Деаэратор — это техническое устройство для удаления растворенных газов из жидкости термическим способом. Оборудование применяется в котельных и на тепловых электростанциях для очистки питательной и подпиточной воды от кислорода и углекислого газа, которые вызывают коррозию металлических элементов системы. Процесс удаления газов называется деаэрацией и основан на нагреве воды до температуры кипения, при которой растворимость газов становится минимальной.
Что такое деаэратор и для чего он нужен
Деаэратор воды представляет собой специализированное теплообменное оборудование, задача которого — подготовить воду перед подачей в котельную установку. В необработанной воде содержится от 8 до 10 миллиграммов кислорода на литр, что критически опасно для трубопроводов и котлов.
Основная функция деаэратора заключается в удалении коррозионно-агрессивных газов. Растворенный кислород вызывает активную коррозию металлических поверхностей, сокращая срок службы оборудования в три раза. Углекислый газ усиливает коррозионное воздействие и образует накипь на теплообменных поверхностях.
Важно: Без деаэрации трубопроводы служат всего пять-семь лет, тогда как при использовании деаэрированной воды срок эксплуатации увеличивается до 15-20 лет.
Помимо удаления газов, деаэратор выполняет функцию подогрева воды и создает запас питательной воды для бесперебойной работы котельной. Это обеспечивает защиту котла от термического шока при подаче холодной воды.
Принцип работы деаэратора
Работа деаэратора основана на физическом законе Генри, согласно которому растворимость газов в жидкости снижается при повышении температуры и становится практически нулевой при достижении точки кипения. Термический метод деаэрации является наиболее эффективным способом удаления всех типов растворенных газов.
Процесс деаэрации воды происходит в несколько этапов. Вода подается в верхнюю часть деаэрационной колонки через распределительное устройство. Навстречу потоку воды снизу подается греющий пар, который нагревает жидкость до температуры насыщения.
Основные стадии процесса деаэрации:
- Нагрев воды до температуры кипения с помощью пара
- Интенсивное перемешивание воды и пара для увеличения площади контакта
- Выделение растворенных газов в виде пузырьков при кипении
- Удаление парогазовой смеси (выпара) через вентиляционную систему
- Дополнительная обработка воды в аккумуляторном баке
При нагреве воды происходит активное выделение кислорода и углекислого газа. Образующаяся парогазовая смесь называется выпаром и удаляется через специальное отверстие в верхней части колонки. Чем больше выпар, тем эффективнее работает деаэратор и тем ниже остаточное содержание газов в воде.
Деаэрированная вода стекает в аккумуляторный бак, где происходит окончательная дегазация за счет отстоя. В баке поддерживается постоянная температура и создается необходимый запас воды для питания котельной установки.
Виды и типы деаэраторов
Деаэраторы классифицируются по нескольким признакам, основными из которых являются давление и конструктивное исполнение. Выбор типа оборудования зависит от параметров котельной установки и характеристик теплоносителя.
Классификация по давлению
| Тип деаэратора | Рабочее давление | Температура | Применение |
|---|---|---|---|
| Атмосферный (ДА) | 0,12 МПа | 102-104 °C | Паровые котлы, системы теплоснабжения |
| Вакуумный (ДВ) | 0,007-0,05 МПа | 40-90 °C | Водогрейные котлы, подпитка теплосетей |
| Повышенного давления (ДП) | 0,6-0,8 МПа | 158-188 °C | ТЭЦ, котлы высокого давления |
Атмосферные деаэраторы работают при давлении, близком к атмосферному, и являются наиболее распространенным типом оборудования. Они состоят из деаэрационной колонки, установленной на горизонтальном аккумуляторном баке. Производительность таких установок составляет от 5 до 300 тонн в час согласно ГОСТ 16860-88.
Вакуумные деаэраторы применяются в котельных с водогрейными котлами, где отсутствует пар для нагрева. В таких установках создается разрежение с помощью вакуумного насоса или эжектора, что позволяет воде закипать при более низких температурах. Это экономит энергию и подходит для систем горячего водоснабжения.
Деаэраторы повышенного давления используются на крупных тепловых электростанциях и обеспечивают глубокую деаэрацию питательной воды для мощных паровых котлов. Их применение позволяет сократить количество подогревателей высокого давления в схеме ТЭЦ.
Классификация по конструкции
По способу взаимодействия воды и пара деаэраторы подразделяются на несколько конструктивных типов:
- Струйные — вода проходит через перфорированные тарелки в виде струй, контактируя с паром. Простая конструкция, но относительно низкая эффективность.
- Барботажные — пар проходит через слой воды в виде пузырьков, обеспечивая интенсивный массообмен.
- Пленочные — вода стекает тонкой пленкой по вертикальным насадкам, увеличивая площадь контакта с паром.
- Капельные (форсуночные) — вода распыляется через форсунки в мелкие капли. Высокая эффективность, но большие энергозатраты.
- Струйно-барботажные — комбинированная схема с двумя ступенями обработки для повышения качества деаэрации.
- Центробежно-вихревые — современный тип с быстрым закипанием воды и минимальным временем контакта газов с металлом.
Наиболее распространенными являются струйно-барботажные деаэраторы серии ДА, которые обеспечивают двухступенчатую схему дегазации. Первая ступень (струйная) удаляет основную массу газов, вторая ступень (барботажная) завершает процесс очистки.
