не менее чем на 15 мин при максимально-зимнем режиме. Полезная емкость баков принимается равной 85% их геометрической емкости.

Подпиточная вода также во всех случаях должна подвергаться деаэрации. Содержание кислорода в подпиточной воде должно быть не более 50 мкг/кг, а свободная углекислота должна полностью отсутствовать. В системах теплоснабжения с непосредственным водоразбором качество подпиточной воды, кроме того, должно удовлетворять ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая».

Деаэрация подпиточной воды осуществляется либо в термических смешивающих атмосферных деаэраторах, либо в вакуумных деаэраторах.

Деаэраторы должны устанавливаться на площадках с отметкой, превышающей отметку установки питательных насосов. Величина этого превышения определяется суммой требуемого подпора воды при входе в насос, задаваемого заводом-изготовителем насоса, и требуемого гидростатического напора для преодоления сопротивления трубопроводов от деаэратора до насоса. Для котлов на давления ~4,0 и 1,4 МПа (40 и 14 кгс/см2) отметка площадки деаэраторов соответственно 10 и 6 м.

В центральных котельных установках, работающих на крупные системы теплоснабжения с открытым водоразбором, требующие деаэрации подпиточной воды в количествах, измеряемых сотнями тонн, предпочтительна установка вакуумных подпиточных деаэраторов. Подпиточная установка с атмосферными деаэраторами при больших расходах подпиточной воды из-за ограниченной единичной производительности атмосферных деаэраторов (максимум 300 т/ч) и необходимости установки за ними охладителей подпиточной воды (до 70 о С) получается очень громоздкой и дорогой. Кроме того, подпиточные установки с атмосферными деаэраторами обладают еще одним существенным недостатком: в целях сохранения конденсата греющего пара химически очищенную воду, подаваемую в деаэраторы, необходимо предварительно подогревать до 90 о С.

Подогрев ее производится в водо-водяных теплообменниках-охладителях деаэрированной подпиточной воды и в пароводяных подогревателях. Эти подогреватели, а также трубопроводы за ними подвержены интенсивному коррозионному разрушению и не обеспечивают необходимой длительности эксплуатации узла подпитки теплосети.

Деаэрация подпиточной воды под вакуумом позволяет избавиться от перечисленных выше недостатков подпиточной установки. Промышленность выпускает вакуумные деаэраторы единичной производительностью до 2000 т/ч, температура выдаваемой деаэратором подпиточной воды 40 о С, при этом не требуется установка специальных охладителей. При вакууме в деаэраторе ~0,0075 МПа (0,075 кгс/см2) при температуре деаэрации 40 о С не требуется предварительный подогрев подаваемой в деаэратор химически очищенной воды, конструкция ДСВ обеспечивает подогрев деаэрируемой воды в самом аппарате на 15-25 о С.

При использовании для деаэрации подпиточной воды в небольших вакуумных деаэраторах, работающих под вакуумом – давление ~0,03 МПа (0,3 кгс/см2), создаваемый водоструйными эжекторами или водокольцевыми насосами, процесс деаэрации протекает при температуре 70оС. При этом подаваемую в деаэраторы химически очищенную воду нужно предварительно подогревать только до 50оС.

В паровых промышленно-отопительных котельных при закрытых системах теплоснабжения, где расход подпиточной воды определяется только утечками теплосети, подпитку теплосети разрешается производить водой из деаэраторов питательной воды. Технические характеристики деаэраторов приведены в таблицах 10.1 и 10.2 (см. приложение).

3. Охладители выпара деаэраторов

Удаление из деаэраторной колонки выделившихся кислорода и углекислоты производится через вестовую трубу в крышке деаэраторной колонки. Вместе с кислородом и углекислотой из колонки выходит некоторое количество пара и уносит с собой тепло, которое при сбросе выпара в атмосферу теряется. В целях использования тепла выпара деаэраторы снабжаются специальными поверхностными теплообменниками-охладителями выпара, в которых производится конденсация выпара химочищенной водой, подаваемой в деаэратор.

4. Питательные насосы

Питательные устройства являются ответственными элементами котельной установки, обеспечивающими безопасность ее эксплуатации. Правила Госгортехнадзора предъявляют ряд требований к питательным установкам.

