Принцип работы деаэратора. Что такое деаэратор в котельной

И КОНДЕНСАТНЫЕ НАСОСЫ

§ Типы, конструкции, схемы включения деаэраторов.

§ Материальный и тепловой балансы деаэратора.

§ Схемы включения питательных насосов, тип привода.

§ Схемы включения конденсатных насосов.

Воздух, растворенный в конденсате, питательной и добавочной воде, содержит агрессивные газы (кислород, углекислота), вызывающие коррозию оборудования и трубопроводов электростанции. Коррозия усиливается с повышением температуры и давления воды.

Кислород и свободная углекислота поступает в питательную воду с присосами воздуха в конденсатор и аппаратуру регенеративной системы, находящуюся под вакуумом, и с добавочной водой.

Для защиты от газовой коррозии применяют деаэрацию воды, т.е. удаление растворенного в ней воздуха, или дегазацию воды, т.е. удаление растворенного в ней агрессивного газа.

Для удаления растворенного воздуха применяют термическую деаэрацию воды, которая является основным методом удаления из воды растворенных газов. Кислород, оставшийся в воде после термической деаэрации, дополнительно обезвреживают, связывая его химическим реагентом (соединениями аммиака ).

Термическая деаэрация воды основана на следующем. По закону Генри – Дальтона равновесная концентрация растворенного в воде газа, мкг/кг, пропорциональна парциальному давлению этого газа над ее поверхностью и не зависит от присутствия других газов

где – коэффициент пропорциональности, зависящий от рода газа, его давления и температуры, мг/(кгּПа). Относительный состав газов при растворении воздуха в воде в соответствии с этим законом отличается от состава их в воздухе. Так, при температуре 0 о С и нормальном давлении вода содержит по объему кислорода 34,9 % (в воздухе 21 %), углекислого газа 2,5 % (в воздухе 0,04 %), азота и других недеятельных газов 62,6 % (в воздухе 78,96 %).

Концентрацию растворенного в воде газа можно выразить через равновесное парциальное давление:

Когда парциальное давление газа над поверхностью воды ниже равновесного < происходит десорбция (выделение) газа из раствора; если > , происходит адсорбция (поглощение) газа водой, при равенстве = наступает состояние динамического равновесия. Таким образом, чтобы обеспечить удаление из воды растворенного в ней газа надо понизить его парциальное давление в окружающем пространстве. Этого можно достигнуть заполняя пространство водяным паром. Процесс десорбции газа из раствора будет в этом случае сопровождаться подогревом воды до температуры насыщения. Движущей силой процесса десорбции газа является разность равновесного парциального давления газа в деаэрируемой воде и парциального давления его в паровой среде.

Абсолютное давление над жидкой фазой представляет собой сумму парциальных давлений газов и водяного пара:

Следовательно, необходимо увеличить парциальное давление водяных паров над поверхностью воды, добиваясь , и как следствие этого получить .

Питательная вода паровых котлов ТЭС согласно Правилам технической эксплуатации электростанций (ПТЭ) должна содержать кислорода менее 10 мкг/кг.

По сравнению с удалением О выделение из воды СО более сложная задача, так как в процессе подогрева воды количество углекислого газа увеличивается вследствие разложения бикарбонатов и гидролиза образующихся карбонатов.

Кроме удаления из воды растворенных агрессивных газов, деаэраторы служат также для регенеративного подогрева основного конденсата и являются местом сбора и хранения запаса питательной воды.

Термические деаэраторы паротурбинных установок электростанций делятся:

По назначению на:

1) деаэраторы питательной воды паровых котлов;

2) деаэраторы добавочной воды и обратного конденсата внешних по-

требителей;

3) деаэраторы подпиточной воды тепловых сетей.

По давлению греющего пара на:

1) деаэраторы повышенного давления (тип ДП, рабочее давление 0,6– 0,7 МПа, реже 0,8–1,2 МПа, температура насыщения 158–167 С и соответственно 170–188 С);

2) атмосферные деаэраторы (тип ДА, рабочее давление 0,12 МПа, температура насыщения 104 С;

3) вакуумные деаэраторы (тип ДВ, рабочее давление 0,0075 – 0,05 МПа, температура насыщения 40–80 С).

По способу обогрева деаэрируемой воды на:

1) деаэраторы смешивающего типа со смешением греющего пара и обогреваемой деаэрируемой воды. Этот тип деаэраторов применяется на всех без исключения ТЭС и АЭС;

2) деаэраторы перегретой воды с внешним предварительным нагревом воды отборным паром.

