Термічна деаерація води - Журнал АКВА-ТЕРМ - опалення, водопостачання, водопідготовка
М. Іванов, к. х. н.
У будь-якій рідині, що знаходиться у відкритому резервуарі, розчинена певна кількість газів. Не виняток і вода. Склад розчинених у ній газів може бути різним, але в основному це азот, кисень та вуглекислий газ. У найбільшій кількості – від 15 до 40 мг/л – у воді міститься азот. Однак цей газ інертний, і його присутність особливої шкоди не завдає, чого не можна сказати про кисень і вуглекислий газ, які спричиняють корозію, особливо при підвищених температурах.
Гази потрапляють у воду різними шляхами: при прямому контакті з повітрям атмосфери, після проникнення в системи через деякі матеріали, особливо пластик, і в процесі реалізації різних стадій водопідготовки – охолодження в градирнях, фільтрації та ін. Тому протягом усього часу використання води як теплоносія її потрібно постійно дегазувати. Коли йдеться про видалення з води газів, що входять до складу повітря, застосовується термін "деаерація".
Деаерація води може здійснюватись термічним, хімічним, мембранним та іншими методами. Найбільш стара і водночас поширена в наші технології – термічна деаерація води.
Ще у XVIII ст. британський фізик Вільям Генрі довів, що кількість розчинених газів визначається температурою та тиском рідини. Розчинність газу у воді зменшується зі зростанням температури та зниженням зовнішнього тиску. Однак перестаратися з нагріванням і створенням розрядження також не можна, оскільки це викликає інтенсивне пароутворення, змішування якого з повітрям зводить нанівець всі спроби деаерації води. Деаерацію проводять в умовах, коли забезпечується достатня швидкість процесу, а інтенсивне пароутворення ще непочалося. Це досягається варіюванням температури та тиску. Термічна деаерація може бути здійснена при підвищеній температурі та підвищеному, атмосферному та зниженому тиску.
Нагрівання води, що деаерується, до стану насичення при деаерації з підвищеним або атмосферним тиском проводиться за допомогою водяної пари, а при здійсненні вакуумної деаерації зазвичай використовується перегріта вода.
Деаерація – гетерофазний масообмінний процес, у якому розчинені гази води переходять у газову фазу водяної пари. Цей процес може проходити в тонких шарах води, але ефективніше його протікання спостерігається в дрібнокрапельному стані. Часто для переведення води в необхідний стан використовується барботаж водяної пари через тонкий шар води, що обробляється.
p align="justify"> Технологія деаерації реалізується в апаратах, основний елемент яких - деаераційні колонки, де, власне, і відбувається видалення з води газів. Ці колонки бувають вертикальними та горизонтальними. Найбільш поширені вертикальні. У них оброблена вода надходить зверху, розбризкується за допомогою розпилювальних пристроїв, а водяна пара подається знизу.
У деаераційних колонках є дірчасті переливні тарілки, які не тільки збільшують час контакту деаерованої води з парою, але і переводять воду, що деаерується, в краплинний стан. Колонки такої конструкції використовуються в апаратах всіх видів. Але при роботі під вакуумом або з підвищеним тиском до міцності обладнання висуваються більш високі вимоги, ніж у випадку з апаратами атмосферного типу.
Гази, що видаляються, переходять у водяну пару і виносяться з апарату. Відпрацьована пара (його називають випаром) видаляється з деаератора. У деяких моделях, сконструйованих з урахуванням проблеменергозбереження, провадиться утилізація тепла випару.
В апаратах підвищеного тиску деаерація протікає при робочому тиску вище 1,7 атм. Це дозволяє обмежити процес пароутворення за відносно високої температури нагрівання. Деаератори підвищеного тиску застосовуються видалення газів з живильної води парогенераторів на теплових і атомних електростанціях, в схемах потужних (до 1200 МВт) енергетичних турбоустановок. Такі апарати зазвичай складаються з бака, що забезпечує запас води для роботи живильних насосів, та однієї або двох колонок деаерації. Процес реалізується за рахунок відбору частини водяної пари від енергетичних установок.
Деаератори атмосферного тиску застосовуються на теплових електростанціях та в котельнях – для підготовки поживної води для парових котлів та підживлювальної води систем теплопостачання.
Як правило, в комплект такого деаератора входить колонка, бак для води, гідрозатвор (запобіжний пристрій) та охолоджувач випару. Нагрів оброблюваної води також проводиться за допомогою пари, відібраної із системи.
Дещо інша картина спостерігається при деаерації зі зниженим тиском. У цьому випадку нагрівання проводиться подачею гарячої води, яка при розрядженні, створеному вакуумними насосами, закипає, утворюючи пару. Ця пара контактує з оброблюваною водою і здійснює видалення розчинених газів. У ряді конструкцій вакуумних деаераторів використовуються деаераційні колонки, а іноді досягти необхідного для видалення газів пароутворення дозволяє інтенсивна циркуляція деаерованої води.
У вакуумних деаераторах процес видалення газів з води здійснюється при тиску, що дорівнює 0,2-0,3 атм. Найчастіше такі агрегати застосовуються в котельнях з водогрійними котлами для систем.теплопостачання та ГВП, у всіх випадках за відсутності пари. Деаератори цього типу мають невеликі габаритні розміри.
Зазвичай вакуумні деаератори складаються з бака та встановленої на ньому деаераційної колонки. За рахунок того, що кипіння води при розрядженні досягається за нижчої температури, ніж у звичайних умовах, оптимальна температура вакуумної деаерації становить 60 °С, а максимальна температура - 90 °С. Останнє пов'язано з тим, що при підвищенні температури одночасно з дегазацією відбуватиметься випаровування води. Ймовірно, цим і обумовлений основний недолік вакуумних деаераторів: залишкова концентрація кисню у воді, що пройшла в них обробку, вища, ніж альтернативних варіантах.
У зв'язку з особливостями описаного режиму роботи деаератора, таке поширене поняття, як продуктивність, тобто кількість води, що обробляється в одиницю часу, набуває дещо іншого змісту. У цьому випадку під продуктивністю слід розуміти здатність обладнання пропускати через деаераційну колонку в процесі дегазації певну кількість води за одиницю часу.
На українському ринку є термічні деаератори, що випускаються головним чином вітчизняними виробниками. Вони в основному різняться за величиною робочого тиску, продуктивності та габаритних розмірів. Серед найбільших і найстаріших вітчизняних виробників слід відзначити НВО ЦКТІ (Санкт-Петербург), що пропонує апарати для невеликих котелень та обладнання для теплових та атомних електростанцій (продуктивність – від 1,0 до 6 000 м 3 /год; об'єм бака – від 0,75 до 400 м 3).
Як приклад вітчизняних деаераторів атмосферного тиску можна розглянути апарати ТОВ "Сібпроменерго" (Бійськ, Алтайський край). До їх складувходить деаераторний бак – горизонтальна циліндрична посудина з еліптичними днищами, патрубками підключень та арматурою. Він встановлюється на опорах. Зверху на баку монтується деаераційна колонка, яка є циліндричною обічайкою з еліптичним днищем, патрубками для підведення і відведення робочого середовища. Для забезпечення безпечної експлуатації деаератора в ньому передбачено запобіжний пристрій у вигляді гідрозатвора, що запобігає підвищенню тиску вище за допустимий і зростання рівня води вище заданого. Продуктивність апаратів – від 5 до 50 м-коду 3 /год; об'єм бака – від 2,0 до 15,0 м3. У деаераторах даного типу застосовано двоступінчасту схему дегазації: перший ступінь – барботажний, другий – струминний.