РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕАЭРАТОРОВ

РТМ 108.030.21-78

Издание официальное

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ указанием Министерства энергетического машиностроения от 02.02.78 № ПС-002/849

ИСПОЛНИТЕЛЬ — НПО ЦКТИ:    В.    А. ПЕРМЯКОВ,

А. С. ГИММЕЛЬБЕРГ, Г. М. ВИХАНСКИП, Ю. М. ШУБНИКОВ

© Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова (НПО ЦКТИ), 1979.

нагрев воды требует обычно меньшей поверхности, чем десорбция, вода, поступающая из колонки в бак-аккумулятор, содержит сравнительно большое количество дисперсного кислорода (до 100 мкг/кг

и более).

2.2.11.    Интенсивность выделения дисперсного кислорода в баке-аккумуляторе значительна и может составлять 40—70% начальной концентрации кислорода в воде, поступающей в бак-аккумулятор. Меньшие значения относятся к содержанию кислорода в воде, поступающей в бак-аккумулятор, не превышающего 100 мкг/кг.

2.2.12.    Дегазация может быть осуществлена в деаэраторе «перегретой» воды. В этом случае вода предварительно нагревается до температуры, превышающей температуру насыщения в колонке, и при поступлении в колонку вскипает.

Растворенные газы проникают в образующиеся при вскипании пузырьки пара и удаляются вместе с ним. Этот способ деаэрации воды менее эффективен из-за недостаточной вентиляции парового объема аппарата и неблагоприятных условий для выделения мелкодисперсных пузырьков. Конечное содержание кислорода в воде после бака-аккумулятора составляет не менее 50 мкг/кг. Поэтому такие деаэраторы находят ограниченное применение.

2.3. Методы описания процесса деаэрации воды

2.3.1.    Сложность условий процесса десорбции в деаэраторах создает значительные трудности для разработки строго теоретического метода его расчета. Расчет деаэраторов производится по эмпирическим формулам, основанным на обобщении экспериментальных данных с помощью теории подобия и размерностей.

2.3.2.    Уравнениям переноса тепла и вещества придается идентичный вид:

Q^kAtF; G ~ К&cF,

где Q и G — соответственно количество переданного тепла п

k и К—соответственно коэффициенты тепло- и массопере-дачи;

F — поверхность контакта фаз;

At — температурный напор;

Ас— концентрационный напор (движущая сила процесса удаления газа)—средняя разность фактической и равновесной концентраций удаляемого газа в деаэрируемой воде.

2.3.3.    Коэффициенты теплопередачи k и массопередачи К зависят от параметров и свойств жидкой и паровой среды, формы и размеров поверхности контакта фаз и степени их турбулизации.

2.3.4.    Формулами (5) и (6) можно пользоваться только в случае поверхности контакта фаз, поддающейся удобному и точному определению, например для колонок с насадками.

Стр. 10 РТМ 108.030.21—78

Для практических расчетов рекомендуются формулы, учитывающие факторы, влияющие на процессы переноса тепла и массы:

■Ц- = /(£, d₀, w₀, w_tt)\    (7)

= ср (Z, d₀, w₀, w_n, O_m 0_B),    (8)

где G_n — количество пара, сконденсировавшегося в отсеке;

G_B — гидравлическая нагрузка колонки.

2.3.5.    В поступающей в деаэратор воде углекислота содержится в виде растворенного газа СОг (свободная углекислота), бикарбоната натрия NaHC0₃ и бикарбоната аммония NH4HCO3.

Процессы выделения свободной углекислоты и разложения бикарбоната натрия взаимосвязаны. Термическое разложение бикарбонатов начинается с момента, когда количество свободного СО2 в растворе будет меньше равновесного, необходимого для удержания в растворе данного количества бикарбонатов. Для нормального осуществления процесса разложения бикарбонатов натрия (аммония) необходимо обеспечить непрерывный отвод из деаэрируемой воды в паровую фазу выделяющейся свободной углекислоты и непрерывную вентиляцию парового объема. Поскольку реакции в растворах протекают обычно быстро, интенсивность удаления из воды СО2 определяет общую продолжительность времени, необходимого для глубокого разложения бикарбонатов.