Питательные устройства должны обеспечивать необходимый расход питательной воды, при давлении, соответствующем полному открытию рабочих предохранительных клапанов, установленных на паровом котле. Суммарная производительность основных насосов должна быть не менее 110% для всех рабочих котлов при их номинальной паропроизводительности с учетом расходов на непрерывную продувку, на пароохладители, редукционно-охладительные и охладительные установки. Суммарная производительность питательных резервных насосов должна обеспечивать 50% нормальной производительности всех работающих котлов с учетом продувки, расхода воды на редукционно-охладительные и охладительные установки. При выборе насоса надо стремиться к тому, чтобы в рабочих условиях загрузка насоса была близкой к номинальной. При установке нескольких центробежных насосов для параллельной работы нужно устанавливать насосы с одинаковой характеристикой. Загрузка насосов с разными характеристиками в процессе регулирования производительности изменяется неравномерно, и насосы могут не обеспечить нужную подачу воды в режимах, отличных от номинального (на которую они выбраны), либо будут работать неэкономично.

Расчетный напор питательного насоса Рнас, Па, определяется из следующего выражения:

Рнас = Рк (1 +  Р) + Рэк + Рп.в.д +
,

где Рк – избыточное давление в барабане котла;

р – запас давления на открытие предохранительных клапанов, принимаемый равным 5%;

Рк – сопротивление водяного экономайзера котла;

Рп.в.д – сопротивление регенеративных подогревателей высокого давления;

Рнаг тр – сопротивление питательных трубопроводов от насоса до котла с учетом сопротивления автоматических регуляторов питания котлов;

Рвсос тр – сопротивление всасывающих трубопроводов;

Рс.в – давление, создаваемое столбом воды, равным по высоте расстоянию между осью барабана котла и осью деаэратора;

Рдр – давление в деаэраторе.

При подсчете сопротивлений плотность воды принимается по средней температуре ее в нагнетательном тракте, включая водяной экономайзер.

Определенное расчетом давление в нагнетательном патрубке питательных насосов должно быть увеличено на 5-10% для запаса на непредвиденное увеличение сопротивления питательного тракта. На напорном патрубке питательного центробежного насоса обязательно устанавливается обратный клапан.

Работа питательных насосов с производительностью ниже 10-15% номинального расхода не разрешается, так как это приводит к «запариванию» насосов. Для защиты от снижения расхода питательной воды сверх допустимого насосы снабжаются специальными сбросными клапанами и линиями рециркуляции, соединяющими их с деаэраторами, куда производится сброс воды. Рециркуляционные линии включаются при запуске и остановке насосов. Запорные клапаны на этих линиях имеют ручное управление. Обратные клапаны, устанавливаемые за насосами, имеют патрубки для подключения рециркуляционных линий.

Номенклатура питательных насосов для котлов, используемых в котельных, приведена в таблице 10.5. Как питательные центробежные насосы, так и паровые должны устанавливаться на отметке 0,0 под деаэраторами или при небольшом удалении от них, чтобы сопротивление всасывающих трубопроводов было по возможности малым, согласно нормам технологического проектирования – не более 10000 Па (1000 мм вод. ст.).

Слово «деаэрация» означает процесс освобождения жидкости от примесей - в частности, от газообразных веществ, к которым относятся кислород и углекислый газ. Деаэратор, в свою очередь, является обязательным для систем водоподготовки в котельных устройством, которое позволяет значительно продлить и улучшить их работу.

Большим распространением пользуются химическая и термическая деаэрация . В первом случае удаление лишних газов осуществляется путём добавления в воду реагентов, во втором - путём прогревания воды до температуры кипения вплоть до момента, пока она не окажется свободна от любых растворённых в ней газообразных веществ.

Зачем нужен деаэратор в котельной?

Углекислый газ и кислород относятся к так называемым «агрессивным» газам, стимулирующим быстрый износ и корродирование трубопроводов котельной системы. Прежде чем пустить воду по трубам, её необходимо подготовить, и именно для этого применяются деаэрирующие фильтры.

