Тема 7. Удаление из воды коррозионноагрессивных газов

7.1. Общие положения

Удаление из воды растворенных газов – важная часть комплексного технологического процесса обработки воды, реализуемого на ТЭС и АЭС. Необходимость этого процесса вызвана стремлением уменьшить интенсивность коррозии внутренних поверхностей теплосилового оборудования под действием растворенных в теплоносителе агрессивных газов. Кроме того, наличие в воде растворенной углекислоты отрицательно сказывается на эффективности работы анионитных фильтров, установленных в схеме очистки добавочной воды.

Один из основных потоков, подвергаемых дегазации – питательная вода котлов. Однако растворенные газы удаляют и из потоков, не являющихся непосредственно рабочим телом. Такими потоками являются химически очищенная вода, подпиточная вода тепловых сетей, конденсат пара, возвращаемый в тепловой цикл станции от внешних потребителей, охлаждающая вода конденсаторов турбин.

Кислород О₂ и диоксид углерода СО₂ присутствуют в воде в результате растворения при контакте воды с атмосферным воздухом. Углекислота появляется в воде также в процессе химического обессоливания после стадии Н-катиониро-вания, а при умягчении воды методами Na- и Н- Na-катионирования вода дополнительно насыщается связанным диоксидом углерода. Азот – инертный газ, его наличие в воде обусловлено контактом воды с атмосферным воздухом, появление водорода Н₂ в воде – коррозией внутренних поверхностей теплосилового оборудования. Аммиак NН₃ попадает в воду главным образом в результате аминирования питательной воды и, кроме того, присутствует в химически очищенной воде, если в схеме подготовки воды установлены NН₄-катионитные фильтры. Такие газы, как сернистый ангидрид SO₂ и сероводород H₂S, могут присутствовать в теплоносителе при использовании на станции котлов среднего давления и обработке питательной воды сульфитом натрия.

Наиболее эффективный способ удаления растворенных газов из воды – десорбция. Этот способ основан на известных законах Генри–Дальтона, характеризующих зависимость между концентрацией в воде растворенного газа и его парциальным давлением.

Применение этих законов дает возможность определить концентрацию газа при том условии, что в паровом пространстве над водой находится лишь рассматриваемый газ и отсутствуют другие газы. Концентрация растворенного в воде газа выражается уравнением

(7.1)

где С_Г – концентрация растворенного в воде газа; К_Г – коэффициент абсорбции газа водой: р_ОБЩ – общее давление; – парциальное давление водяного пара; р_Г – парциальное давление газа.

К

кг/м³

ак видно из уравнения (7.1), понижение концентрации газа в воде происходит с уменьшением разности ( ), т.е. в случае приближения парциального давления водяных паров к значению полного давления газовой смеси. Это достигается созданием над поверхностью воды, содержащей рассматриваемый газ, смеси газов, в составе которой практически отсутствует удаляемый из воды газ. Таким образом, для удаления газа из воды необходимо создать условия, при которых парциальное давление его над поверхностью воды было бы равно нулю.

Рис.7.1. Коэффиценты абсорбции СО₂ (1), N₂ (2) и О₂ (3) водой

Удаление газа из воды существенно зависит от кинетики десорбции, которая может быть выражена уравнением

(7.2)

где dC/dτ – скорость десорбции; С_Г – концентрация удаляемого газа; – равновесная концентрация газа; k – коэффициент пропорциональности; f – удельная поверхность раздела фаз.

Наибольший эффект достигается при , т. е. при парциальном давлении удаляемого газа, близком к нулю. В этом случае уравнение (10.2) преобразуется к виду

.

(7.3)

При постоянных k и f для данного аппарата концентрация газа в воде зависит от времени дегазации, с увеличением времени дегазации концентрация растворенного газа в воде уменьшается. Полного освобождения воды от растворенного газа в какой-либо реальный отрезок времени достичь невозможно, поэтому время, необходимое для дегазации, находят, задаваясь определенной конечной концентрацией растворенного в воде газа.

Эффект дегазации можно повысить, увеличив удельную поверхность раздела фаз пара и воды. В этом случае при прочих равных условиях увеличивают время контакта воды с паром, не содержащим удаляемого из воды газа. На эффект дегазации существенно влияет повышение температуры воды, это обусловлено тем, что с повышением температуры уменьшается коэффициент абсорбции газа водой. На рис. 7.1 показана зависимость коэффициента абсорбции от температуры для кислорода, углекислоты и азота.