Деаэрация воды что это
Что такое деаэратор и принцип его работы
Деаэратор это устройство позволяющее исключать из состава воды растворенный кислород, а также диоксид углерода. Эти элементы активно способствуют коррозийным реакциям, происходящим на стальных поверхностях.
Подобное оборудование устанавливается на тепло и атомных электростанциях для приведения к заданным параметрам питательной воды, которая используется в генераторах пара. В теплосетях такие установки применяют на котельных, для снижения содержания газов в подпиточной воде.
Что такое деаэрация
Для котельных, обслуживающих теплосети, деаэрация воды является подготовительным процессом. Это мероприятие позволяет обезопасить теплоноситель, исключая из его состава вредоносные компоненты, которые снижают срок службы оборудования.
Деаэраторы предусматривают три группы очистки:
В некоторых случаях термической деаэрации оказывается недостаточно для преобразования подпитывающей воды в безопасный теплоноситель. По этой причине возникает необходимость применения химических реагентов, способствующих приведению насыщенности растворенных газов к допустимой пропорции.
Что представляет собой деаэратор
Конструкции газовых котлов, осуществляющих подогрев воды для отопительных систем, состоят (большей частью) из стальных элементов.
Основным теплоносителем для данных систем отопления служит обычная вода, содержащая излишки кислорода, а также углекислого газа.
Такое сочетание составляет для стальной поверхности агрессивную среду, приводящую к коррозии металла с выделением ржавчины, что существенно сокращает сроки эксплуатации.
Обеспечить безопасность металлических конструкций от преждевременного разрушения и засорения, позволяет специальное оборудование, способное снизить концентрацию активных газов.
Данные установки называют деаэраторами, которые устанавливают в котельных с целью сбора и обработки подпиточной воды, используемой в системе отопления.
Назначение
При помощи деаэратора создается необходимый запас подготовленной воды, способной обеспечить безопасный режим работы для нагревательных агрегатов системы отопления. Однако, прежде чем попасть в накопительную емкость, обычная водопроводная вода проходит сложный подготовительный процесс, позволяющий исключить из ее состава агрессивные составляющие.
Таким образом, для колов, работающих по различным принципам действия, необходимо устанавливать оборудование, обеспечивающее безопасность теплоносителя в соответствующих режимах работы.
По принципу действия все установки разделяют на две группы. К первой относятся атмосферные деаэраторы способные работать как на воде, так и на пару. Вторые – вакуумные способные обслуживать исключительно паровые агрегаты. Устройство двухступенчатого типа характерно для всех типов деаэраторов.
Здесь воду, которая поступает в деаэратор, пропускают через специальные мембраны, там она освобождается от примесей. Далее вода попадает в резервуар для сочетания с химическим составом, исключающим дальнейшие соединения теплоносителя с вредоносными элементами.
Принцип работы деаэратора
Газы, содержащиеся в жидкостях, могут принимать разнообразные формы.
Различают три основных состояния, позволяющих удерживать активные газы в воде:
На первой стадии процесса деаэрации вода подается в подогреватель, а затем проходит через фильтры, осуществляющие химическую очистку. Следующей на пути воды находится деаэрационная колонна, специально предусмотренную в деаэраторе для высвобождения газов. На последнем этапе подпиточный насос переправляет очищенную воду в накопительный резервуар, откуда она подается в систему.
В двух словах принцип работы деаэратора выглядит, как кипячение воды при помощи пара, с целью высвобождения избыточного содержания газов.
Все же этого недостаточно для полного высвобождения активных составляющих теплоносителя. Поэтому на следующем этапе очистки применяют различные реагенты, способные связывать кислород. Для разогретого теплоносителя хорошо подходит сульфит натрия, реакция которого усиливается в данных условиях.
В некоторых случаях для ускорения реакции используют различные катализаторы. Контакт воды с металлической стружкой обеспечивает высвобождение излишних молекул кислорода, в результате окисления стружка превращается в ржавчину.
Виды деаэраторов
Деаэраторы подразделяются по типу конструкции на:
По распылению воды:
И по способу теплообмена подразделяются на:
Почему деаэратор обязательное условие котельной.
Наличие газообразных примесей и нерастворимых элементов в составе воды, используемой в системе отопления, чревато опасными последствиями. Среди прочего может произойти кавитация насоса, что закончится гидравлическим ударом, представляющим угрозу для целостности системы.
Отказ насосов, так же как и разрыв в трубопроводной системе, станет причиной остановки на незапланированный ремонт. В зависимости от мощности и режима работы котла устанавливают систему деаэрации, способную обеспечить безопасный режим работы.