2.3.6.    Процесс полного термического разложения бикарбоната натрия протекает в две стадии: вначале образуется карбонат натрия, а затем едкий натр:

2NaHC0₃ Na₂C0₃ + C0₂t + Н₂0;    (9)

Na₂C0₃ + Н₂0 -> 2NaOH + C0₂t.    (9a)

Под 100%-ным разложением бикарбоната натрия понимается переход всего его количества, содержащегося в деаэрируемой воде, в едкий натр, т. е. полное завершение обеих реакций. В соответствии с этим состояние, при котором в воде остается только карбонат натрия Na2C03, оценивается как 50%-ное разложение бикарбоната.

2.3.7.    Содержащаяся в паре свободная углекислота замедляет термическое разложение бикарбоната. Однако ее содержание в греющем паре, поступающем в деаэраторы на электростанциях, обычно настолько незначительно, что оно практически не оказывает влияния ни на степень разложения бикарбонатов, ни на конечное содержание свободной углекислоты в деаэрированной воде.

2.3.8.    Степень (процент) разложения бикарбонатов увеличивается с повышением температуры (давления в деаэраторе), с увеличением времени пребывания воды в аппарате и начальной концентрации бикарбоната натрия в исходной деаэрируемой воде. При повышении эффективности выделения из воды свободной углекислоты ускоряется процесс термического разложения бикарбонатов натрия и наоборот.

PTM 108.030.21—78 Стр. 11

3. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЕАЭРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК

3.1.    Основные требования, предъявляемые к деаэраторам

3.1.1.    Конструкции деаэраторов должны соответствовать требованиям ГОСТ 16860-77, который определяет типы и типоразмерные ряды деаэраторов, устанавливает диапазоны изменения производительности и среднего подогрева воды в них, требования к качеству деаэрированной воды в зависимости от начальной концентрации кислорода и свободной углекислоты и др.

3.1.2.    В деаэраторе должна обеспечиваться деаэрация всех поступающих потоков воды, в которых могут содержаться растворенные газы.

3.1.3.    В деаэраторах, как правило, должна применяться двухступенчатая схема деаэрации воды, причем в качестве второй ступени наиболее целесообразен барботаж.

3.1.4.    Ступени деаэратора должны представлять собой элементы аппарата непрерывного действия, для чего внутри каждой ступени должны отсутствовать циркуляционные токи, которые могут привести к проскоку необработанных масс воды в отводящий трубопровод.

3.1.5.    В деаэраторе не должно быть застойных зон ни по зоде, ни по пару.

3.1.6.    Деаэратор должен вентилироваться необходимым количеством пара. Также должна быть обеспечена вентиляция парового объема бака-аккумулятора.

3.1.7.    На всем пути между паром и водой в деаэраторе должны обеспечиваться противоток и максимальная разность между равновесным давлением газа, соответствующим его концентрации в воде, и его парциальным давлением над водой.

3.1.8.    В каждую ступень деаэратора должно подводиться необходимое количество пара. Парциальное давление удаляемых газов в паре должно быть минимальным.

3.1.9.    Исходные потоки воды в деаэраторе должны быть подогреты до температуры насыщения при давлении в нем.

3.1.10.    Применяемые в деаэраторах способы взаимодействия воды и пара, особенно на второй ступени дегазации, должны обеспечивать многократную обработку воды паром и максимальное развитие поверхности контакта фаз.

3.1.11.    В деаэраторе необходимо создавать условия для удаления мельчайших газовых пузырьков, возникающих в воде при нагревании или снижении давления.

3.1.12.    В деаэраторах должна быть исключена возможность вторичной аэрации воды.

На черт. 2 приведена принципиальная схема двухступенчатой деаэрационной установки, наиболее полно удовлетворяющая перечисленным требованиям.

Стр. 12 РТМ 108.030.21—78

3.2. Порядок составления технического задания на разработку и создание деаэраторов

3.2.1. Техническое задание на разработку термического деаэратора должно составляться в объеме и по форме, установленными ГОСТ 15.001—73 и ОСТ 108.001.08—77 на основании заявки заказчика.

Принципиальная схема двухступенчатой деаэрационной установки системы ЦКТИ

/ — деаэрационная колонка; 2 — аккумулятор; 3 — охладитель выпара; 4 — регулятор давления; 5 — регулятор уровня; 6 — гидравлический затвор; 7 — предохранительный клапан; 8 — регулятор перелива и сигнализатор уровня; 9 — вентиль с электромагнитным приводом; 10 — подвод химически очищенной воды; 11 — подвод основного конденсата; 12 — подвод конденсата подогревателей высокого давления; 13 — подвод греющего пара; 14 — подвод барботажного пара; 15 — отвод деаэрированной воды; 16 — отвод выпара; 17 — выхлоп в атмосферу; 18 — дренаж; 19 — теплообменник; 20 — ограничительная диафрагма; 21 — термометр; 22 — манометр; 23 — водомерные стекла; 24 — барботажнос устройство Черт. 2

3.2.2.    При разработке технического задания необходимо руководствоваться техническими требованиями ГОСТ 16860-77 и рекомендациями настоящего РТМ.

