3.1.4. Очистка воды от растворенных газов

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⁺-катионирования, а при умягчении воды метода­ми Na⁺- и Н⁺-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-катионит-ные 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 известном законе 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

С_г = К_гp_г = К_г (p_общ – р_H20), (3.1)

где С_г – концентрация растворенно­го в воде газа;

К_г - коэффициент абсорбции газа водой;

Р_общ – общее давление;

р_H20 – парциальное дав­ление водяного пара;

р_г – парци­альное давление газа.

Как видно из уравнения (3.1), понижение концентрации газа в во­де происходит с уменьшением разно­сти p_общ – р_H20, 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.

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

dC_г/dτ = - (С_г - С^p_г) kf , (3.2)

где dC_г/dτ – скорость десорбции;

С_г – концентрация удаляемого газа;

С^p_г – равновесная концентрация га­за;

k – коэффициент пропорцио­нальности;

f – удельная поверх­ность раздела фаз.

Наибольший эффект достигается при С^p_г = 0, т. е. при парциальном давлении удаляемого газа, близком к нулю.

В этом случае уравнение (3.2) преобразуется к виду

dC_г/dτ = - С_г kf. (3.3)

При постоянных k и f для дан­ного аппарата концентрация газа в воде зависит только 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 увеличивается 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. 2 показана зависимость ко­эффициента абсорбции от темпера­туры для кислорода, углекислоты и азота.

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