Применение деаэраторов
Деаэраторы являются обязательным элементом систем водоподготовки в теплоэнергетике. Они применяются на объектах различного масштаба — от небольших котельных до крупных тепловых электростанций.
В паровых котельных деаэраторы используются для обработки питательной воды, которая после превращения в пар поступает к потребителям. Качество деаэрации напрямую влияет на срок службы котлов и паропроводов. Согласно нормативным требованиям, остаточное содержание кислорода в питательной воде котлов с давлением выше 10 МПа не должно превышать 10 микрограммов на килограмм.
В водогрейных котельных деаэраторы обрабатывают подпиточную воду для систем отопления и горячего водоснабжения. Здесь используются преимущественно вакуумные деаэраторы, работающие при температуре 60-80 градусов. Для подпиточной воды тепловых сетей допускается остаточное содержание кислорода до 50 микрограммов на килограмм.
На каждый кубометр неочищенной воды в результате коррозии разрушается до 10-15 граммов железа. Деаэрация позволяет снизить содержание кислорода с 8-10 миллиграммов на литр до 0,01-0,05 миллиграммов на литр.
На тепловых электростанциях деаэраторы играют роль не только устройства водоподготовки, но и бака-аккумулятора питательной воды. Они устанавливаются в схеме регенерации и обеспечивают стабильное питание парогенераторов.
Согласно нормативным документам (ГОСТ 16860-88, СП 89.13330), в котельных необходимо предусматривать термическую деаэрацию всех потоков воды и конденсата, поступающих в систему. Выбор типа деаэратора определяется видом котельной установки и требованиями к качеству воды.
Преимущества и недостатки термической деаэрации
Термический метод деаэрации имеет ряд существенных преимуществ перед другими способами удаления газов из воды. Он обеспечивает полное удаление не только кислорода, но и углекислого газа, аммиака, азота и других растворенных газов.
Преимущества термической деаэрации:
- Высокая эффективность удаления всех типов растворенных газов
- Отсутствие вторичных загрязнений воды химическими реагентами
- Одновременный нагрев воды, что повышает КПД котельной установки
- Возможность использования вторичного пара от технологических процессов
- Длительный срок службы оборудования при правильной эксплуатации
- Создание запаса питательной воды в аккумуляторном баке
Однако термическая деаэрация имеет и определенные ограничения. К основным недостаткам относятся высокие капитальные затраты на оборудование, необходимость наличия источника пара для атмосферных деаэраторов, потери тепла с выпаром и сложность регулирования при переменных нагрузках.
Альтернативой термической деаэрации является химический метод, при котором в воду добавляются реагенты-поглотители кислорода (сульфит натрия, гидразин). Однако химическая деаэрация менее эффективна для удаления углекислого газа и приводит к накоплению продуктов реакции в системе.
Оборудование и эксплуатация деаэраторов
Современные деаэрационные установки представляют собой сложные технические комплексы, включающие не только собственно деаэратор, но и систему автоматического управления, защитные устройства, арматуру и контрольно-измерительные приборы.
Основные элементы деаэратора включают деаэрационную колонку, аккумуляторный бак, предохранительные устройства, регуляторы давления и уровня, систему отвода выпара. Конструкция должна обеспечивать надежную работу при проектных параметрах и возможность обслуживания.
Для безопасной эксплуатации деаэраторы оснащаются гидрозатворами, которые защищают от превышения давления и опасного повышения уровня воды в баке. Регулятор давления поддерживает постоянное давление в деаэраторе путем изменения подачи греющего пара.
Деаэраторы относятся к сосудам, работающим под давлением, и подлежат регистрации в органах Ростехнадзора. Внутренние осмотры проводятся каждые четыре года, гидравлические испытания — каждые восемь лет.
При эксплуатации необходимо контролировать температуру и давление в деаэраторе, уровень воды в баке, расход выпара. Остаточное содержание кислорода в деаэрированной воде проверяется не реже одного раза в смену методом химического анализа проб.
Качество работы деаэратора зависит от нескольких факторов: достижения температуры насыщения воды, достаточной площади контакта пара с водой, интенсивности массообмена, надежного отвода выпара. Недогрев воды даже на один-три градуса значительно увеличивает остаточное содержание газов.
Частые вопросы о деаэраторах
Итоговые выводы: Деаэратор является критически важным элементом системы водоподготовки в котельных и на ТЭЦ. Термическая деаэрация обеспечивает эффективное удаление кислорода и углекислого газа из воды, защищая оборудование от коррозии и продлевая срок его службы в три раза. Выбор типа деаэратора зависит от вида котельной установки: для паровых котлов применяются атмосферные деаэраторы, для водогрейных — вакуумные. Правильная эксплуатация с контролем остаточного содержания кислорода и регулярным техническим обслуживанием гарантирует надежную работу всей теплоэнергетической системы.
Данная статья носит ознакомительный характер и не является руководством к действию. Проектирование, монтаж и эксплуатация деаэраторов должны выполняться квалифицированными специалистами в соответствии с действующими нормативными документами и требованиями безопасности. Автор не несет ответственности за последствия применения информации без профессиональной консультации.