3.2.3.    В техническом задании должны рассматриваться номинальный и предельные (максимальный и минимальный) режимы работы установки, а также особые режимы. К особым режимам относятся режимы со значительными отклонениями параметров, поступающих в деаэратор основных потоков воды и пара, например, режим пуска, режим с пониженной температурой основного конденсата, поступающего в деаэратор, вследствие отключения одного или двух регенеративных подогревателей низкого давления и т. д.

PTM 108.030.21—78 Стр. 13

3.3. Тепловой и материальный балансы деаэрационной установки

3.3.1.    Тепловой баланс деаэрационной установки составляется для определения полного расхода пара, подводимого к деаэратору.

В зависимости от тепловой схемы энергоустановки в деаэратор вводится то пли иное количество потоков воды и пара. Тепловые балансы должны рассматриваться для режимов работы деаэратора, указанных в техническом задании.

3.3.2.    В случае избытка тепла в деаэраторе (отрицательный расход пара) техническое задание подлежит уточнению, в ходе которого должны быть дополнительно проанализированы и проверены условия работы деаэратора в тепловой схеме установки.

3.3.3.    В общем виде уравнение теплового баланса деаэратора записывается как равенство потоков тепла, введенных в деаэратор и вышедших из него

Qi + Q₂ + Q₃ + Q₄ = Qs + Qc + Q? +    (10)

где Qi — тепло, внесенное с основным потоком греющего пара, ккал/ч;

(?2 — тепло, внесенное с некипящими потоками воды, ккал/ч;

Q₃ — тепло, внесенное с кипящими потоками воды, ккал/ч;

Q₄ — тепло, внесенное с прочими потоками пара, ккал/ч;

Qs — тепло, отведенное с деаэрированной водой, ккал/ч;

Qg — тепло выпара, ккал/ч;

Q₇ — потеря тепла деаэратором в окружающую среду, ккал/ч;

Q_s — тепло пара, отбираемого из деаэратора, ккал/ч.

3.3.4.    Составляющие теплового баланса определяются по следующим формулам.

Количество тепла, подведенного с основным потоком греющего пара,

Qi = O_ai_a.    (11)

Энтальпия пара i_n определяется по его давлению и температуре на входе в деаэратор.

Количество тепла, подведенного с некипящими потоками воды,

т

Q_a = 20‘„tf.n.    (12)

ft-1

Количество тепла, подведенного с «кипящими» потоками воды,

т

(13)

1

Количество тепла, подведенного с прочими погонами пара,

т

Q₄ “ Zj Onpinp,    (14)

где G*_P — расход пара данного потока, кг/ч;

^г*пр — удельная энтальпия пара данного потока при давлении и температуре на входе в деаэратор, ккал/кг.

PTM 108.030.21—78 Стр. 15

/„з — температура поверхности изоляции, принимаемая равной 50°С;

/иояд — температура воздуха в помещении деаэрационной установки.

Расход пара на покрытие потерь тепла в окружающую среду определяется по формуле

(22)

Потеря тепла в окружающую среду должна специально определяться в случае расположения деаэраторов вне зданий. Во всех остальных случаях она может приниматься равной 1—2% общего расхода тепла на деаэрационную установку.

Количество тепла, отведенного из деаэратора с паром на посторонние нужды, определяется по формуле

(23)

где G_n.H — расход насыщенного пара из деаэратора, кг/ч.

Расход пара на деаэрационную установку определяется по уравнению

Q — Qft + Q* + Qi + Qa ~~ Qy " 9а — 94    ^4)

Уравнение (24) справедливо, если тепло выпара в пределах деаэрационной установки не используется; при его использовании с возвратом конденсата величина Qe не учитывается в связи с рециркуляцией этого тепла в установке.