Деаэрация в разных системах отопления
Система высокого давления
Данную систему используют в котлах, которые обладают высокой мощностью подачи. Они способны генерировать большое количество концентрированного пара, обеспечивая заданный температурный режим в действующей центральной системе отопления, концентрация которого передается под постоянным высоким давлением.
Регламентированное давление в этих условиях составляет от 0,6 мПа и выше. Данный деаэратор в котельной высокого давления обладает термическими свойствами, что позволяет выделяться газообразным примесям при нагреве теплоносителя. Защитой от избыточного давления деаэратора служат гидрозатворы, которые обязательно устанавливают в указанных устройствах.
Система низкого давления
Для подобных систем используются установки атмосферного или вертикального типа, которые дополнительно имеют барботажный бак, способный обеспечивать прохождение охладителя выпара для деаэратора. В основном корпусе такой установки добавляют в очищаемую воду реагент, необходимый для химической реакции.
Далее ее пропускают через мембраны, а также специальные тарелки, где происходит очищение воды от различных примесей. Для водогрейных котельных, подающих в систему горячую воду, устанавливают вакуумный деаэратор, его принцип работы позволяет принудительно извлекать избыточные газы.
Нарушения в работе деаэраторов
Использование деаэраторов для различных систем отопления сопровождается систематическими пробами состава теплоносителя и регистрацией показаний датчиков давления, а также термометров, которые отмечаются в эксплуатационном журнале.
К сбоям в работе установки могут привести следующие изменения:
Для удаления избыточных газов из теплоносителя в деаэраторе необходимо выдерживать четкое соотношение температуры деаэратора с давлением. В этих условиях растворимость газов в теплоносителе приблизится к нулевой отметке. Качественную работу установки может обеспечить лишь постоянная величина давления.
Правила эксплуатации
Для эффективной работы котла важно неукоснительно соблюдать правила безопасной эксплуатации, которых требует деаэрационная установка.
Это значит, что необходимо следить за стабильностью уровня воды в деаэраторном баке, за давлением внутри установки и проверять условия протекания установленного режима.
Показания приборов необходимо регистрировать несколько раз в течение смены, для возможности расчета состояния деаэратора.
Для химических реагентов следует составлять указанные пропорции, регулярно брать на пробу очищенную воду и контролировать ее уровень в баке.
Чтобы сбои не происходили из-за ошибок в показаниях измерительных приборов или автоматики, оборудование подвергается систематическому осмотру, периодичность которого регламентируется в технической документации.
Что такое деаэратор, и зачем он нужен
Деаэратор воды – это важный элемент системы водоподготовки. Он используется для удаления из жидкости растворенных в ней газообразных примесей. Как правило, это кислород и углекислый газ. Они относятся к агрессивным веществам и обладают коррозионным эффектом, поэтому при попадании в отопительную систему способны существенно ускорить ее износ. Установка деаэраторов позволяет задержать и вывести газообразные примеси и в результате значительно продлить срок службы всех узлов отопительной системы. Такое оборудование применяется на ТЭС и в котельных для обработки питательной воды, подаваемой в парогенераторы, и подпиточной воды, транспортируемой в тепловую сеть.
Содержание
Способы деаэрации воды
Правила эксплуатации деаэратора
Продукция компании «Сукремльстройдеталь»
Способы деаэрации
Для очистки жидкости от газообразных примесей используются химические и термические методы. Химические способы основаны на реакции удаляемых газов с дозируемыми реагентами. Однако такой метод действен только по отношению к кислороду. Кроме того, вместе с реагентами в воду могут попадать различные нежелательные примеси. Именно поэтому чаще используется термическая деаэрация, основанная на нагреве воды. Эта процедура реализуется с помощью деаэраторов и дает возможность удалить любые растворенные в жидкости газы без образования ненужных примесей. Подогрев воды выполняется с помощью отборного пара.
Факт. Для максимального устранения газообразных примесей нужно прогреть всю массу жидкости до температуры кипения. Выделяющаяся в процессе смесь газов и пара называется выпар. Он удаляется через клапан в верхней части деаэратора. Чем больше выпар, тем выше эффективность оборудования.
Виды деаэраторов
По конструкции
По давлению греющего пара
По способу контакта воды с паром
Правила эксплуатации деаэратора
Для стабильной эксплуатации котла и снижения риска аварийных ситуаций необходимо соблюдать правила использования деаэрационного оборудования. Нужно следить за уровнем воды в баке с помощью водоуказательного стекла, проверять работу автоматики и приборов несколько раз за смену. Для предотвращения критических показателей давления установки снабжаются гидрозатворами. Эти элементы должны иметь плавный ход, чтобы при необходимости их можно было легко привести в рабочее положение.