По конструктивному выполнению (по принципу образования межфазной поверхности) на:

1)деаэраторы с поверхностью контакта, образующейся в процессе движения пара и воды:

а) струйно-барботажные;

б) пленочного типа с неупорядоченной насадкой;

в) струйного (тарельчатого) типа;

2) деаэраторы с фиксированной поверхностью контакта фаз (пленочного типа с упорядоченной насадкой).

В вакуумных деаэраторах давление ниже атмосферного и для отсоса выделяющихся из воды газов требуется эжектор. Имеется опасность повторного «заражения» воды кислородом из-за присоса атмосферного воздуха в тракт перед насосом. Вакуумные деаэраторы применяются, когда требуется деаэрировать воду при температуре ниже 100 подпиточная вода тепловых сетей, вода в тракте химической подготовки). К ним относятся также деаэрационные приставки конденсаторов . Деаэрация воды осуществляется не только в деаэраторах, но также и в конденсаторах паровых турбин. Однако на пути от конденсатора до конденсатного насоса содержание кислорода может увеличиться за счет подсоса воздуха через сальники насосов и другие неплотности.

Атмосферные деаэраторы работают с небольшим избытком внутреннего давления над атмосферным (приблизительно 0,02 МПа), необходимым для самотечной эвакуации выделяющихся газов в атмосферу. Преимуществом атмосферных деаэраторов является минимальная толщина стенки корпуса (экономия металла).

В настоящее время атмосферные деаэраторы применяют главным образом для добавочной воды испарителей и подпиточной воды тепловых сетей.

Деаэраторы повышенного давления применяются для обработки питательной воды энергетических котлов с начальным давлением пара 10 МПа и выше. Применение деаэраторов типа ДП на ТЭС позволяет при более высокой температуре регенеративного подогрева воды ограничиться в тепловой схеме небольшим количеством последовательно включенных ПВД (не более трех), что способствует повышению надежности и удешевлению установки и благоприятно сказывается при эксплуатации ввиду меньшего сброса температуры питательной воды при отключении ПВД.

В деаэраторах перегретой воды вода поступает сначала в предвключенный поверхностный подогреватель, где вода, подлежащая последующей деаэрации, нагревается до температуры, превышающей на 5–10 С температуру насыщения при давлении в деаэраторе. Чтобы вода в подогревателе не закипела, давление воды должно быть на 0,2–0,3 МПа выше, чем в деаэраторе. При вводе в деаэратор давление воды снижается и вода вскипает, выделяя пар, который заполняет колонку.

Принцип предварительного перегрева с последующим вскипанием воды способствует улучшению качества деаэрации. Однако деаэраторы перегретой воды сложны по конструкции, недостаточно надежны, трудно регулируемы и поэтому в настоящее время у нас в энергетике не применяются.

Полезный для термической деаэрации принцип предварительного перегрева воды с последующим вскипанием реализуется в деаэраторах барботажного типа. В них пар вводится под уровень воды в аккумуляторе или в промежуточной емкости, располагаемой в колонке. За счет гидростатического подпора вводимый в слой воды пар имеет несколько повышенное давление по сравнению с давлением в паровом пространстве колонки. При контакте с водой в глубине слоя пар нагревает ее до температуры, превышающей температуру насыщения у поверхности. При движении воды, увлекаемой пузырьками пара вверх барботажного отсека вода вскипает и интенсивно выделяет растворенные газы.

В деаэраторах смешивающего типа греющий пар вводится в нижнюю часть колонки, заполняя ее, а вода в ее верхнюю часть. Поток воды дробится на капли, струи или пленки для увеличения поверхности контакта с паром и движется навстречу ему сверху вниз. Выделяющиеся из воды газы удаляются через линию выпара, расположенную в верху колонки.

Вместе с газами из колонки деаэратора удаляется некоторое количество пара, называемое выпаром. Обычно выпар составляет 1–2 кг, а при наличии в исходной воде значительного количества свободной или связанной углекислоты – 2–3 кг на одну тонну деаэрируемой воды. Выпар обусловливает дополнительную потерю теплоты и теплоносителя и из этих соображений должен быть минимальным.

Таблица 10.1

Свободная углекислота в воде после деаэратора должна отсутствовать, а показатель рН (при 25 ) питательной воды должна поддерживаться в пределах 9,1 0,1.

Отопительные котлы чаще всего изготавливаются из стали. Проходящая через них вода в своем составе имеет кислород и углекислый газ. Оба эти элемента оказывают на металлические конструкции котла крайне негативное влияние. Постоянный контакт стали с этими газами неизбежно приводит к ее ржавлению. Для того чтобы исправить ситуацию и продлить срок службы оборудования, в котельных включаются специальная установка — деаэратор. Что это такое? Об этом и поговорим далее в статье.

