3.5.2 Дегазация
Надежность и экономичность различных водных систем промышленных и теплоэнергетических предприятий в значительной мере зависят от интенсивности внутренней коррозии оборудования и трубопроводов.
Коррозионная агрессивность воды обусловлена рядом физико-химических факторов, среди которых одним из главных является наличие в воде растворенных газов.
К наиболее распространенным и опасным коррозионно-агрессивным газам относятся
кислород и углекислый газ. Известно, что присутствие в воде свободного диоксида
углерода в три раза повышает интенсивность кислородной коррозии металла.
Поэтому удаление из воды растворенных газов является важной составной частью технологических процессов водоподготовки. Огромное значение удалению
газов из воды придается в микроэлектронике, энергетике и в производстве медицинских препаратов. Современные технологии производства высокочистой воды предъявляют к питающей воде жесткие требования по содержанию углекислого газа перед ее обработкой на установках глубокого обессоливания, например, перед электродеионизацией.
В процессе водоподготовки в ходе технологических операций меняются параметры воды (рН, температура, давление) и происходит выделение растворенных газов,
прежде всего, углекислоты. Кроме того, требуется, чтобы содержание газов в воде для
подпитки теплосетей и в очищенной (обессоленной) воде было минимальным, существенно ниже равновесного. В этом случае используется принцип дегазации (вакуумной, термической, аэрационной), состоящий в создании условий, когда парциальное
давление удаляемого газа минимально или вовсе стремится к нулю.
Уменьшая парциальное давление удаляемого газа в равновесной системе, мы
нарушаем это равновесие в сторону уменьшения концентрации растворенного газового компонента, т.е. происходит дегазация. В деионизованной воде, находящейся в
равновесии с воздухом, при 25 °С в растворенном состоянии находится 8,5 мг/л кислорода, 14,5 мг/л азота и некоторое количество углекислого и других газов. Для
проведения дегазации воды необходимо уменьшить парциальные давления соответствующих компонентов воздуха. Это можно осуществить тремя путями: во-первых,
уменьшить общее давление газовой смеси (создать вакуум); во-вторых, уменьшить
парциальное давление одного из компонентов, который необходимо удалить (например, кислорода), для этого необходимо воздух вытеснить чистым инертным газом (азотом); и в-третьих – нагреть воду, дабы снизить растворимость газов.Ввиду значительного парциального давления кислорода в атмосферном воздухе
для его удаления необходимо либо поднять температуру воды до точки кипения, при
которой растворимость газов падает до нуля, либо создать глубокий вакуум. Другим
вариантом является контактирование воды с инертным газом, обычно с азотом.
Скорость десорбции зависит от степени отклонения системы от равновесного
состояния, свойств жидкости, удаляемого газа и десорбирующего агента, площади
контакта, характера взаимодействия между жидкими и газообразными фазами в
массообменном аппарате.
В теплоэнергетике в течение многих десятилетий используется комбинированный способ термической вакуумной деаэрации. Он хорошо и подробно описан в литературе [6, 7, 12, 16, 17, 20, 326–334].
Например, в производственных и отопительных котельных для защиты от коррозии поверхностей нагрева, омываемых водой, а также трубопроводов необходимо
из питающей и подпиточной воды удалять коррозионно-агрессивные газы (кислород
и углекислый газ), что наиболее эффективно обеспечивается термической деаэрацией воды. При подогреве воды до температуры насыщения при данном давлении,
парциальное давление удаляемого газа над жидкостью падает, и растворимость его
снижается до нуля.
Удаление газов в схемах котельных установок осуществляется в специальных
устройствах – термических деаэраторах атмосферного давления – ДА, или вакуумных – ДВ, серийно выпускаемых промышленностью, производительностью от 5 до
200 м3/ч [333].
На крупных теплоисточниках – ТЭЦ – и котельных большой тепловой мощности противокоррозионную обработку теплоносителя обеспечивают путем применения термической деаэрации (вакуумной, атмосферной или при повышенном давлении). На ТЭЦ для подпитки теплосети обычно используют струйно-барботажные
вакуумные деаэраторы горизонтального типа производительностью 400 и 800 м3/ч.
В котельных установках часто используются струйно-барботажные вакуумные деаэраторы вертикального типа производительностью от 5 до 300 м3/ч.
Эти деаэраторы выпускаются серийно и достаточно освоены в эксплуатации.
Рекомендации по технологическим режимам их эксплуатации и схемам включения
опубликованы в сборнике [334]. Термическая деаэрация, безусловно, необходима для питающей воды паровых
котлов любой производительности, для подпиточной воды теплосети при средней и
высокой коррозионной активности исходной воды. Эта активность в основном определяется содержанием хлоридов и сульфатов, а также способом снижения накипеобразующей способности воды. Например, при подкислении или водород-катионировании подпиточной воды необходимы и деаэрация, и декарбонизация.
Обойтись без термической деаэрации обычно можно только в малых водогрейных
котельных мощностью до 5 МВт, в которых используется неагрессивная исходная
вода и применяются способы противонакипной обработки, не связанные со снижением щелочности, например, комплексная обработка подпиточной воды [6, 7, 12, 16, 17].
Одной из проблем, возникающих в процессе эксплуатации систем водоподготовки из поверхностных водоисточников, является «завоздушивание» систем после
нагрева воды, особенно зимой. При нагреве холодной воды происходит выделение
растворенного при меньшей температуре воздуха, что приводит к нарушению работы оборудования, особенно при отсутствии разрыва струи.
Рис. 3.164. Внешний вид дегазатора
(а) и расположение дегазаторов на
крышке (б) и внутри бака исходной
воды (в)
Например, на Шатурской ГРЭС, использующей озерную воду, возникали постоянные проблемы: сначала с выносом
шлама из отстойников, а затем – с завоздушиванием установки ультрафильтрации.
Для решения проблемы были разработаны и установлены специальные вакуумные
эжекторы. Для интенсификации процесса
отделения воздуха поступление озерной воды в бак производят через блок вакуумных
эжекторов (рис. 3.164) [20]. Каждый эжектор
состоит из вакуумно-распылительной головки и последовательного ряда смесительных
камер – ступеней (рис. 3.164, а). При подаче
жидкости с большой скоростью в сопловую
камеру возникает разрежение, способствующее выделению растворенного в воде
газа. При последующем ступенчатом расширении газожидкостного потока выделивший
ся растворенный воздух собирается в крупные пузыри, которые легко отделяются от
жидкости при выходе смеси из последнего
сопла. Требуемый напор перед блоком эжекторов – не менее 1,5 атм. Предусмотрено 4
эжектора производительностью 80–120 м3/ч.
Эжекторы монтируются на крышке бака исходной воды (рис. 3.164, б, в).
Таким путем могут быть удалены и
другие растворенные газы, однако для более
полного их извлечения необходимо создать
поток воздуха, выносящий их из емкости. |
