Деаэрированная вода что это такое
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.
Деаэраторы воды: описание устройств, необходимость применения
Приблизительное время чтения: 6 минут
Содержание:
— это устройство, которое предназначенное для деаэрации (удаления газов) какой-либо жидкости — чаще всего, под этим подразумевается деаэратор питательной воды или подпиточной воды в различных системах отопления.
В этой статье мы рассмотрим, для чего нужна данная система, какие задачи она выполняет и какие виды агрегатов существуют.
Для чего нужен деаэратор?
Как уже говорилось выше, задача данного устройства — удалять растворенные в жидкости газы.
Необходимость удаления газообразований из жидкости связана с тем, что растворенные в воде газы, такие, как кислород и углекислый газ, существенно ускоряют процесс коррозии элементов отопительной системы.
Наличие в воде кислорода ведет к коррозии, углекислый газ усиливает коррозионное действие кислорода и, помимо этого, углекислота обладает собственным коррозионным эффектом.
За счет удаления этих газов из воды достигается существенное повышение срока службы как отдельных узлов конструкции, так и всей отопительной системы в целом.
Стоит учитывать, что для оснащения отопительной системы деаэратором необходима достаточно сложная подготовка проекта устройства и использование современного оборудования.
Процесс очистки питательной воды
Процесс может проводиться с помощью различных способов.
Среди них можно назвать наиболее распространенные:
Во всех трех случаях принцип разделения воды и растворенных в ней газов основан на разрыве связей между молекулами воды — они рвутся в самых непрочных местах, то есть там, где в воде расположены пузырьки и молекулы растворенных в ней газообразований.
Соответственно, газы высвобождаются из жидкости, и она оказывается подготовленной к дальнейшему применению.
Существует также химическая деаэрация — целью являются молекулы веществ, которые будут разлагаться с выделением газов на дальнейших фазах технологического цикла; в качестве примера можно назвать гидрокарбонат натрия.
Термическая деаэрация — наиболее распространенный способ, поскольку такие устройства наиболее просты в изготовлении и использовании, а также имеют сравнительно низкую цену и подходят для большого количества отопительных систем.
Давайте рассмотрим подробнее деаэраторы, использующие этот принцип.
Термические системы
Термические деаэраторы различаются по давлению в рабочей камере на:
Вакуумные применяются для деаэрации подпиточной воды и для химической подготовки воды. Они могут работать без пара, но им необходим эжектор и толстые стенки.
Атмосферные деаэраторы — для обработки питательной воды испарителей и добавочной воды ТЭС. Для таких деаэраторов не нужны толстые стенки — смесь воздуха и пара удаляется из них сама по себе.
Системы повышенного давления — для обработки питательной воды котлов с давлением пара от 9,8 МПа. Их стенки существенно толще, однако использование их в схеме ТЭС вполне оправдано.
Виды деаэраторов
Рассмотрим, какие существуют основные термических деаэраторов. Нас интересует способ создания контакта воды и воздуха (вакуума).
По этому признаку можно выделить:
В пленочных и струйных конструкциях главный элемент — колонка, по которой воды стекает в резервуар, а пар поднимается вверх, попутно осаждаясь на воде.
Колонка может быть выполнена в одном корпусе с резервуаром либо иметь вид цилиндра, который стыкуется с резервуаром. Сверху расположен водораспределитель, в нижней части — распределитель пара.
Зона деаэрации находится между ними, от плотности орошения этой зоны зависит производительность деаэратора.
Пленочные деаэраторы используют для разделения водного потока пленки, которые обволакивают насадку-заполнитель — по ней вода и стекает в низ. Насадка может быть упорядоченной, либо неупорядоченной.
В первом случае она исполняется из наклонных, вертикальных или зигзагообразных листов либо из колец, концентрических цилиндров и тому подобных элементов, тогда насадка обеспечивает возможность работы с высокой плотностью орошения при относительно высокой температуре воды, однако поток будет распределяться неравномерно.
Неупорядоченная насадка — элементы определенной формы произвольно засыпаются в часть колонки, при этом коэффициент массоотдачи будет выше, деаэратор будет менее чувствителен к загрязнению и жесткости воды, но более чувствителен к перегрузке.