Продукция компании «Сукремльстройдеталь»
ООО «Сукремльстройдеталь» производит и поставляет атмосферные деаэраторы для промышленных предприятий и коммунальных служб. Установки соответствуют требованиям ГОСТ Р 50831-95 («Установки котельные»). Производительность оборудования составляет от 5 до 100 т/ч. Деаэраторы отличаются компактными габаритами и оснащены охладителем выпара. Возможна поставка отдельных компонентов (баки, колонки, гидрозатворы) или оборудования в сборе. При необходимости специалисты ООО «Сукремльстройдеталь» готовы составить техническое задание на изготовление нестандартной модели деаэратора.
Деаэрация умягченной воды и нормы качества питательной и подпиточной воды
Растворимые в воде газы необходимо удалять, поскольку приводят к коррозии стенок котла, преждевременному износу, а иногда и к аварии. Растворенные газы (02, С02) и воздух удаляется из воды деаэрацией. Известно несколько ее способов деаэрации: термический, химический, электромагнитный, высокочастотный и ультра-звуковой. Три последних способа недостаточно освоены, и в котельных с паровыми и водогрейными котлами наибольшее распространение получил термический способ.
При термическом способе растворение в воде газов уменьшается с повышением температуры и совсем прекращается при достижении температуры кипения, когда растворенные газы полностью удаляются из воды.
Существует несколько типов термических деаэраторов, но в котельных с паровыми котлами применяются смешивающие деаэраторы атмосферного типа (ДСА). Такой деаэратор (рис. 94) состоит из вертикальной цилиндрической колонки 1 диаметром 1-2 м и высотой 1,5-2 м, установленной на горизонтальном цилиндрическом баке 2, предназначенном для сохранения запаса деаэрованной воды.
Рис. 94. Атмосферный деаэратор смешивающего типа: 1 — колонка; 2 — бак-аккумулятор; 3 — водоуказательное стекло; 4 — манометр; 5 — гидрозатвор; 6 — распределительное устройство; 7,8 — тарелки; 9 — распределитель пара; 10 — клапан; 11 — охладитель выпара; 12 — регулятор уровня воды; 13 — выпуск питательной воды из бака-аккумулятора; 14 — вестовая труба.
Из паровых котлов в нижнюю часть деаэрационной колонки через парораспределитель 9 подается пар с давлением 0,2-0,3 кгс/см2 и, поднимаясь вверх, подогревает химически очищенную воду до температуры кипения 102-104 °С. При этом из воды выделяются кислород и углекислый газ и вместе с остатками несконденсированного пара через вестовую трубу 14 выбрасываются в атмосферу. При закрытии вестовой трубы этот поток может быть направлен в охладитель выпара 11. Деаэрованная вода поступает в бак-аккумулятор. Из бака деаэрованная вода забирается питательным насосом для питания паровых котлов.
Вакуумный деаэратор (ДСВ). Для деаэрации подпиточной воды тепловых сетей в котельных с водогрейными котлами используются вакуумные деаэраторы (рис. 95).
Вакуумный деаэратор, как и атмосферный, состоит из колонки 4 и бака деаэрованной воды 6.
Рис. 95. Вакуумный деаэратор: 1 — бак-газоотделитель; 2 — водяной эжектор; 3 — охладитель выпара; 4 — деаэрационные колонки; 5 — водоводяной водоподогреватель; 6 — бак деаэрованной воды; 7 — центробежный насос; 8 — трубопровод городской воды; 9 — трубопровод воды к ХВО; 10- трубопровод заполнения бака- газоотделителя; 11 — змеевик
Вакуум в деаэрационной колонке создается водоструйным эжектором 2, присоединенным к верхней части колонки. Для облегчения работы эжектора перед ним устанавливается охладитель выпара 3, так как водоструйный эжектор работает лучше, когда температура испарения ниже. Вода через эжектор перекачивается центробежным насосом 7, создает разрежение, за счет которого из деаэрационной колонки отсасывается выпар и, смешавшись с водой, поступает в бак-газоотделитель 1. В баке вода опускается вниз, а выпар остается наверху и удаляется в атмосферу.
Вода после умягчения, пройдя водоводяной подогреватель 5, нагревается до 75-80 °С и подается в деаэрационную колонку 4, где закипает при давлении ниже атмосферного. Освободившись от кислорода и углекислого газа, вода стекает в бак деаэрированной воды. Вода из бака подается подпиточным насосом на подпитку тепловой сети.
