Деаэрационная установка

Деаэрационная установка предназначена для удаления из питательной воды растворенных в ней коррозионно-агресивных газов (кислорода, воздуха, углекислоты и др.), которые вызывают коррозию металлических поверхностей пароводяного тракта (особенно труб котельного агрегата).

Одновременно в деаэраторе осуществляется регенеративный подогрев питательной воды паром из отбора турбины.

Воздух, в котором находятся различные газы, попадает в питательную воду через неплотности в трубопроводах и аппаратах, работающих под вакуумом (конденсатор, ПНД, ЦНД турбины и др.), а также с циркуляционной водой, попадающей в паровое пространство конденсатора через неплотности соединений конденсатных трубок с трубной доской и добавочной химически очищенной водой.

Правилами технической эксплуатации электростанций нормируется содержание растворенного в питательной воде кислорода. Для паровых котлов с давлением менее 10 МПа содержание кислорода в деаэрированной воде должно быть не более 20 мкг/кг, а если котлы рассчитаны на давление 10 МПа и выше – не более 10 мкг/кг. Свободная углекислота в воде после деаэратора должна отсутствовать. Растворенная в питательной воде углекислота подразделяется на свободную (в виде газа) и связанную (в виде бикарбонатов и карбонатов). Последняя сама по себе безвредна для стали, но в процессе термического разложения бикарбонатных и карбонатных ионов при высокой температуре образуется свободная двуокись углерода, которая с паром поступает в регенеративную систему, где растворяется в конденсате и повышает его агрессивные свойства. Коррозия усиливается с повышением температуры и давления воды.

На электрических станциях применяется термическая деаэрация, основанная на законе Генри, которому подчинается растворимость газов в воде. Согласно этому закону равновесная концентрация растворенного в воде газа С_г пропорциональна парциальному давлению этого газа Р_г над ее поверхностью и не зависит от присутствия других газов:

С_г = К_гР_г . (1)

Здесь К_г – коэффициент растворимости газа в воде (константа Генри), которая изменяется в зависимости от температуры и не зависит от количественного состава и давления в системе, мкг/(кгМПа).

Из выражения (1) видно, что для деаэрации воды и удаления (десорбции) агрессивных газов необходимо понижать их парциальное давление над жидкостью. Это возможно осуществить либо понижением общего давления газовой смеси над водой, либо перераспределением парциальных давлений газов при постоянном давлении газовой смеси. Второй способ легко выполняется простым замещением смеси газов над водой водяным паром, подводимым к поверхности воды, либо получаемым за счет ее испарения.

Когда при нагреве температура воды повышена до температуры насыщения, парциальное давление водяного пара над уровнем воды достигает полного давления над водой, а парциальное давление других газов снижается до нуля, вода освобождается от растворенных в ней газов. Нагрев воды до температуры насыщения при данном давлении увеличивает остаточное содержание в ней газов. Быстрота и полнота процесса удаления газа из воды зависят от скорости отвода выделяющегося газа, что необходимо для поддержания его парциального давления внутри деаэратора на минимальном уровне, а также от площади поверхности контакта воды с паром на единицу количества деаэрируемой воды и температуры воды, оказывающей влияние на коэффициент растворимости газа в воде (К_г) по формуле Генри. Кроме того, необходим некоторый дополнительный расход подводимого в деаэрационную колонку пара для вытеснения выделяющегося из воды газа (организуется выпар из колонки).

Термические деаэраторы выполняют на электростанциях несколько функций: помимо деаэрации воды они служат для сбора, смешения, подогрева и организации запаса деаэрированной питательной воды.

До недавних пор содержание кислорода в питательной воде энергоустановок считалось недопустимым. Однако исследованиями, проведенными в последнее время, установлено, что при оптимальной начальной концентрации дозированного в тракт основного конденсата кислорода (примерно 200 мкг/кг) улучшается коррозионное состояние конденсатно-питательного тракта, уменьшается вынос соединений железа в поверхности нагрева котла, так как такой режим приводит к образованию защитных оксидных и гидроксидных пленок на перлитных сталях энергоблоков сверхкритических параметров и к значительному подавлению коррозии. Эти обстоятельства заставляют пересмотреть традиционные решения тепловой схемы с деаэраторными установками, которые усложняют эксплуатацию.