Удаление из воды растворенных газов

Для предупреждения коррозии конструкционных материалов необходима возможно более полная дегазация питательной воды. Удаление из нее растворенных газов в процессе термической деаэрации питательной воды основано на законе Генри, т.е. на увеличении парциального давления водяного пара Р_Н2О при постоянном давлении р_общ и росте температуры, что приводит к неизбежному уменьшению парциальных давлений р_г всех растворенных газов и, тем самым, их растворимости:

где К_г - константа Генри; р_г - парциальное давление газа над раствором.

Когда температура воды достигает температуры насыщения при данном давлении, парциальное давление водяного пара становится равным общему давлению, а их разность, равная парциальному давлению растворенных газов, равна нулю.

В той части деаэраторной колонки, в которой температура воды достигает температуры насыщения, в водяных струях или пленках происходит образование мельчайших газовых пузырьков с последующим выделением их в паровую фазу. Образование пузырьков газа в жидкой фазе может, как известно, иметь место при условии равенства суммы парциальных давлений всех компонентов, в том числе растворителя, и давления насыщения системы в данной точке:

Расчет, например, равновесной концентрации углекислоты в растворе, при которой будут образовываться пузырьки газа, показывает, что если р_Н2О + р_СО2 = 0,1 МПа, то при 25 °С р_Н2О = 3 кПа и р_СОі = 97 кПа.

Теоретически можно получить концентрацию СО₂:

где α_СО2 - коэффициент абсорбции углекислого газа; α_СО2 = 0,768 при 25 °С. При меньших концентрациях СО₂ образование пузырьков газа исключается.

Удаление кислорода и углекислоты из воды необходимо для защиты тракта питательной воды и котлов от коррозии.

В атмосферных и вакуумных деаэраторах, установленных на линии подачи добавочной воды, кроме удаления из воды растворенных газов, происходит еще и разложение содержащихся в ней бикарбонатов NaHCO₃ [5]. При высоких температурах (до 150 °С) и содержании карбонатов Na₂CO₃ порядка 2... 2,5 мг • экв/дм³, что характерно при восполнении потерь теплоносителя на паровых котлах среднего давления (р_б < 9,8 МПа), последние также начинают разлагаться еще в колонке с образованием NaOH и CO₂ по реакции

Количество разложившегося бикарботната натрия (%) от концентрации его в поступающей в дозатор воде А можно оценить по номограмме, представленной на рис. 3.3.19.

Рис. 3.3.19. Количество разложившегося карбоната натрия A в деаэраторе в зависимости от давления р и расхода пара на барботаж q (данные Е.Б. Юрчевского): 1, 2 - линии концентраций NaHCO₃, равных 1,5 мг • экв/л для разных значений выпара; 1 - менее 0,4 %; 2 - более 1,2 %; 0,15.2,5 - линии постоянных концентраций NaHCO₃ в питательной воде, мг • экв/л

Разложение бикарбонатов требует значительно большего времени, чем удаление газов из воды. При низкой концентрации бикарбонатов (менее 0,3.0,6 мг • экв/кг) разложение их за время прохода воды через деаэрационную колонку не успевает начаться. Оно происходит более удовлетворительно только при длительном кипячении воды (и барботаже паром) в аккумуляторных баках, сопровождаемом, как известно, некоторым перегревом ее в нижней части баков и вскипанием при подъеме вверх.

Этот процесс способствуем также выделению из воды углекислоты и остатков кислорода. В этом случае барботаж позволяет использовать положительные свойства деаэратора перегретой воды: вскипание перегретой воды.

Деаэрационные колонки работают с номинальной производительностью, выдавая хорошо деаэрированную воду только при определенных температурах поступающей воды, например, как двухступенчатый деаэратор типа ДСА при температуре 80 °С (рис. 3.3.20).

Рис. 3.3.20. Схема вертикального двухступенчатого деаэратора ДСА-1 и ДСА-3: I - химически обессоленная вода; II - выпар; III - деаэрированная вода; IV - пар; 1 - пароприемный короб; 2 - барботажный лист; 3 - барботажный канал; 4 - лоток; 5 – тарелка 6 - коллектор подачи химически обессоленной воды; 7 - трубопровод отвода неконденсирующихся газов; 8 - разделительное окно; 9 - канал окончательной дегазации воды; 10 - патрубок отвода деаэрированной воды; 11 - трубопровод подачи греющего пара

Снижение температуры на 5 °С (по данным Г. П. Сутоцкого) приводит к снижению допустимой нагрузки примерно на 10 %. Повышение температуры, подаваемой в колонку воды, улучшает процесс деаэрации и исключает гидравлические удары. Уменьшение расхода свежего пара на подогрев воды в колонке ухудшает вентиляцию ее нижней части и может привести к повышению остаточного содержания кислорода в деаэрированной воде.

Поэтому температура воды, поступающей в деаэратор типа ДСА, не должна быть выше 95 °С, а температура воды, поступающей в колонки типа ДСП, должна быть ниже температуры кипения воды при давлении в колонке не менее чем на 5 и 10 °С.

Раздельная и особенно периодическая подача в колонки различных потоков воды с разной температурой и содержанием газов крайне неблагоприятно отражается на работе деаэратора, создает тепловые перекосы и колебания теплового режима, повышая в результате остаточное содержание кислорода. Поэтому с точки зрения защиты от коррозии и уменьшения заноса в котлы продуктов коррозии целесообразно все мелкие загазованные составляющие питательной воды (кроме турбинного конденсата) сначала собирать и предварительно деаэрировать в дренажных баках и уже в виде смеси, иногда через общий с конденсатом турбин трубопровод, непрерывно и равномерно подавать в деаэраторы.

Существенным показателем эффективности работы деаэратора при работе его на воде, содержащей NaHCO₃, является повышение рН воды от 6,5...7,5 до 8,5...9 за счет распада бикарбонатов и удаления углекислоты и появление окраски по фенолфталеину.

Термические деаэраторы обладают саморегулирующей способностью, которая состоит в том, что при понижении расхода пара и давления в колонке или повышении производительности деаэратора без изменения расхода некоторое время деаэратор может работать нормально без ухудшения качества обескислороженной воды.