Для сохранения температуры деаэрованной воды в деаэраторном баке устанавливают змеевик 11, через который проходит горячая вода из водогрейных котлов.
Вакуумные деаэраторы работают при давлении 0,3 абсолютной атмосферы (Р = 0,7 кгс/см2), которому соответствует температура кипения воды 68,9 °С.
Нормы качества питательной воды для водотрубных котлов с рабочим давлением пара до 4 МПа приведены в табл. 8.
Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов даны в табл. 9.
Нормы качества питательной воды для водотрубных котлов с рабочим давлением пара до 4 МПа
Деаэрация воды.
Деаэрация воды представляет собой процесс очищения жидкости от газообразных коррозионно-агрессивных примесей из теплоносителя.
Деаэратор — техническое устройство, где происходит деаэрация питательной и подпиточной воды или жидкого топлива от углекислого газа СО2, азота N и кислорода O2.
Наличие в воде газовых смесей приводит к коррозии оборудования. Удаление газов из воды увеличивает срок службы узлов и деталей конструкции, а также всего оборудования и трубопроводов отопительной системы.
Первые разработки устройств деаэрации воды в нашей стране начали проводить с шестидесятых годов прошлого века Центральным котлотурбинным институтом (ЦКТИ). Были сконструированы первые барботажные и пленочно-струйные установки атмосферного типа (ДА) и вакуумного типа (ДВ). В те времена они отлично справлялись с поставленной задачей. Но с течением времени, пришли более экономичные современные технологии и появились новые типы деаэраторов.
Деаэраторы выпускаются для применения во многих сферах, с учетом условий работы. Они бывают горизонтальные и вертикальные.
Деаэраторы можно разделить на:
Устройства для инженерных сетей и связанного с ней оборудования. Антикоррозионная защита происходит при удалении пузырьков газа. Оборудование может работать без выхода из строя частей и узлов.
Системы для обеспечения хранения подготовленной воды. Гидрозапас необходим для создания безопасной работы нагревательных приборов отопительной системы.
Чтобы лучше разобраться с деаэрацией, нужно посмотреть, как ведут себя газы в жидкостях.
В жидкости газы образуются в виде молекулы, микроскопических пузырьков и в виде соединений, при прохождении химических процессов.
Для удаления газообразных соединений из жидкости применяются следующие физические процессы — нагрев и увеличение давления. При нагреве разрушаются молекулы, пузырьки и соединения газа, образуется пар, который поступает в парообменник или в атмосферу.
Способы деаэрации.
Можно выделить два способа:
Химическая деаэрация. В жидкость добавляют специальные реагенты: сульфит натрия, гидразин или таннат натрия, благодаря которым происходит связывание молекул кислорода. Этот метод имеет много недостатков. Требуются большие объемы реагентов, появляются соли жесткости, нужно применять катализаторы. Область применения ограниченна и высокая затратная часть.
Термическая деаэрация. Самый востребованный метод. Термические деаэраторы просты в использовании, их не сложно производить, имеют невысокую стоимость, можно применять практически во всех отопительных системах.
Термические деаэраторы бывают:
Атмосферные деаэраторы. Устанавливаются на линии подачи добавочной воды на ТЭС и испарителях. Они работают при естественном давлении, с температурой до 107 градусов. Газовая смесь и пар удаляются самостоятельно
Вакуумные деаэраторы. Устанавливаются на подпитке теплосети для деаэрации подпиточной воды. Возможна работа без пара, требуется эжектор и большая толщина стенок. Работают при температуре 40-99 градусов, при пониженном давлении.
Повышенного давления деаэраторы. Устанавливают на основном потоке конденсата, обрабатывают питательную жидкость котлов, где давление пара от 9,8 МПа. Работают при высоких температурах от 158 до 188 градусов.
От вида теплообмена такие устройства подразделяются на: деаэраторы перегретой воды, смесительные и поверхностные
Деаэрационное устройство — это деаэрационная колонна, где нагреваемая жидкость течет сверху вниз, а в обратном направлении подается подогретый пар. Колонна монтируется на бак-аккумулятор, куда стекает вся очищенная жидкость.
Деаэрационные установки отличаются по типу покрытия и по связи воды и пара:
Струйные, барботажные и пленочные.
И более современные вихревые, щелевые, струйные вихревые, и центробежно-вихревые деаэраторы.
В струйном — подача воды осуществляется небольшими струями. В пленочном — пленки нужны для разделения потока жидкости и обволакивания колонны.