Уравнение материального баланса деаэратора в общем виде записывается как равенство расходов потоков, вводимых в деаэратор и выводимых из него,

S Он. п + 2 о_к._п + о_ш + S о_пр = Од, + 0_ВЫП + о_ы.    (25)

4. КОНСТРУКЦИИ ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕАЭРАТОРОВ

4.1.    Классификация деаэраторов

4.1.1.    В зависимости от рабочего давления, при котором осуществляется выделение газов из воды, термические деаэраторы согласно ГОСТ 16860-77 делятся на следующие типы:

вакуумные, в которых дегазация происходит при абсолютном давлении 0,075—0,5 кгс/см² (0,0075—0,05 МПа), ДВ;

атмосферные, работающие при давлении 1,2кгс/см² (0,12МПа), ДА;

повышенного давления, работающие при давлении 6; 7 (реже 8—12) кгс/см² (0,6; 0,7 МПа), ДП.

4.1.2.    Деаэраторы могут иногда работать и при давлениях, отличных от указанных в ГОСТ 16860-77. В этих случаях выбор давления в них производится на основе технико-экономических расчетов.

Стр. 16 РТМ 108.030.21—78

Кроме приведенной классификации, получило распространение деление деаэраторов по применяемому в них способу распределения деаэрируемой воды в паре: пленочные, струйные, капельные; и пара в воде: барботажные. В случае применения в деаэраторе одного из указанных способов распределения аппарат считается одноступенчатым, при комбинации нескольких способов — двух-или трехступенчатым.

Наиболее правильной является классификация деаэраторов по принципу образования межфазной поверхности, которая позволяет все аппараты разбить на две группы: деаэраторы с фиксированной поверхностью контакта фаз и деаэраторы с поверхностью контакта, образующейся в процессе движения пара и воды. Однако и данная классификация является условной, так как в зависимости от гидродинамического режима работы один и тот же деаэратор может быть отнесен как к первой, так и второй группе аппаратов.

К первой группе относятся деаэраторы пленочного типа с упорядоченной насадкой, ко второй — деаэраторы с неупорядоченной насадкой, струйные, капельные и барботажные деаэраторы.

Для конденсационных электростанций и крупных блочных установок в настоящее время применяются двухступенчатые струйио-барботажные деаэраторы с барботажной ступенью в нижней части колонки. Однако в эксплуатации находится и значительное число одноступенчатых (насадочных и струйных) деаэраторов.

Вакуумные деаэраторы также выполняются по двухступенчатой схеме.

Для ТЭЦ и котельных, работающих с большими добавками воды, наиболее широкое распространение получили струйно-барбо-тажные деаэраторы с барботажным устройством в баке-аккумуляторе, однако начинают применяться и деаэраторы с незатоплен-иым барботажем.

4.2. Деаэраторы струйного типа

4.2.1. Деаэраторы этого типа до недавнего времени имели преимущественное распространение в СССР. Схема деаэрационной колонки струйного типа представлена на черт. 3. Некипящие (холодные) потоки воды через штуцер 2 поступают в смесительную камеру совмещенную с водосливом. Дробление воды на струи осуществляется с помощью ситчагых тарелок 3, степень перфорации которых достигает 8%, а приведенная плотность орошения 60— 100 т/(м¹ • ч).

Деаэрация воды осуществляется в омываемых паром каскадах струй; число каскадов (тарелок) обусловливается начальным и конечным содержанием кислорода в деаэрированной воде.

Деаэраторы струйного типа наряду с известными преимуществами— простотой конструкции и малым паровым сопротивлением аппарата — имеют недостаток: сравнительно низкую интенсивность деаэрации воды, отнесенную к единице длины струи. Вследствие этого колонки струйного типа имеют большую высоту (3,5—4 м и более) и требуют для размещения относительно высокого помещения.

Деаэрационная колонка струйного типа

/    камера водослива (смешения); 2—штуцер некипящего потока воды;

о    тарелка камеры водослива; 4 — штуцер кипящего потока воды; 5 — штуцер

выпара; 6 — корпус

Черт. 3 ¹

_с бОЛЬ'

_cTpvviHbi^    ^ен^ее    пемонт.^    cO

^чаЯХ«гГ пометеиия, ^а ^_porocio^uiafl

разных листов (черт. 4), а также из укладываемых правильными рядами колен, нилпндров или других элементов. Для более равномерного орошения вертикальных листов целесообразно предусматривать перераспределение воды по высоте насадки. Для этой цели листы собираются в укладываемые друг над другом пакеты, причем направление листов в двух смежных пакетах изменяется на 45 или 90 . Такую насадку часто называют хордовой Если веп тнкалъные листы по всей высоте насадки не меняют направлений то насадку называют плоскопараллельной. ^{МеВЯЮТ нап}Р^авления,

УДК 621.187.124.001.2    Группа    Е21

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

термических    РТМ    108.030«21—78

ДЕАЭРАТОРОВ

Указанием Министерства энергетического машиностроения от 02.02.78 № ПС-002/849 срок действия установлен

с 01.01.79

до 01.01.84

Настоящий руководящий технический материал (РТМ) распространяется на термические деаэраторы, состоящие из деаэрационных колонок и деаэраторных баков и предназначенные для удаления коррозионно-агрессивных газов из питательной воды паровых котлов и подпиточной воды открытых и закрытых систем теплоснабжения, и устанавливает методику расчета и проектирования указанных деаэраторов.

1. ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ИНДЕКСЫ

р — парциальное давление, давление, кгс/ом²; х — молярная доля компонента;

£ — коэффициент Генри, кгс/см²;

с — массовая концентрация компонента в воде (раствори-мость), кг/м³, мг/кг;

М — молекулярная масса компонента, кг/моль; уИ₁ —молекулярная масса растворителя, кг/моль;

7—удельный вес, кгс/м³; а^а—-коэффициент абсорбции, м³/м³; ф — относительная насыщенность воды газом;

PTM 108.030.21—78 Стр. 19

На черт. 4 приведены типы наиболее распространенных упорядоченных насадок:

а)    насадка из вертикальных листов с шагом 20 мм (плоскопараллельная);

б)    насадка из вертикальных листов, собранных в установленные друг над другом пакеты высотой 300—600 мм, с изменением расположения листов в смежных пакетах на 90°;

в)    насадка из наклонных листов с шагом 20 мм, собранных в установленные друг над другом пакеты высотой 50 мм; угол отклонения листов от вертикальной оси 24°;

г)    зигзагообразная насадка с шагом между листами 5—8 мм, расстоянием между выступами (высотой зигзага) 20 мм и общей высотой 300 мм.

На черт. 5 показана деаэрационная колонка конструкции ОРГРЭС с упорядоченной насадкой из вертикальных коаксиальных цилиндров. Подлежащая деаэрации вода поступает в колонку через подводящий патрубок и коническое сопло 3. Выходящая из сопла струя попадает на розетку 4, предназначенную для разбрызгивания воды. Насадка монтируется из стальных листов 5 толщиной 0,5—1,5 мм, опирающихся на опорную крестовину б. Расстояние между листами фиксируется при помощи соединительных штырей 7 и дистанционных вставок. В верхней части колонки расположен отбойный лист для отделения влаги 9.

4.3.2. Основное преимущество колонок с упорядоченной насадкой — возможность работы с высокими плотностями орошения (200—300 т/(м²-ч)) при значительных подогревах деаэрируемой воды (20—30°С при атмосферном давлении). Такие колонки могут быть использованы для деаэрации неумягченной воды.

Для хорошего удаления кислорода требуется большая высота слоя насадки (2—3 м).

4.4. Деаэраторы с неупорядоченной насадкой

4.4.1, Неупорядоченная, или нерегулярная, насадка выполняется из небольших элементов той или иной формы, засыпаемых в аппарат без всякого порядка, что и определяет ее название. Элементы такой насадки могут иметь форму обычного кольца, кольца с продольными или спиральными перегородками, пропеллера, шара, седла, греческой буквы омега или др.

При прочих равных условиях неупорядоченная насадка допускает меньшую предельную гидравлическую нагрузку, чем упорядоченная насадка или струйная колонка, но зато обеспечивает более высокий объемный коэффициент массоотдачи и соответственно меньшее остаточное содержание газов в воде.

На черт. 6 приведен продольный разрез деаэрационной колонки повышенного давления производительностью 500 т/ч с неупорядоченной насадкой. Колонка состоит из разъемного корпуса / и 2, камеры смешения, водораспределительной камеры, верхнего 7 и нижнего 8 слоев насадки из омегообразных элементов с отверстиями, распределителя пара 9, патрубков для подвода пара 18 и

2*

Стр. 2 РТМ 108,030.21—78

Q— количество тепла, ккал/ч; t — температура, °С;

А/—температурный напор, °С;

Ас—концентрационный напор;

F — поверхность, площадь, м²;

G — расход среды, кг/ч;

L —длина струи, м;

D, d — диаметр, м; w — скорость, м/с;

w₀ — скорость истечения воды из отверстия, м/с;

/ — удельная энтальпия, ккал/кг;

V — объем, м³;