Определение

Деаэратором называется специальное оборудование, предназначенное для удаления кислорода из теплоносителя отопительных систем путем подогревания последнего паром. Таким образом, помимо очищающей функции, устройства этого типа выполняют также термическую. Одна и та же установка деаэрации может применяться для подогрева и очистки как питательной, так и подпиточной воды.

Особенности конструкции

Относительная простота конструкции — это то, что отличает деаэратор. Что это такое, мы с вами выяснили. Теперь давайте посмотрим, как устроено это оборудование. Представляет собой деаэратор котельной цистерну (БДА) со смонтированной на ней вертикальной колонной (КДА), установленную на опорах. Дополнительным элементом оборудования этого типа является гидравлическая система, защищающая его от превышения давления. Колонка приваривается к баку без фланца — напрямую.

На горизонтальном баке деаэратора смонтированы входной и выходной патрубки для подключения магистралей подачи и отвода среды. Снизу установлены сливы. Еще одним элементом конструкции является предназначенный для сбора дегазованной воды сборный бак. Расположен он под днищем БДА.

Такого оборудования, как деаэратор, схема которого представлена ниже, обычно состоит из двух гидрозатворов. Один из них защищает устройство от любого превышения допустимого давления, а второй — от опасного. Также в конструкцию гидравлической системы деаэратора входит расширительный бачок. Выпары из деаэратора поступают в специальный охладитель, имеющий вид горизонтального цилиндра.

Конструкция колонны

Колонна представляет собой цилиндрическую обечайку с дном эллиптической формы. Как и на баке, на ней имеются патрубки для подвода и отвода среды. Внутри колонны установлены специальные тарелки с отверстиями, через которые проходит вода. Такая конструкция позволяет значительно увеличить площадь соприкосновения среды и пара, а следовательно, производить нагрев с максимальной скоростью.

Виды оборудования

В современных котельных может устанавливаться деаэратор воды:

вакуумный;

атмосферный.

В первом типе деаэраторов удаление газов из воды производится в вакууме. В конструкцию таких установок дополнительно включается паро- или водоструйный эжектор. Последняя разновидность узлов чаще всего используется в системах с котлами средней или малой мощности. Вместо эжекторов для создания вакуума могут применяться специальные насосы. Некоторым недостатком такого оборудования, как вакуумный деаэратор, является то, что пар из него нужно удалять принудительно, в то время как из атмосферных он выходит естественным путем — под давлением.

Помимо двух рассмотренных видов деаэраторов, в котельных могут устанавливаться устройства повышенного давления. Работают они при 0.6-0.8 МПа. Иногда в тепловую схему котельных также включается оборудование пониженного давления.

Сфера использования

Где же может применяться деаэратор? Что это такое, вы теперь знаете. Поскольку такое устройство предназначено для дегазации рабочей среды, применяется оно в основном там, где есть нагревательное оборудование, изготовленное из стали.

Чаще всего деаэраторы используются в системах отопления и ГВС. Котельные с водогрейными котлами обычно оснащаются установками вакуумного типа. Также в таких схемах могут использоваться деаэраторы атмосферные. Установки пониженного и повышенного давления применяются по большей мере в системах, функционирующих благодаря работе парового котла. Первая разновидность (на 0.025-0.2 МПа) монтируется в не слишком мощных системах, рассчитанных на малое количество потребителей. используются в тепловых схемах с котлами, подающими большое количество пара.

Тарельчатый деаэратор: принцип работы

Схема очистки газов в деаэраторах реализуется двухступенчатая: струйная (в колонне) и барботажная (в баке). Помимо этого, в систему включается затопленное барботажное устройство. Вода подается в колонну, где обрабатывается паром. Далее она стекает в бак, выдерживается в нем и отводится обратно в систему. Пар первоначально подается в БДА. После вентиляции внутреннего объема он поступает в колонну. Проходя через отверстия барботажной тарелки, пар подогревает воду до температуры насыщения.

Струйным методом из воды удаляются все газы. Одновременно с этим происходит конденсация пара. Его остатки смешиваются с выделившимся из среды газом и отводятся в охладитель. Конденсат от выпара сливается в дренажную емкость. Во время отстаивания воды в баке из нее выходят остаточные мелкие пузырьки газа. Отводится вода в сборный бак. Иногда горизонтальная емкость используется только для отстаивания. В таких установках обе ступени дегазации размещаются в колонне.

Деаэрация подпиточной воды

Теплоноситель в системе отопления циркулирует непрерывно. Но объем его со временем, в результате утечек, все же понемногу уменьшается. Поэтому в систему отопления подается подпиточная вода. Как и основная, она должна проходить процесс деаэрации. Первоначально вода поступает в подогреватель, а затем проходит через фильтры химической очистки. Далее, как и питательная, она попадает в колонну деаэратора. Освобожденная от перетекает к Последний направляет ее во всасывающий коллектор или в бак хранения.

