Какое давление пара в деаэраторе
Содержание статьи
Что такое деаэратор и принцип его работы
Деаэратор это устройство позволяющее исключать из состава воды растворенный кислород, а также диоксид углерода. Эти элементы активно способствуют коррозийным реакциям, происходящим на стальных поверхностях.
Подобное оборудование устанавливается на тепло и атомных электростанциях для приведения к заданным параметрам питательной воды, которая используется в генераторах пара. В теплосетях такие установки применяют на котельных, для снижения содержания газов в подпиточной воде.
Что такое деаэрация
Для котельных, обслуживающих теплосети, деаэрация воды является подготовительным процессом. Это мероприятие позволяет обезопасить теплоноситель, исключая из его состава вредоносные компоненты, которые снижают срок службы оборудования.
Деаэраторы предусматривают три группы очистки:
- К первой группе относят термические аппараты, они выделяют из воды избыток газов посредством ее нагрева.
- Ко второй — можно отнести устройства с химическим способом очистки. Здесь избыток газов выводится при помощи определенных реагентов.
- Третья группа — сталестружечная, она эффективна для небольших тепло установок, производительность которых составляет не более 2-х тонн в час. Принцип работы таких приспособлений предполагает использование химической реакции с применением металлической стружки, которая поглощает кислород при окислении.
В некоторых случаях термической деаэрации оказывается недостаточно для преобразования подпитывающей воды в безопасный теплоноситель. По этой причине возникает необходимость применения химических реагентов, способствующих приведению насыщенности растворенных газов к допустимой пропорции.
Что представляет собой деаэратор
Конструкции газовых котлов, осуществляющих подогрев воды для отопительных систем, состоят (большей частью) из стальных элементов.
Основным теплоносителем для данных систем отопления служит обычная вода, содержащая излишки кислорода, а также углекислого газа.
Такое сочетание составляет для стальной поверхности агрессивную среду, приводящую к коррозии металла с выделением ржавчины, что существенно сокращает сроки эксплуатации.
Обеспечить безопасность металлических конструкций от преждевременного разрушения и засорения, позволяет специальное оборудование, способное снизить концентрацию активных газов.
Данные установки называют деаэраторами, которые устанавливают в котельных с целью сбора и обработки подпиточной воды, используемой в системе отопления.
Назначение
При помощи деаэратора создается необходимый запас подготовленной воды, способной обеспечить безопасный режим работы для нагревательных агрегатов системы отопления. Однако, прежде чем попасть в накопительную емкость, обычная водопроводная вода проходит сложный подготовительный процесс, позволяющий исключить из ее состава агрессивные составляющие.
Таким образом, для колов, работающих по различным принципам действия, необходимо устанавливать оборудование, обеспечивающее безопасность теплоносителя в соответствующих режимах работы.
По принципу действия все установки разделяют на две группы. К первой относятся атмосферные деаэраторы способные работать как на воде, так и на пару. Вторые — вакуумные способные обслуживать исключительно паровые агрегаты. Устройство двухступенчатого типа характерно для всех типов деаэраторов.
Здесь воду, которая поступает в деаэратор, пропускают через специальные мембраны, там она освобождается от примесей. Далее вода попадает в резервуар для сочетания с химическим составом, исключающим дальнейшие соединения теплоносителя с вредоносными элементами.
Принцип работы деаэратора
Газы, содержащиеся в жидкостях, могут принимать разнообразные формы.
Различают три основных состояния, позволяющих удерживать активные газы в воде:
- в виде растворенных молекул;
- в виде микро пузырьков, которые формируются около элементов гидрофобных примесей;
- в структуре соединений, которые разрушаются при нагреве воды, в результате чего выделяется газ.
На первой стадии процесса деаэрации вода подается в подогреватель, а затем проходит через фильтры, осуществляющие химическую очистку. Следующей на пути воды находится деаэрационная колонна, специально предусмотренную в деаэраторе для высвобождения газов. На последнем этапе подпиточный насос переправляет очищенную воду в накопительный резервуар, откуда она подается в систему.
В двух словах принцип работы деаэратора выглядит, как кипячение воды при помощи пара, с целью высвобождения избыточного содержания газов.
Все же этого недостаточно для полного высвобождения активных составляющих теплоносителя. Поэтому на следующем этапе очистки применяют различные реагенты, способные связывать кислород. Для разогретого теплоносителя хорошо подходит сульфит натрия, реакция которого усиливается в данных условиях.