г—удельная теплота парообразования, ккал/кг;

Ар — перепад давления, кгс/см²;

Н — высота, м;

А —уровень воды на тарелке, высота слоя, мм вод. ст.; g — ускорение свободного падения, м/с²;

S — площадь живого сечения, м²;

N — количество отверстий, шт.; v ~ удельный объем, м³/кг;

Н — относительный уровень воды на тарелке;

£— коэффициент местного сопротивления;

/у_Д—удельная поверхность насадки, м²/м³;

U — плотность орошения, кг/(м²* ч);

/о —площадь одного отверстия или щели, м²; а —коэффициент поверхностного натяжения, кгс/м; р —плотность, кг/м³, (кпс*с²)/м⁴; р-—коэффициент динамической вязкости, кгс-с/м²; v —коэффициент кинематической вязкости, м²/с; т д. в. — тонна деаэрированной воды;

k — коэффициент теплопередачи, ккал/(м²*ч*°С); а — коэффициент теплоотдачи, ккал/(м² • ч * °С); а—коэффициент теплопроводности, ккал/(м-ч-°С);

—весовая скорость, кгс/(м²*с);

К — коэффициент массопередачи, кгс/(м²-ч*кг/м³).

0₂ — кислород;

С0₂ —углекислота;

N₂ — азот;

ДВ —деаэратор вакуумный;

ДА—деаэратор атмосферного давления;

ДП—деаэратор повышенного давления;

Индексы

п — пар; в — вода; г — газ;

о — отверстие; ср — средний; н.п — некипящий поток; к.п — кипящий поток; д.в —деаэрированная вода; s — условия насыщения жидкой и паровой фаз при давлении р в деаэраторе; вып —выпар; дин —динамический; н — насадка; гс — гидростатический; вх — вход в отсек; вых —выход из отсека;

р — равновесный; min — минимальный; шах — максимальный; вн — внутренний; к — конденсат; бар — барометрическое; нар — наружный.

Основные термины и определения приведены в справочном приложении 1.

2. РАСТВОРИМОСТЬ ГАЗОВ В ВОДЕ И ВЫДЕЛЕНИЕ ИХ ИЗ НЕЕ

2.1.    Растворимость газов в воде

2.1.1.    Статика процесса десорбции основывается на законе равновесия между жидкой и газовой фазами. В общем случае условия совместного существования фаз определяются наличием динамического равновесия между ними, подчиняющегося правилу фаз. Согласно этому правилу при определенных давлении и температуре некоторому составу одной из фаз соответствует определенный «равновесный» состав второй фазы. Если содержание (концентрация) какого-либо компонента в газовой фазе больше равновесного, то он переходит в жидкую фазу и наоборот. Состояние динамического равновесия между фазами устанавливается при продолжительном времени соприкосновения фаз.

2.1.2.    Растворимость кислорода, азота и углекислого газа в воде различна. Большая (по сравнению с Ог и N₂) растворимость углекислого газа в воде обуславливается его химическим взаимодействием с водой с образованием угольной кислоты

Н₂0+С0₂^Н₂С0₃.    (1)

2.1.3.    В деаэрационных установках растворы газов могут считаться бесконечно разбавленными. В этом случае переход того или иного компонента из жидкой фазы в газовую не зависит от наличия в растворе других компонентов и определяется лишь содержанием в нем данного компонента. Для идеальных растворов, тем-

пература которых выше критической температуры газа, при низких парциальных давлениях газа равновесие определяется законом Генри

р = Ех,    (2)

где Е — коэффициент Генри, имеющий размерность давления; х — молярная доля компонента в жидкости.

Зависимость коэффициента абсорбции кислорода, азота и двуокиси углерода водой от ее температуры

а    а    3/    3 «?», °Ч

Черт. 1

2.1.4. При равновесии, определяемом законом Генри, массовая концентрация или растворимость компонента в воде (мг/кг) составляет

_С==аа1л^₁₀6₎    (3)

|В Р 0

где а^а — коэффициент абсорбции при данной температуре воды (приведенный к температуре 0°С и давлению 760 мм рт. ст.) при парциальном давлении газа, равном 760 мм рт. ст., м³/м³;

PTM 108.030.21—78 Стр. 5

Yr — удельный вес газа при нормальных условиях, кгс/м³;

Yb — удельный вес воды, кгс/м³;

р_й — физическая атмосфера, кгс/м²;

р_г — парциальное давление газа над поверхностью воды, кгс/м².