Химическая деаэрация

Таким образом, ответ на вопрос о том, что такое деаэратор котельной, прост. Это оборудование, предназначенное для кипячения воды горячим паром с целью удаления кислорода. Однако иногда газы из теплоносителя в таких установках удаляются не полностью. В этом случае для дополнительной очистки в воду котельных могут добавляться разного рода реагенты, предназначенные для связывания кислорода. Это может быть, к примеру, В данном случае для качественной деаэрации воды требуется ее подогрев. Иначе химические реакции будут происходить слишком медленно. Также для ускорения процесса связывания кислорода могут использоваться разного рода катализаторы. Иногда воду деаэрируют и путем пропускания через слой обычных металлических стружек. Последние в этом случае быстро окисляются.

Особенности монтажа

Устройство деаэратора не слишком сложное. Однако его монтаж должен производиться с точным соблюдением всех положенных технологий. При установке такого оборудования руководствуются прежде всего приложенными к нему производителем чертежами и проектом котельной. Перед началом монтажа производится осмотр установки и ее расконсервация. Обнаруженные дефекты устраняются. Собственно сама процедура установки включает в себя следующие этапы:

бак монтируется на фундаменте;

к нему приваривается водосливная горловина;

нижняя часть колонки обрезается по наружному диаметру;

колонна устанавливается на бак (при этом закрепленные внутри нее тарелки должны располагаться строго горизонтально);

колонна приваривается к баку;

монтируются охладитель выпара и гидрозатвор;

в соответствии с чертежами производится подключение магистралей;

устанавливается запорная и регулирующая арматура;

проводятся гидравлические испытания оборудования.

Распылительные установки

Рассмотренные выше конструкции называются тарельчатыми. Существуют также распылительные деаэраторы. Устройства этого типа используются реже и также представляют собой горизонтальный накопительный бак большой емкости. Отсутствие колонны — это то, что отличает такой деаэратор. Принцип работы его также немного другой. Пар в таких установках поступает снизу - из расположенной в баке горизонтально гребенки. Сама емкость разделена на зону подогрева и деаэрации. Питающая вода котла поступает в первый отсек из расположенного сверху распылителя. Здесь она разогревается до точки кипения и поступает в зону деаэрации, где паром из нее удаляется кислород.

Итак, вот и все, что можно сказать о таком устройстве, как деаэратор. Что это такое, надеемся, вы поняли, так как мы дали достаточно подробный ответ на этот вопрос. Так называют установку, обеспечивающую длительную работу водогрейных и паровых котлов. Выбор разновидности и способов монтажа этого оборудования осуществляется в соответствии с техническими характеристиками нагревательного оборудования и проектом котельной.

Для того чтобы добиться долговечности и качества работы гидравлической системы необходимо использовать деаэратор. Он применяется во всех котельных, так как налаживает стабильную и правильную работу системы. В нашей статье рассмотрим подробнее, что такое деаэратор в котельной.

Что такое деаэратор и для чего он применяется в котельной

Деаэрация - это процесс очищения жидкости от различных примесей. Например, от углекислого газа и кислорода. Для организации системы водоподготовки в котельной обязательно используют деаэратор. Он помогает улучшить качество работы.

Первым способом является химическая деаэрация. В таком случае в воду добавляют реагенты, вследствие чего из воды удаляются лишние газы. Второй способ называется термическая деаэрация. Воду нагревается до кипения до тех пор, пока она не очистится от газообразных веществ, которые в ней растворились.

Деаэраторы разделяют на атмосферные и вакуумные. Первые применяют с водой или паром. А вакуумные только с паром.

Деаэраторы обладают общим двухступенчатым устройством. Таким образом, в бак попадает вода, где она протекает через мембраны, а затем очищается от примесей. Химическая вода, которая находится в баке, не дает образовываться различным естественным примесям в теплоносителе.

Деаэраторы бывают пониженного и повышенного давления. Так как кислород и углекислый газ относятся к агрессивным газам, то они способствуют образованию коррозии в трубопроводах, а также изнашивают их. Для того чтобы этого не происходила необходимо перед подачей воды по трубопроводам ее подготовить. Именно для этого используют деаэрирущие фильтры.

Из-за загазованности воды возникают различные неисправности в системе. Некоторые из них могут привести к утечке воды или газа или вовсе вывести систему из строя. Наличие газовых пузырей в воде приводит к некачественной работе насосов, форсунков и ухудшает функции гидравлической системы. Установить деаэратор в котельной выйдет дешевле, чем часто ремонтировать систему.