Вызванные загазованностью воды неполадки в конечном итоге могут привести к выходу из строя всей системы, к возникновению утечек воды и газа. Газовые пузыри в котельной воде ведут к ухудшению эксплуатационных функций гидравлической системы, отрицательно сказываются на работе форсунков и провоцируют выход насосов из строя.

В долгосрочной перспективе установка надёжного деаэратора в котельную выходит дешевле, чем аварийные ремонтные работы.

Что представляет из себя деаэратор в котельной?

Деаэраторы могут быть вакуумными и атмосферными: первые используются с паром, вторые - с паром или водой.

Как правило, все деаэраторы для котельных установках имеют общее двухступенчатое устройство. Вода поступает в специальный деаэрационный бак, где проходит через мембраны и тарелки, и последовательно очищается от всех агрессивных газов и примесей. Кислород и углекислота по результатам обработки превращаются в выпар, который удаляется из системы, а наличие в баке химической воды предотвращает образование в теплоносителе всевозможных естественных примесей.

Докотловая водоподготовка для паровых котлов обязательно включает в себя стадию деаэрации. Водоподготовка для водогрейных котлов и теплосетей также иногда требует удаление кислорода и углекислоты. Очевидно, что растворенный кислород при нагревании воды оказывает очень негативное воздействие на оборудование котельной. Деаэрация может производиться различными методами. Следует отметить, что даже при наличии деаэрирующего оборудования, может потребоваться дополнительно снижение концентрации растворенных кислорода и углекислого газа при помощи специальных реагентов .

Если деаэрация работает некачественно, применяют технологии коррекционной водоподготовки (см.здесь) .

Способы деаэрации питательной воды в котельных

• Использование реагентов

Для связывания кислорода в питательной и сетевой воде можно использовать комплексные реагенты для водоподготовки , позволяющие не только снизить концентрацию кислорода и углекислого газа до нормативных значений, но стабилизировать рН воды и предотвратить образование отложений. Таким образом, может быть достигнуто требуемое качество сетевой воды без применения специального деаэрирующего оборудования.

• Химическая деаэрация

Суть химической деаэрации состоит в добавлении в питательную воду реагентов, которые позволяют связать содержащиеся в воде растворенные коррозионноактивный газы. Для водогрейных котлов мы рекомендуем использовать комплексный реагент - ингибитор коррозии и отложений Advantage K350B . Для удаления из воды растворенного кислорода при водоподготовке для паровых котлов -Amersite 10L , который позволяет работать без деаэрации. В случае, если имеющийся деаэратор работает некорректно, то для коррекции водно-химического режима рекомендуем использовать реагентBoilex E460B .

• Деаэраторы атмосферного типа с подводом пара

Для деаэрации воды в котельных с паровыми котлами применяются в основном термические двухступенчатые деаэраторы атмосферного типа (ДСА), работающие при давлении 0,12 МПа и температуре 104 °С. Такой деаэратор состоит из деаэрационной головки, имеющей две или более перфорированные тарелки, или другие специальные устройства, благодаря которым исходная вода, разбиваясь на капли и струи, падает в аккумуляторный бак, встречая на своем пути движущийся противотоком пар. В колонке происходит нагрев воды и первая стадия ее деаэрации. Такие деаэраторы требуют установки паровых котлов, которые усложняют тепловую схему водогрейной котельной и схему химводоподготовки.

• Вакуумная деаэрация

В котельных с водогрейными котлами, как правило, применяются вакуумные деаэраторы, которые работают при температурах воды от 40 до 90 °С.

Вакуумные деаэраторы имеют множество существенных недостатков: большая металлоемкость, большое количество дополнительного вспомогательного оборудования (вакуумные насосы или эжекторы, баки, насосы), необходимость расположения на значительной высоте для обеспечения работоспособности подпиточных насосов. Главным же недостатком является наличие существенного количества оборудования и трубопроводов, находящихся под разряжением. В результате через уплотнения валов насосов и арматуры, неплотности во фланцевых соединениях и сварных стыках в воду поступает воздух. При этом эффект деаэрации полностью пропадает и даже возможен рост концентрации кислорода в подпиточной воде по сравнению с исходной.