2.1.5.    При температурах до 120°С коэффициент Генри для растворов газов в воде возрастает с повышением температуры, что приводит к понижению растворимости компонента. При температурах более 120°С коэффициент Генри понижается, что приводит к повышению растворимости.

2.1.6.    Зависимость коэффициента абсорбции от температуры воды для кислорода, двуокиси углерода и азота приведена на черт. 1. Значения этого коэффициента для кислорода — в табл. 1.

Таблица /

Коэфициент абсорбции кислорода водой, приведенный к температуре 0°С и давлению 760 мм рт. ст., при парциальном давлении газа, равном 760 мм рт. ст.

Температура воды, °С Коэффициент абсорбции, м3/м3 Температура воды, °С Коэффициент абсорбции, м3/м3 Температура воды, °с Коэффициент абсорбции, м3/м3 0 0,0489 110 0,0173 250 0,0417 5 0,0489 120 0,0174 260 0,0458 10 0,0380 130 0,0180 270 0,0500 15 0,0342 140 0,0181 280 0,0543 20 0,0310 150 0f0192 290 0,0590 25 0,0283 160 0,0197 300 0,0640 30 0,0261 170 0,0209 310 0,0689 40 0,0231 180 0,0221 320 0,0736 50 0,0209 190 0,0238 330 0,0784 60 0,0195 200 0,0257 340 0,0838 70 0,0183 210 0,0282 — — 80 0,0176 220 0,0313 — — 90 0,0172 230 0,0346 — — 100 0,0170 240 0,0378 — —

Зависимость растворимости кислорода в воде от температуры и полного давления воздуха и паровоздушной смеси над водой приведена в табл. 2.

Зависимость растворимости кислорода и азота из воздуха в воде при давлении сухого воздуха над ней, равном 760 мм рт. ст., приведена в табл. 3.

Таблица 2 Растворимость кислорода в воде (мг/кг) в зависимости от температуры воды и давления насыщенной паровоздушной смеси над ней

Температура воды, °С Давление сухого воздуха 735,5 мм рт. ст. Давление насыщенной паровоздушной смеси, кгс/см2 1,0 2,0 3,0 4.0 5,0 6.0 7,0 8,0 0 14,20 14,11 28,31 42,51 56,71 70,91 85,11 99,31 113,51 5 12,44 12,33 24,77 37,21 49,65 62,09 74,53 86,97 99,44 10 11,04 10,90 21,94 32,98 44,02 55,06 66,10 77,14 88,18 15 9,92 9,75 19,67 29,59 39,51 49,43 59,35 69,27 79,19 20 9,02 8.81 17,82 25,84 35,86 44,88 53,91 62,92 71,94 25 8,24 7,97 16,21 24,45 32,70 40,93 49,17 57,41 65,65 30 7,60 7,27 14,87 22,47 30,00 37,67 45,27 52,87 60,47 35 7,12 6,71 13,83 20,95 28,07 35,20 42,31 49,43 56,55 40 6,74 6,23 12,97 19,71 26,45 33,20 39,93 46,67 53,41 45 6,41 5,78 12,19 18,60 25,01 31,42 37,83 44,24 50,65 50 6,13 5,36 11,49 17,62 23,75 29,88 36,00 42,14 48,27 60 5,74 4,57 10,31 16,05 21,80 27,53 33,27 39,01 44,75 70 5,44 3,71 9,15 14,60 20,03 25,47 30,91 36,35 41,80 80 5,25 2,71 7,96 13,21 18,46 23,71 28,96 34,21 39,46 90 5,17 1,47 6,64 11,81 16,98 22,15 27,32 32,50 37,66 100 5,15 — 4,98 10,13 15,28 20,43 25,58 30,73 35,88 110 5,18 — 2,79 7,97 13,15 18,33 23,51 28,70 33,87 120 5,30 — — 5,17 10,47 15,77 21,07 26,37 31,67 130 5,48 — — 1,35 6,83 12,31 17,78 23,27 28,75 140 5,70 — — — 1,80 7,50 13,20 18,90 24,60 150 6,00 — — — — 0,876 6,88 12,88 18,88 160 6,38 — — — — — — 4,45 10,83 170 6,75 — — — — — — — — 180 7,28 — — —. ■ I __

PTM 108.030.21—78 Стр. 7

Таблица 3 Растворимость кислорода и азота в воде при давлении сухого воздуха над ней. равном 760 мм рт. ст.