Деаэрация воды в паровой котельной

Деаэрация воды в паровой котельной необходима для защиты всей парогенераторной системы и трубопроводов. При наличии вредных примесей система будет изнашиваться и начнет подвергаться коррозии.

Газообразные и естественные примеси могут вызвать кавитацию насоса. А она в свою очередь может привести к гидравлическим ударам и нарушит работу насосного режима. В худшем случае может произойти разрыв гидравлической системы или вовсе насосы перестанут работать.

Деаэратор, который применяется для парового котла, имеет вид бака со специальными мембранами и тарелками. Они устроены вертикально на емкости для воды. Под маленьким давлением вода поступает из подающей линии в бак, затем протекает через мембраны и тарелки и таким образом происходит очищение от примесей.

Иногда в паровых котельных применяют распылительные деаэраторы. В них вода распыляется таким образом, чтобы примеси сразу уходили в выпар.

Система повышенного давления

Систему повышенного давления применяют для котлов с высокой мощностью. Они подают много пара, а также обеспечивают необходимый температурный режим для централизованной отопительной системы под высоким давлением. Для функционирования системы требуется давления свыше 0,6 Мпа.

Такая установка является термической также как и деаэратор пониженного давления. Это означает, что при повышении температурного режима воды и подачи пара происходит освобождение системы от газообразных примесей.

В систему устанавливают гидрозатворы. Они понижают давление в случае его повышения.

Система пониженного давления

Для системы пониженного давления в основном применяют установки атмосферного и вертикального типа, которые оснащены барботажным дополнительным баком. Через него происходит выпар.

В основном баке системы химически подготовленная смесь смешивается с водой, затем она протекает через мембраны и тарелки и затем происходит отделение всех примесей.

Котельные, которые обеспечивают горячим водоснабжением, нуждаются в вакуумной термической системе. Так как для такой котельной лучше всего подходит дегазация вакуумом. Такая система используется для очистки воды в водонагревательных котлах.

В зависимости от того какой необходим режим подачи пара для паровых котлов применяются деаэраторы повышенного или пониженного давления. Для менее мощных котельных, которые обеспечивают невысокий температурный режим, который подходит для центрального отопления, используют установку с пониженным давлением. Оно может быть 0,025-0,2 Мпа.

Правильная эксплуатация

Для качественной работы котла и для предотвращения аварийных ситуаций необходимо правильно использовать деаэратор и всю систему. Для этого необходимо поддерживать воду в баке на определенном уровне при понижении давления, проверять условия требуемого режима, соблюдать все правила использования и проверять работу приборов более 1 раза за смену.

В химической воде необходимо правильно добавлять вещества, а также вести контроль их уровня. Проверять качество химической воды.

Гидрозатворы должны обладать легким ходом. В случае повышения давления ими нужно воспользоваться без каких-либо помех. Все устройства должны быть аттестованы метрологически и проверены. Они должны соответствовать предварительно установленным графикам. За уровнем воды можно следить при помощи специального водоуказательного стекла. Не стоит забывать про контроль показаний манометра.

Все приборы автоматики должны работать исправно для правильно работы деаэратора. Необходимо проверять работу автоматов и приборов. Для этого проводят регулярные осмотры и проверки.

Деаэратор выступает в роли защиты для всей котельной системы. Поэтому каждая котельная оснащена такой установкой.

Так как кавитация приводит к выходу из строя насоса и гидравлической системы, то деаэратор просто необходим в котельной. Такое устройство полностью очищает воду от всех примесей. Таким образом, система работает без каких-либо повреждений.

Непременным условием эффективной и экономичной эксплуатации атмосферных деаэраторов является их грамотная настройка. О том, каким требованиям должна удовлетворять работа деаэраторов, и как можно осуществить его настройку самостоятельно - наша статья.

Типичные нарушения в работе деаэраторов

На практике чаще всего встречаются 2 типичные ошибки регулирования работы атмосферных деаэраторов: работа без барботажа 1 и работа без деаэрационной колонки.
Оба эти способа могут быть успешными в плане удаления растворенных газов, остаточное содержание которых предписано правилами. Но эффективность работы деаэраторов при таких режимах крайне низка из-за большого удельного расхода пара на деаэрацию.

Критерии и условия качественной работы деаэраторов

При деаэрации из 1 тонны воды обычно удаляется 6-7 граммов растворенных газов. Опытным путем установлено, что при эксплуатации атмосферных деаэраторов максимальное количество выпара не должно быть более 22 кг на тонну. Исходя из этого, выбирают сечение отводящего трубопровода и охладитель выпара. Оптимальным можно считать такой способ работы деаэратора, при котором автоматически обеспечиваются требуемые эксплуатационные параметры и в деаэрационной колонке, и в барботажном баке при минимально необходимом количестве выпара.