В некоторых случаях для ускорения реакции используют различные катализаторы. Контакт воды с металлической стружкой обеспечивает высвобождение излишних молекул кислорода, в результате окисления стружка превращается в ржавчину.
Виды деаэраторов
Деаэраторы подразделяются по типу конструкции на:
- Деаэратор тарельчатого типа.
- Распылительного типа.
По давлению:
- Атмосферные.
- Вакуумные.
- Повышенного давления
По распылению воды:
- Струйные.
- Пленочные.
- Капельные.
- Барботажные.
- Комбинированные
И по способу теплообмена подразделяются на:
- Деаэраторы перегретой воды.
- Смесительные.
- Поверхностные
Почему деаэратор обязательное условие котельной.
Наличие газообразных примесей и нерастворимых элементов в составе воды, используемой в системе отопления, чревато опасными последствиями. Среди прочего может произойти кавитация насоса, что закончится гидравлическим ударом, представляющим угрозу для целостности системы.
Отказ насосов, так же как и разрыв в трубопроводной системе, станет причиной остановки на незапланированный ремонт. В зависимости от мощности и режима работы котла устанавливают систему деаэрации, способную обеспечить безопасный режим работы.
Деаэрация в разных системах отопления
Система высокого давления
Данную систему используют в котлах, которые обладают высокой мощностью подачи. Они способны генерировать большое количество концентрированного пара, обеспечивая заданный температурный режим в действующей центральной системе отопления, концентрация которого передается под постоянным высоким давлением.
Регламентированное давление в этих условиях составляет от 0,6 мПа и выше. Данный деаэратор в котельной высокого давления обладает термическими свойствами, что позволяет выделяться газообразным примесям при нагреве теплоносителя. Защитой от избыточного давления деаэратора служат гидрозатворы, которые обязательно устанавливают в указанных устройствах.
Система низкого давления
Для подобных систем используются установки атмосферного или вертикального типа, которые дополнительно имеют барботажный бак, способный обеспечивать прохождение охладителя выпара для деаэратора. В основном корпусе такой установки добавляют в очищаемую воду реагент, необходимый для химической реакции.
Далее ее пропускают через мембраны, а также специальные тарелки, где происходит очищение воды от различных примесей. Для водогрейных котельных, подающих в систему горячую воду, устанавливают вакуумный деаэратор, его принцип работы позволяет принудительно извлекать избыточные газы.
Нарушения в работе деаэраторов
Использование деаэраторов для различных систем отопления сопровождается систематическими пробами состава теплоносителя и регистрацией показаний датчиков давления, а также термометров, которые отмечаются в эксплуатационном журнале.
К сбоям в работе установки могут привести следующие изменения:
- стабильного расхода воды;
- температуры очищенной воды;
- давления внутри деаэратора;
- расхода пара поступающего в колонку деаэрации;
- расхода пара в баке для барботажа;
- уровня воды, находящейся в баке.
Для удаления избыточных газов из теплоносителя в деаэраторе необходимо выдерживать четкое соотношение температуры деаэратора с давлением. В этих условиях растворимость газов в теплоносителе приблизится к нулевой отметке. Качественную работу установки может обеспечить лишь постоянная величина давления.
Правила эксплуатации
Для эффективной работы котла важно неукоснительно соблюдать правила безопасной эксплуатации, которых требует деаэрационная установка.
Это значит, что необходимо следить за стабильностью уровня воды в деаэраторном баке, за давлением внутри установки и проверять условия протекания установленного режима.
Показания приборов необходимо регистрировать несколько раз в течение смены, для возможности расчета состояния деаэратора.
Для химических реагентов следует составлять указанные пропорции, регулярно брать на пробу очищенную воду и контролировать ее уровень в баке.
Чтобы сбои не происходили из-за ошибок в показаниях измерительных приборов или автоматики, оборудование подвергается систематическому осмотру, периодичность которого регламентируется в технической документации.
Источник
spirax_sarco
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.
___________________________________________________
1. Барботаж — пропускание через жидкость газа или пара для интенсификации тепло- и массообменных процессов и более полного химического взаимодействия газов с жидкостями.
2. Из портативных моделей можно порекомендовать следующие: Oxi 330i/340i фирмы Wissenschaftlich-Technische Werkstätten GmbH (WTW); HI 9143/9145 фирмы HANNA Instruments Deutschland GmbH; АКПМ-02 производства московского предприятия ООО «Фирма Альфа БАССЕНС»; Марк-302Т/303Т Нижегородское научно-производственное предприятие ООО «ВЗОР».
Больше интересной информации Вы всегда сможете найти на нашем сайте в разделе Академия Пара
Источник