Струйные системы подразумевают прохождение водой активной зоны в виде струй, для их создания используются отверстия. Такие устройства имеют низкое паровое сопротивление и простую конструкцию, однако их производительность не слишком высока, а колонки необходимо выполнять высокими — вплоть до 4 метров и более, что повышает расход материалов и сложность ремонта.
Барботажные деаэраторы подразумевают дробление парового потока, вводимого в слой воды, на пузыри, что позволяет достичь компактности при высокой производительности.
Вода перегревается относительно температуры насыщения, при этом величина перегрева определяется таким параметром, как уровень воды и высота водяного столба. Увлекаемая вверх пузырьками пара вода вскипает, за счет чего из нее удаляются газы, а также разлагаются бикарбонаты.
Эффективность деаэрации достигается как значительной поверхностью контакта фаз, так и интенсивной турбулизацией жидкости, но при уменьшении удельного расхода пара эффективность падает.
Мы рассмотрели, для чего необходим механизм деаэрации, как работают и каковы особенности применения этих конструктивных реализаций, их преимущества и недостатки.
Применение деаэраторов является обязательным, потому что отопительная система должна иметь долгий срок службы, быть эффективной и отвечать всем, предъявляемым к ней, требованиям.
Деаэрация воды
Деаэрация воды паровой котельной
При проектировании и эксплуатации паровых и водогрейных котлов, питательных трубопроводов и другого оборудования котельных и теплосетей приходится уделять внимание борьбе с растворенным в воде воздухом. Содержащийся в нем кислород, объединив свои агрессивные свойства с углекислым газом, разрушительно действуют на подвергаемые нагреву поверхности. Установлено, что скорость окисления рабочей поверхности котла увеличивается по мере повышения рабочего давления установки. Поэтому докотловая подготовка воды направлена на ее деаэрацию, проще говоря – на значительное снижение концентрации агрессивных газов вплоть до полного их удаления. Иногда для этого параллельно со штатным дегазирующим оборудованием практикуется использование специальных реагентов. Их применение не только снижает концентрацию углекислого газа и кислорода, но и стабилизирует кислотные показатели применяемой воды, уменьшает вероятность обильного образования солевых отложений.
Виды деаэрации
Существует несколько различных устройств, позволяющих освободить подпиточную воду от растворенных газов. Среди них наибольшим доверием эксплуатационников и разработчиков пользуются:
Химическая очистка заключается в добавлении в воду специальных комплексных препаратов. Присутствие этих соединений в подпиточной воде снижает агрессивное воздействие газов. При этом в разных ситуациях используются строго определенные ингибиторы. Среди них:
Наиболее простым и доступным методом защиты от газовой коррозии является термическая деаэрация. Ее действие основано на том, что при нагреве подпиточной воды до температуры кипения при постоянном давлении концентрация газов в ней снижается. При этом важно четко выдерживать необходимые параметры, ведь недогрев рабочей жидкости всего на 1 градус не позволяет достичь запланированного снижения газосодержания. Для окончательного удаления из деаэратора выделенных газов применяется подача пара, объем которого превышает нужное для закипания обрабатываемой жидкости количество. При проектировании объем бака термического деаэратора подбирается таким, чтобы длительность обработки в нем воды составляла не менее 30 минут, что способствует не только надежному газоотделению, но и разложению присутствующих в подпитке карбонатов.
Двухступенчатые деаэраторы атмосферного типа (ДСА)
Атмосферная деаэрация без подвода пара
При работе с водогрейными котлами широко используются установки вакуумной деаэрации, которая не требует присутствия пара, ведь работает при температуре от 40 до 90 градусов. Но и она не лишена ряда недостатков, среди которых:
Выход из создавшегося положения предоставляет применение атмосферной деаэрации без подвода пара. При использовании такой установки перегретая до 106-110 градусов вода впрыскивается в рабочую головку колонны, где при нормальном атмосферном давлении ее капли моментально закипают. Вместе с паром из воды удаляются агрессивные газы. Такая схема лишена недостатков ДСА и вакуумных деаэраторов, способна надежно и устойчиво работать в водогрейной котельной. Для полного удаления из подпиточной воды кислорода возможна комплектация системы деаэрации фильтрами, наполненными стальной стружкой. Их применение позволяет снизить величину остаточного кислорода и ликвидировать случайное его появление в воде после термической дегазации.
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.