Основные факторы, влияющие на качество работы деаэратора хорошо известны:

расход воды и его стабильность;
температура химочищенной воды;
давление в деаэраторе;
расход пара в деаэрационную колонку;
расход пара на барботаж в баке;
уровень воды в баке.

Обычно в результате наладочных работ удается установить значения эксплуатационных параметров, обеспечивающих во всем диапазоне рабочих нагрузок эффективную дегазацию. Для автоматизации работы деаэраторов применяются системы автоматического регулирования , состоящие из клапанов прямого действия и систем регулирования температуры и уровня.

Принцип действия автоматической системы управления работой деаэратора

Сначала рассмотрим, как работает система автоматического управления в целом (рис. 1).
При увеличении потребления пара растет расход питательной воды из бака деаэратора. При этом возникает отклонение ее уровня, измеряемого датчиком, от заданного значения. Регулятор уровня воздействует на регулирующий клапан подачи воды в колонку деаэратора, так что ее расход увеличивается и уровень восстанавливается. При этом шток клапана занимает новое положение, соответствующее большему расходу.

Рис. 1

Поступление в деаэрационную колонку большего количества холодной воды сопровождается интенсивной конденсацией пара, поступающего из парового пространства бака. В результате давление в паровом пространстве понижается. Это приводит к изменению управляющего воздействия в регуляторе давления прямого действия. При этом шток регулирующего клапана занимает новое положение, соответствующее большему расходу пара. Но давление в паровом пространстве, тем не менее, будет несколько ниже исходного. Так и должно быть при пропорциональном регулировании.

Как при этом изменится температура воды в баке (рис.2)? Очевидно, что она достаточно быстро понизится до нового значения, соответствующего установившемуся давлению в паровом пространстве. Это произойдет частично за счет поступления воды с более низкой температурой из колонки, частично за счет испарения небольшого количества аккумулированной в баке «перегретой» воды. Снижение температуры воды приведет к увеличению открытия клапана подачи пара на барботаж. Расход пара на барботаж увеличится, часть его сконденсируется в водяном объеме, а часть, пройдя паровое пространство, попадет в деаэрационную колонку.

Рис. 2

Теперь рассмотрим обратную ситуацию. Что произойдет при снижении нагрузки? В работе регулятора уровня и регулятора давления никаких особенностей не будет. Регулятор уровня восстановит его, уменьшая при этом расход воды, а регулятор давления уменьшит подачу пара в паровое пространство. Установившееся давление при этом будет несколько выше исходного, соответственно, несколько большей через некоторое время будет и температура воды. Ведь температура кипения (конденсации) однозначно связана с давлением. Пример изменения температуры в зависимости от нагрузки приведен на рис. 3.

Рис. 3

В отличие от регуляторов уровня и давления, результат действия регулятора расхода пара на барботаж может иметь неприятную особенность. И она напрямую связана с тем, насколько правильно он настроен. Дело в том, что при небрежной настройке заданная температура может оказаться меньше или такой же, как установившаяся при повышенном давлении. В этом случае произойдет не уменьшение подачи пара на барботаж, а его полное прекращение. В результате будет нарушен режим деаэрации.

Принцип действия автоматических регуляторов

Теперь рассмотрим, как работает каждый регулятор в отдельности. Начнем с регулятора давления, от которого зависит расход пара в деаэрационную колонку. Отметим только, что фактически он подает пар в паровое пространство бака. Из бака через импульсную трубку давление передается на мембрану привода регулятора. Таким образом осуществляется обратная связь. Пример расходной характеристики клапана прямого действия приведен на рис. 4.

Рис. 4

Этот регулятор имеет пропорциональную характеристику. При такой характеристике большей разнице между текущим и заданным значением параметра соответствует больший ход штока. Диапазон изменения заданного давления зависит от площади диафрагмы и диапазона пружины. Управляющее отклонение в нашем случае – разница между давлением 0,2 бар, соответствующем рабочему давлению в деаэраторе, и текущим давлением, соответствующим рабочей точке на расходной характеристике клапана. Регулятор реагирует на изменение давления практически мгновенно. Время задержки определяется в основном временем заполнения или опорожнения полости привода.

