Деаэратор

Деаэратор — техническое устройство, реализующее процесс очистки некоторой жидкости (обычно воды или жидкого топлива) от присутствующих в ней нежелательных газовых примесей.

Назначение:

Защита трубопроводов и оборудования от коррозии.

Недопущение воздушных пузырей, нарушающих проходимость гидравлических систем, нормальную работу форсунок и т. д.

Защита насосов.

Продукты коррозии, а также некоторые  естественные примеси (например, кальций  и магний) выпадают в отложения  на теплопередающих поверхностях, что приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи и возникновению под отложениями местных, наиболее опасных видов коррозионных повреждений. Это снижает экономичность, надежность и безопасность работы.

Из газовых примесей наибольшую опасность представляют кислород и углекислота.

Поступление углекислоты с присосами  воздуха незначительно. Она образуется в конденсатно-питательном тракте за счет термического разложения бикарбонатов, поступающих с присосами технической  воды, и последующего гидролиза карбонатов.

Способы деаэрации воды:

Для удаления газов из воды могут  быть использованы химические и термические  методы. Химические методы основаны на избирательном взаимодействии удаляемых  газов с дозируемыми реагентами. Практически химический метод применим только для удаления кислорода. Для этого используют гидразин, и то не как самостоятельный метод, а для удаления микро количеств кислорода. Вместе с гидразином в воду могут поступать другие примеси. Кроме того, гидразин является токсичным веществом.

Термические деаэраторы позволяют удалять из воды любые растворенные в воде газы и не вносят никаких дополнительных примесей в воду. Нагревом воды можно уменьшать содержания кислорода, поскольку коэффициент растворимости (ko2) уменьшается с ростом температуры. Несмотря на уменьшение количества кислорода в воде с повышением температуры оставшаяся его часть значительна. Так, при изменении температуры воды от 20 до 50 °С количество растворенного в воде кислорода уменьшается с 9 до 5 мг/кг. Оставшаяся часть кислорода (5 мг/кг) в сотни раз превышает допустимые уровни.

При температуре кипения давление над водой определяется давлением  насыщенных паров воды, а количество растворенного в воде кислорода  равно нулю. Устройство, где происходит прогрев воды до температуры кипения  с целью удаления газов, называется  деаэратором. Подогрев воды в деаэраторе осуществляется за счет отборного пара из турбины. Для надежного удаления из воды газов необходимо прогревать всю массу воды до температуры насыщения. Недогрев воды на 1—3°С увеличивает остаточное содержание газов в воде.

Необходимо постоянно удалять  выделившиеся из воды газы. Отводимая  из деаэратора парогазовая смесь  называется выпаром. Чем больше выпар, тем эффективнее будет работать деаэратор.

Выпар — это смесь выделившихся из воды газов и небольшого количества пара, подлежащая эвакуации из деаэратора. Для нормальной работы деаэраторов распространённых конструкций его расход (по пару по отношению к производительности) должен составлять не менее 1—2 кг/т, а при наличии в исходной воде значительного количества свободной или связанной углекиcлоты — 2—3 кг/т. Чтобы избежать потерь рабочего тела из цикла, выпар на крупных установках конденсируют. Если охладитель выпара, применяемый для этой цели, устанавливается на исходной воде деаэратора (как на рис.), она должна быть достаточно сильно недогрета до температуры насыщения в деаэраторе. При использовании выпара на эжекторах он конденсируется на их холодильниках, и специальный теплообменник не нужен.

Виды деаэраторов:

Деаэраторы могут быть смешивающие, поверхностные и перегретой воды. Наибольшее распространение получили смешивающие деаэраторы. Поверхностные деаэраторы используются в том случае, если греющий пар изменяет материальный баланс установки. Так, например поверхностные деаэраторы устанавливаются на линии подпитки первого контура АЭС с ВВЭР-1000. В деаэраторах перегретой воды подаваемая на деаэрацию вода подогревается в теплообменнике до температуры, превышающей температуру насыщения в деаэраторе. Избыточная теплота этой воды расходуется на парообразование.    Деаэраторы подразделяются по давлению на вакуумные, атмосферные, повышенного давления. Вакуумные деаэраторы устанавливаются на подпитке теплосети, атмосферные — на линии подачи добавочной воды и деаэраторы повышенного давления — на основном потоке конденсата.

Само деаэрационное  устройство представляет из себя деаэрационную  колонну, в которой подогреваемая  вода стекает сверху вниз, а навстречу  ей снизу подается греющий пар. Деаэрационная колонна устанавливается на бакаккумулятор питательной воды, куда стекает продеаэрированная вода. В эксплуатации под деаэратором понимают совокупность деаэрационных колонн и деаэрационного бака, на который они устанавливаются. Для улучшения процесса деаэрации в деаэраторах смешивающего типа необходимо обеспечить большую поверхность контакта подогреваемой среды с паром. Поэтому конструкции термических деаэраторов подразделяются, в первую очередь, по способу дробления воды. Различают деаэраторы: сопловые, с насадками, пленочные, струйные и барботажные. В сопловых деаэраторах распыление воды идет с помощью сопел. Сопловые, с насадками и пленочные деаэраторы широкого распространения не получили, так как сопловые малоэффективны, а с насадками (установка большого количества металлических насадок) и пленочные (вода стекает в виде пленки по концентрическим стальным кольцам) дают дополнительное количество продуктов коррозии в воду. На АЭС широкое распространение получили струйные деаэраторы.

 Атмосферные деаэраторы требуют наименьшей толщины стенок; выпар удаляется из них самотёком под действием небольшого избытка давления над атмосферным. Вакуумные деаэраторы могут работать в условиях, когда на котельной нет пара; однако им требуется специальное устройство для отсоса выпара (вакуумный эжектор) и б́ольшая толщина стенок, к тому же бикарбонаты при низких температурах разлагаются не полностью и есть опасность повторного подсоса воздуха по тракту до насосов. Деаэраторы ДП имеют больш́ую толщину стенок, зато их применение в схеме ТЭС позволяет сократить количество металлоёмких ПВД и использовать выпар как дешёвую рабочую среду для пароструйных эжекторов конденсатора; деаэрационная приставка конденсатора, в свою очередь, является вакуумным деаэратором.

Общие требования, предъявляемые к деаэраторам:

Уровень воды в деаэраторе должен быть определенным и контролироваться с помощью водомерного стекла. При достижении предельно допустимого  уровня, избыток воды сливается через  переливное устройство. Повышение уровня свыше максимально допустимого ухудшает работу деаэрационной колонки. Давление в деаэраторе необходимо поддерживать постоянным. Это связано с тем, что после деаэратора вода, нагретая до температуры насыщения, питательным насосом подается в питательную магистраль и далее в барабан сепаратор. При резком изменении давления в деаэраторе может произойти вскипание воды, и работа насоса нарушается. При изменении нагрузки на турбину давление пара в отборах изменится, изменится давление и в деаэраторе. Если турбина имеет регулируемые отборы пара, то деаэратор следует подключать к этому отбору. Для обеспечения постоянства давления деаэратор по пару подсоединяется к нескольким отборам турбин. Постоянство давления в деаэраторе нарушает оптимальный подогрев питательной воды по ступеням. Но при недогреве воды, идущей в деаэратор, на 8—10 °С это влияние незначительно, и подогрев в деаэраторе можно рассматривать как общую ступень подогрева, тем более, что питаются они от одного и того же отбора пара.