В барботажном деаэраторе очистка воды происходит в баке паром. Крупные газовые соединения подхватывают мелкие и выносят их на поверхность.
Работа вихревых деаэраторов основана на центробежном эффекте закрученного потока жидкости в горизонтальной трубе. В середине трубы образуется ниша с газом, откуда газовые смеси удаляются в атмосферу через патрубок.
В щелевых устройствах подогретая жидкость поступает через тонкую щель на закручивающуюся пластину, затем в области пониженного давления происходит ее закипание, а газ устраняется из жидкости благодаря небольшой толщины пленки и центробежного эффекта. Водяной вихрь совершает неполный оборот, скорость постепенно падает и вода течет вниз.
Центробежно-вихревые деаэрационные установки разработаны Б.А. Зиминым. Здесь очень быстро закипает вода, О2 и CO2 не имеют время для вступления в реакцию с металлом. Они сразу выводятся из устройства. Такого типа установка деаэрации работает без ремонта более тридцати лет на Каширской ГРЭС.
По форме деаэраторы выпускают:
Тарельчатые. Мембрана в таком деаэраторе выполнена в виде тарелки с отверстиями. Бак для подготовленной воды располагается горизонтально, а над ним вертикально устанавливается бак с тарелками для деаэрации. Жидкость для очистки поступает через вертикальный бак сверху и выходит через тарелки с отверстиями. Пар низкого давления поступает в установку снизу вверх через дырочки в тарелках. Результат — газ выводится наружу, а подготовленная вода поступает в горизонтальный резервуар.
Распылительные. Представляет собой горизонтальный бак без колонны. Бак делится перегородкой на зону очистки от газов и зону подогрева. Попадая в зону подогрева, жидкость нагревается до определенной температуры и поступает в зону деаэрации, где снизу подается пар, и происходит очищение воды от агрессивных газов. Такие устройства используют не часто.
Эти установки имеют надежные и устойчивые конструкции. Чтобы не возникали нарушения в работе устройств, все датчики должны быть исправны и их показатели не должны отклоняться от действующих норм.
Деаэрацию можно использовать в разных системах отопления. В системе высокого давления применяют в котлах с высокой мощностью подачи. Они способны создавать под высоким давлением большую концентрацию пара, поддерживать определенную температуру в системе отопления. В системе низкого давления применяют в основном атмосферные деаэраторы вертикального типа с барботажным баком. Для котельных, которые греют воду и подают ее в систему, применяют вакуумный деаэратор, где принудительно удаляются все газовые примеси.
Кроме вышеперечисленных методов деаэрации существует ультразвуковая и мембранная, с применением азота деаэрация. Такие методы не нашли широкого применения.
Что может привести к нарушению (сбою) работы деаэраторных установок:
Изменения расхода воды;
повышение или понижение температуры очищенной воды;
скачки или даже незначительные изменения давления в деаэраторе;
изменение количества пара, подающего в колонку деаэрации;
изменение объема пара для барботажа;
понижение или повышение определенного уровня воды в баке.
Чтобы устранить агрессивные газовые смеси из теплоносителя в деаэраторе, требуется соблюдать конкретное соотношение температура/давление в устройстве. При таких условиях растворимость газов станет около нуля. Для работы деаэратора на должном уровне, необходимо стабильное давление.
Меры безопасности
Деаэраторные установки должны в обязательном порядке проходить осмотры снаружи и внутри каждые четыре года. Гидравлические испытания проводят раз в восемь лет в специальных условиях с соблюдением норм и правил, установленных ГОСТ.
Эксплуатация деаэраторных установок.
Для безаварийной работы котла необходимо знать, как правильно применять деаэратор.
Строго следить за уровнем воды в баке, она должна быть на определенном уровне при понижении давления, периодически следить за условиями необходимого режима и зарегистрировать показание приборов.
Смотреть за объемом реагентов в воду и контролировать ее качество, смотреть за уровнем очищенной воды.
Необходимо, чтобы гидрозатворы легко открывались и закрывались. Все оборудование обязано иметь метрологический аттестат. Необходимо контролировать показания манометра.
Подведем итоги. Все методы имеют как недостатки, так и достоинства. Но самая экономически выгодная, с высоким качеством очистки от газов жидкости является термическая деаэрация. Она применяется для подготовки жидкости паровых котлов теплоэлектроцентралей, теплоэлектростанций и различных котельных. Имеющий остаточный выпар используют для обмена теплом и энергией между системами, что позволяет снизить затраты на производство.