Теперь подробно рассмотрим, как работает регулятор расхода пара на барботаж. Будем называть его именно регулятором расхода, хотя обычно такая система используется в качестве регулятора температуры. Этот регулятор также имеет пропорциональную характеристику. Диапазон изменения задания зависит от объема жидкости в чувствительном элементе и ее коэффициента объемного расширения. При такой характеристике большей разнице между текущим значением температуры и ее заданным значением соответствует больший ход штока.
Управляющее воздействие в нашем случае будет определяться разницей между температурой, соответствующей рабочему давлению в деаэраторе (103-105 ºС), и температурой, заданной настроечной рукояткой. Но необходимо иметь в виду, что результат этого воздействия, в общем случае, имеет нелинейный вид. Поясним, в чем тут дело.

Полный ход штока толкателя составляет 10мм и соответствует изменению температуры жидкости в чувствительном элементе на 10ºС. Полный ход плунжера клапана, в зависимости от диаметра, составляет от 3 до 9мм. При этом при перемещении штока клапана от 0 до 20% расход возрастает от 0 до 75% полного расхода. Это особенность расходной характеристики клапана быстрого открытия. Таким образом, расход будет меняться линейно, только если текущее перемещение плунжера клапана не выйдет за пределы линейного участка расходной характеристики.

Другая особенность рассматриваемого регулятора – его инерционность. Дело в том, что для нагрева или охлаждения жидкости в чувствительном элементе требуется некоторое время. Его продолжительность, кроме прочего, зависит и от способа монтажа датчика. Наибольшее время задержки будет при использовании сухой гильзы. Наименьшее – при монтаже без защитной гильзы. При этом важно отметить, что в любом случае время задержки регулятора расхода существенно больше, чем у регулятора давления. Поэтому при совместной работе регуляторов их взаимное влияние не приводит к колебаниям режима.

На работе регулятора уровня остановимся кратко. Корректность его работы определяется соблюдением порядка действий по настройке, предписанных в инструкции. В результате настройки устанавливаются ПИД параметры, соответствующие интегральному критерию качества.

Условия успешного выполнения работ по настройке деаэратора

Обязательно нужно сказать о наиболее важных условиях, без выполнения которых любые попытки настройки работы деаэраторов подобны блужданию в потемках.

Для контроля результата работы деаэратора необходимо иметь надежный оксиметр (кисло-родомер) и PH-метр. Желательно, чтобы оксиметр работал в микрограммовом диапазоне и обеспечивал непрерывный контроль. 2
Точки контроля должны быть оборудованы пробоотборниками. Наиболее подходят холодильники отбора проб проточного типа. Они должны обеспечить температуру пробы не выше 50ºС при расходе от 2 до 50 л/ч. Наличие нескольких пробоотборников существенно облегчает выполнение работ по наладке. Подводящие трубки должны быть металлическими, что исключает вторичное заражение кислородом. Использовать неметаллические трубки не рекомендуется.

В заключение кратко изложим последовательность действий при настройке деаэратора.

настроить регулятор расхода воды;
настроить регулятор давления;
настроить регулятор расхода пара на барботаж;
откорректировать настройку регулятора давления и проверить диапазон изменения давления;
откорректировать настройку регулятора расхода пара на барботаж;
проверить работу деаэратора в режимных точках по показаниям оксиметра и PH-метра.

Вакуумный деаэратор применяется для деаэрации воды, если ее температура ниже 100 °С (температура кипения воды при атмосферном давлении).

Областью для проектирования, монтажа и эксплуатирования вакуумного деаэратора являются водогрейные котельные (особенно в блочном варианте) и тепловые пункты. Так же вакуумные деаэраторы активно используются в пищевой промышленности для деаэрации воды необходимой в технологии приготовления широкого спектра напитков.

Вакуумной деаэрации подвергаются потоки воды идущей на подпитку тепловой сети, котлового контура, сети горячего водоснабжения.

Особенности работы вакуумного деаэратора.

Так как процесс вакуумной деаэрации происходит при относительной невысоких температурах воды (в среднем от 40 до 80 °С в зависимости от типа деаэратора) для работы вакуумного деаэратора не требуется использование теплоносителя с температурой выше 90 °С. Теплоноситель необходим для нагрева воды перед вакуумным деаэратором. Температура теплоносителя до 90 °С обеспечивается на большинстве объектов, где потенциально возможно применить вакуумный деаэратор.

Основное отличие вакуумного деаэратора от атмосферного деаэратора в системе отвода выпара из деаэратора.

В вакуумном деаэраторе выпар (парогазовая смесь образующаяся при выделении из воды насыщенных паров и растворенных газов) удаляется при помощи вакуумного насоса.

В качестве вакуумного насоса можно использовать: вакуумный водокольцевой насос, водоструйный эжектор, пароструйный эжектор. Они различны по конструкции, но основаны на одном принципе - уменьшение статического давления (создание разряжения - вакуума) в потоке жидкости при увеличении скорости потока.

Скорость потока жидкости увеличивается либо при движении через сужающееся сопло (водоструйный эжектор), либо при закручивании жидкости при вращении рабочего колеса.

