Деаэрация

Деаэрация — удаление из воды растворённых в ней газов (кислорода и углекислоты), которые вызывают коррозию котлов, турбин и трубопроводов. Основной способ — термический: воду греют до температуры насыщения при данном давлении, и водяной пар вытесняет из воды все прочие газы. Аппарат, где это происходит, — деаэратор, смесительный теплообменный аппарат; на ТЭС деаэрация питательной воды — обязательная ступень между химводоочисткой и котлом.

На чём основана деаэрация

На законе Генри: равновесная массовая концентрация газа в воде пропорциональна его парциальному давлению в газовой фазе над водой — СГ = КГ × рГ, где КГ — константа фазового равновесия, зависящая от температуры. Чтобы газ вышел из раствора, нужно понизить его парциальное давление над водой. Путей два: понизить общее давление смеси (так работает вакуумная деаэрация) или перераспределить парциальные давления при постоянном общем давлении — поднять долю водяного пара до ста процентов (так работает термическая деаэрация, способ универсальный: он не избирателен и выгоняет любые газы).

Полное удаление газов практически невозможно: процесс идёт, пока равновесное парциальное давление газа над водой превышает парциальное давление в паровой фазе.

Почему воду греют до насыщения и чем опасен недогрев

Абсолютное давление над водой — сумма парциальных давлений газов и водяного пара. Когда вода доведена до температуры насыщения, парциальное давление пара равно полному — на остальные газы не остаётся ничего. Отсюда режимное правило деаэратора: любой недогрев воды до температуры насыщения оставляет в ней остаточные газы, в первую очередь кислород. Догрев на градус-два выше насыщения — не перерасход пара, а условие качества воды; поэтому деаэратор контролируют по температуре и давлению.

Углекислый газ удаляется труднее кислорода: при подогреве бикарбонаты разлагаются с выделением новой порции СО2, и деаэратору приходится удалять не только исходно растворённый газ, но и дополнительно освобождающийся из соединений — стадия более глубокая и длительная, с контролем щёлочности исходной воды.

Пример: как читаются условия деаэрации

Атмосферный деаэратор работает при 0,12 МПа — температура насыщения около 104 °C: воду в нём греют примерно до этой отметки, и недогрев даже до 102 °C означает остаточный кислород в питательной воде. Деаэратор повышенного давления (0,6–0,7 МПа) держит насыщение при 158–165 °C — качество деаэрации выше, но и требования к прочности и обслуживанию жёстче. Конкретные типы аппаратов и их параметры — в термине про атмосферный деаэратор и в статьях рубрики Деаэратор.

Типичные ошибки

1. Контроль деаэратора «по пару на глаз». Недогрев не виден без приборов: остаточный кислород растёт незаметно, а коррозия питательного тракта и котла — прямое следствие. Температура и давление — главные режимные параметры.
2. Ожидание, что деаэратор уберёт СО2 так же быстро, как О2. Бикарбонаты продолжают разлагаться при нагреве — стадию удаления углекислоты затягивают и сопровождают контролем щёлочности.
3. Вакуумную деаэрацию греют «как атмосферную». В вакуумных аппаратах температура насыщения ниже и задаётся вакуумом; перегрев сверх насыщения при малом давлении — выпар и срыв режима.
4. Деаэрация как замена химводоочистки. Деаэратор убирает растворённые газы, но не соли жёсткости: обе ступени подготовки воды обязательны, каждая решает свою задачу.

Частые вопросы

На каком законе основана работа деаэратора?

На законе Генри: растворимость газа в воде пропорциональна его парциальному давлению над водой. Понижаешь парциальное давление газа — газ выходит из раствора.

Почему воду в деаэраторе греют до температуры насыщения?

При температуре насыщения парциальное давление водяного пара над водой равно полному давлению — на остальные газы давления не остаётся, и вода освобождается от них. Недогрев даже на градус-два оставляет остаточный кислород.

Какие бывают способы деаэрации?

Термическая (грев до насыщения при данном давлении — универсальна) и вакуумная (понижение общего давления — для воды с низкой начальной температурой и там, где нет дешёвого греющего пара). Практическая реализация — атмосферные, вакуумные деаэраторы и деаэраторы повышенного давления.

Почему углекислый газ удалить труднее кислорода?

При подогреве воды бикарбонаты разлагаются, выделяя новую порцию СО2: деаэратор удаляет и исходно растворённый газ, и дополнительно освобождающийся из соединений.

Источники

1. Закон Генри (растворение газов в жидкостях) — физико-химическая основа термической деаэрации.
2. Материалы сайта: принцип действия деаэратора, виды деаэраторов, устройство деаэратора (рубрика Деаэратор).