Деаэрация воды: предназначение и конструктивное выполнение

Обеспечение контакта жидкости с воздушной средой является необходимым условием поддержания работоспособности многих инженерных установок, технологических емкостей и теплосетей. Данный процесс называется аэрацией. Но также применяется и обратная технология, предполагающая удаление воздуха из технологических жидкостных сред. Деаэрацию воды обычно используют как способ исключения нежелательных газовых включений.

Принцип действия устройства

В воде пузырьки воздуха и газовые смеси могут присутствовать в виде растворенных молекул, как микропузырьки или в качестве соединений, которые постепенно разрушаются. Задача типового деаэратора заключается в организации процесса массообмена между прогазовыми смесями и жидкостью. Технически эта процедура может осуществляться разными способами, отличающимися глубиной дегазации. В небольших установках деаэрации воды определенная доля вывода газов достигается путем облучения жидкости ультразвуком. Интенсивное воздействие ультразвуковыми волнами эффективно особенно в тех случаях, когда требуется обеспечить коагуляцию пузырьков.

Также существует понятие выпара – это масса выведенного из жидкости газа, которая подлежит удалению из самого деаэратора. Оптимальная работоспособность данных приборов обеспечивается при показателях парового расхода не меньше 2 кг/т. Если в жидкости содержится углекислота, то этот нормативный показатель увеличивается до 3 кг/т.

Классификация устройств по назначению

Для разных сфер применения и условий работы выпускаются специальные модели деаэратора. По признакам конструкционного исполнения стоит выделить горизонтальные и вертикальные устройства, предназначенные для конкретных условий технической установки. По целевому назначению выделяют две обширные группы деаэраторов – устройства для инженерных сетей и смежного оборудования, а также системы для поддержки запаса воды в котельных агрегатах, тепловой технике и т. д. В первом случае за счет удаления воздушных пузырей обеспечивается защита от коррозии, а во втором – оптимизация емкостного давления. При этом деаэрация воды для котельных и тепловых сетей тоже производится разными устройствами.

В случае с бойлерным оборудованием, например, желательно использовать вакуумные аппараты, работающие с небольшими температурами порядка 50-100 градусов Цельсия. Атмосферные деаэраторы в большей степени ориентируются на обслуживание испарительного оборудования и тепловых сетей – температура у них тоже небольшая и немного превышает 100 градусов Цельсия. На этом фоне отличаются установки повышенного давления, предназначенные для работы с энергетическими котлами. Температура в данном случае может составлять около 200 градусов Цельсия, а давление – 9-10 МПа.

Тарельчатые деаэраторы

Такие установки обычно имеют горизонтальную конструкцию с вертикально расположенным баком. Завоздушенная вода из котла поступает сверху и выходит через нижний ряд перфорированных тарелок. Для процесса деаэрации используется пар пониженного давления, который направляется вверх через отверстия тарелок. Механика перемешивания жидкости с паром может реализовываться не только за счет перфорированных элементов, но и при помощи системы фильтрации с мембранами и прокладками. Они обеспечивают большую площадь раздела фаз для массообмена. Растворенные газы при деаэрации воды переходят в паровую фазу, после чего парогазовые смеси выбрасываются в патрубок системы вентиляции.

Так происходит стандартный выпар, но в некоторых системах предусматривается конденсация пара с возвратом тепла от газовой смеси.

Распылительные деаэраторы

Устройства этого типа тоже преимущественно выполняются в горизонтальном форм-факторе с отдельными зонами для подогрева и деаэрации, которые разделяются специальной пластиной. Рабочий пар проходит в область бака через гребенку. В процессе распылительной деаэрации жидкость нагревается вместе с паром до точки кипения. По мере повышения температуры через вентиляцию удаляются газовые смеси. Для экономии тепловой энергии распылительная деаэрация воды может предусматривать рекуперацию через теплообменные конструкции. Они воспринимают тепло выходящих газов, передавая его рабочему оборудованию. Еще один способ экономии предполагает изначальный прогрев воды до температуры, близкой к точке кипения.

Особенности термической деаэрации

Эта группа деаэраторов имеет ряд принципиальных отличий от теплообменных установок. Такие устройства бывают смесительными или поверхностными. Греющие и деаэрационные зоны также разделяются перегородками. Важным является сам способ создания фазного контакта между средами. В этом смысле термическая деаэрация воды может предусматривать пленочные, струйные и барботажные контуры направления рабочих сред.

Первые два в основе конструкции содержат колонны – это устройства, по которым жидкость стекает к баку, в то время как нагревающий пар поднимается вверх к точке выпара. В ходе этого процесса происходит выделение конденсата. Небольшие конструкции таких деаэраторов могут допускать объединение бака и корпуса прибора в одну систему. Что касается барботажных деаэраторов, то в них пар напрямую подается на водную поверхность и в ней дробится на мелкие пузырьки. К достоинствам таких аппаратов относят скромные габариты конструкции и высокую производительность деаэрации.

Атмосферная деаэрация

В питательной водной среде содержится кислород и углекислота. В растворенном виде эти газовые смеси негативно влияют на стенки оборудования. Причем провоцируемые коррозийные процессы усиливаются при воздействии пара под высоким давлением, что ограничивает использование некоторых методов деаэрации. Выходом становится атмосферная водоподготовка, обеспечивающая положительные процессы химической дегазации. Оптимальным решением в данном случае будет деаэрация питательной воды в безнакипном режиме. Принцип действия такого устройства заключается в разбивке потока воды на мелкие струи с параллельным подогревом до кипящего состояния. В конечном счете можно добиться эффекта, при котором содержание углекислоты сократится до 2 мг/л, а кислорода – до 0,01 мг/л.

Деаэрация подпиточной жидкости

Для подготовки подпиточной воды используется технология вакуумной дегазации. Она чаще применяется в обслуживании систем горячего водоснабжения с помощью насадочных деаэраторов. Надо учесть, что такая схема обработки допускается только при условии низкого содержания щелочи в жидкости.

Деаэрация осуществляется с автоматической регуляцией давления воды в стальных и чугунных конструкциях. Температура котла может варьироваться от 70 до 150 градусов Цельсия. С целью минимизации энергетических расходов рекомендуется активировать режим постоянной поддержки низкого температурного порога. Это увеличит время процедуры, но деаэрация подпиточной воды даст более высокий эффект. В качестве альтернативного варианта можно использовать атмосферную деаэрацию, которая вместо горячей среды будет использовать пар.

Заключение

В выборе подходящего метода избавления воды от газов и воздуха не менее важно правильно подобрать и коммуникационную инфраструктуру. Современные средства деаэрации воды позволяют осуществлять регуляцию через автоматику, сопоставляя рабочие показатели с характеристиками обслуживаемого оборудования. Также ответственен и подбор силового оборудования с защитными системами. Будет не лишним обзавестись мощным насосом для поддержки давления, предохранителями и датчиками для контроля критических рабочих показателей.