При удалении выпара из вакуумного деаэратора давление в деаэраторе падает до давления насыщения соответствующего температуре воды поступающей в деаэратор. Вода в деаэраторе находится в точке кипения. На границе раздела фаз вода - газ возникает разница концентраций по растворенным в воде газам (кислород, углекислота) и соответственно появляется движущая сила процесса деаэрации.

От эффективности работы вакуумного насоса зависит качество деаэрированной воды после вакуумного деаэратор.

Особенности установки вакуумного деаэратора.

Т.к. температура воды в вакуумном деаэраторе ниже 100 °С и соответственно давление в вакуумном деаэраторе ниже атмосферного - вакуум, возникает главный вопрос при проектировании и эксплуатации вакуумного деаэратора - как подать деаэрированную воду после вакуумного деаэратора далее в систему теплоснабжения. В этом заключается основная проблема использования вакуумного деаэратора для деаэрации воды на котельных и тепловых пунктах.

В основном это решалось установкой вакуумного деаэратора на высоте не менее 16 м, что обеспечивало необходимую разницу давлений между разряжением в деаэраторе и атмосферным давлением. Вода самотеком стекала в аккумуляторный бак расположенным на нулевой отметке. Высота установки вакуумного деаэратора выбиралась из расчета максимально возможного вакуума (-10 м.вод.ст.), высоты столба воды в аккумуляторном баке, сопротивления сливного трубопровода и перепада давлений необходимого для обеспечения движения деаэрированной воды. Но это влекло за собой ряд существенных недостатков: увеличение первоначальных затрат на строительство (этажерка высотой 16 м с площадкой обслуживания), возможность замерзания воды в сливном трубопроводе при прекращении подачи воды в деаэратор, гидроудары в сливном трубопроводе, трудности в осмотре и обслуживании деаэратора в зимний период.

Для блочных котельных, которые активно проектируются и монтируются данное решение на применимо.

Вторым вариантом решения вопроса подачи деаэрированной воды после вакуумного деаэратора является использование промежуточного бака запаса деаэрированной воды - деаэраторного бака и насосов подачи деаэрированной воды. Деаэраторный бак находится под таким же разряжением, что и сам вакуумный деаэратор. По сути дела вакуумный деаэратор и деаэраторный бак представляют собой один сосуд. Основная нагрузка ложится на насосы подачи деаэрированной воды которые забирают деаэрированную воду из под вакуума и подают ее далее в систему. Для предотвращения возникновения явления кавитации в насосе подачи деаэрированной воды необходимо обеспечить высоту водяного столба (расстояние между зеркалом воды в деаэраторном баке и осью всаса насоса) на всасе насоса не менее величины указанной в паспорте насоса как кавитационный запас или NPFS. Кавитационный запас в зависимости от марки и производительности насоса колеблется в диапазоне от 1 до 5 м.

Преимуществом второго варианта компоновки вакуумного деаэратора является возможность устанавливать вакуумный деаэратор на небольшой высоте, в помещении. Насосы подачи деаэрированной воды обеспечат перекачивание деаэрированной воды далее в аккумуляторные баки или на подпитку. Для обеспечения стабильного процесса перекачивания деаэрированой воды из деаэраторного бака важно правильно подобрать насосы подачи деаэрированной воды.

Повышение эффективности работы вакуумного деаэратора.

Так как вакуумная деаэрация воды проводится при температуре воды ниже 100 °С повышаются требования к технологии процесса деаэрации. Чем ниже температура воды, тем выше коэффициент растворимости газов в воде, тем сложнее процесс деаэрации. Необходимо повышать интенсивность процесса деаэрации, соответственно применяются конструктивные решения на основе новых научных разработок и экспериментов в области гидродинамики и массопереноса.

Использование высокоскоростных течений с турбулентным массопереносом при создании условий в потоке жидкости для дополнительного снижения статического давления относительно давления насыщения и получения перегретого состояния воды позволяет значительно повысить эффективность процесса деаэрации и уменьшить габаритные размеры и вес вакуумного деаэратора.

Для комплексного решения вопроса установки вакуумного деаэратора в помещении котельной на нулевой отметке с минимальной габаритной высотой был разработан, испытан, и успешно введен в серийное производство блочный вакуумный деаэратор БВД. При высоте деаэратора чуть менее 4 м блочный вакуумный деаэратор БВД позволяет производить эффективную деаэрацию воды в диапазоне производительностей от 2 до 40 м3/ч по деаэрированной воде. Блочный вакуумный деаэратор занимает пространство в помещении котельной не более чем 3х3 м (в основании) в своем самом производительном исполнении.