Температура воды, °С 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Растворимость кислорода, мг/кг 14,6 11,4 9,28 7,77 6,90 6,22 5,81 5,48 5,26 5,15 5,12 Растворимость азота, мг/кг 23,2 18,3 15,30 13,3 U.7 10,70 10,1 9,70 9,50 9,40 9,30

2.2. Кинетика процесса деаэрации воды

2.2.1.    Кинетика или скорость процесса десорбции (массооб-мена) определяется степенью отклонения системы от равновесного состояния, свойствами растворителя (воды), основного компонента (Ог, СОг, N2) и инертной среды (пара), величиной и формой поверхности контакта фаз и гидродинамическими условиями.

2.2.2.    При термической деаэрации воды полное выделение растворенных в ней газов невозможно. Выделение каждого газа происходит лишь до тех пор, пока равновесное парциальное давление, соответствующее его концентрации в жидкой фазе, превышает парциальное давление этого газа над раствором, т. е. в паровой фазе. Поэтому для глубокой деаэрации воды необходимо использовать пар с возможно меньшим содержанием удаляемых из воды компонентов воздуха.

2.2.3.    В деаэраторах вследствие ограниченности поверхности контакта фаз, а соответственно и времени соприкосновения воды с паром, равновесное состояние, как правило, не достигается. К равновесному состоянию можно только приблизиться путем увеличения поверхности соприкосновения пара и деаэрируемой воды или интенсификации массообмена.

2.2.4.    Увеличение поверхности контакта фаз, способствующее десорбции газов, достигается путем тонкого раздробления воды на струи, пленки и капли или пропускания пара в виде мелких пузырьков через слой деаэрируемой воды (барботаж).

2.2.5.    Из закона Генри следует, что при повышении температуры воды до температуры насыщения при данном давлении растворимость газа становится равной нулю, так как его парциальное давление над водой снижается до нуля. Однако закон Генри справедлив только для условий равновесия фаз и неприменим при рассмотрении изотермической и в особенности неизотермической десорбций, ограниченных во времени и протекающих при неравновесных условиях. Поэтому недостаточно только нагреть воду до температуры насыщения для полного выделения из нее растворенных газов.

Стр. 8 РТМ 108.030.21—78

2.2.6.    При термической деаэрации воды газы удаляются из нее двумя путями — в результате диффузии и выделения образующихся в объеме жидкости мелких газовых пузырьков (дисперсное выделение газа). Диффузия происходит в течение всего процесса деаэрации, дисперсное выделение газа из воды начинается с того момента, когда в результате повышения температуры воды достигается насыщение ее удаляемым газом.

2.2.7.    Относительная насыщенность воды газом ф характеризуется отношением фактического содержания его к предельно возможному при тех же термодинамических параметрах:

Сф(Р, О

^СИ (Ру 0    *

где Сф (р, t)—фактическая концентрация газа в воде при давлении и температуре в точке отбора пробы, мг/кг;

Си (р, t)—предельная концентрация газа, соответствующая состоянию насыщения при тех же условиях, определяемая по закону Генри, мг/кг.

При ф<1 воду называют недонасыщенной, при ф=1 — насыщенной и при ф>1—перенасыщенной. Под «перенасыщенной» водой понимается в данном случае двухфазная смесь воды с пузырьками воздуха. При принятой методике отбора и анализа пробы «перенасыщенной» воды газовые пузырьки не обнаруживаются, так как газ растворяется в воде при ее охлаждении.

2.2.8.    В деаэраторе относительная насыщенность воды газом нарастает по пути ее движения из-за того, что нагрев воды происходит быстрее, чем выделение (десорбция) газа.

Зарождение газовых пузырьков при большой начальной концентрации газа в деаэрируемой воде наблюдается в верхней части колонки, где вследствие быстрого подогрева воды резко увеличиваются упругость водяного пара и равновесное парциальное давление удаляемых газов. Если сумма этих давлений существенно превышает давление парогазовой фазы, то газы выделяются в виде пузырьков. Обычно образуется очень большое число микроскопических пузырьков, в результате чего при визуальных наблюдениях обнаруживаются не отдельные газовые пузырьки, а изменение окраски (помутнение) деаэрируемой воды.

При малой начальной концентрации газа в деаэрируемой воде и прочих равных условиях начало дисперсного выделения смещается по высоте колонки вниз, в область более высоких температур воды.

2.2.9.    Вода в деаэрационной колонке и на выходе из нее может содержать пузырьки газа также в результате захвата (эжекции) парогазовой смеси движущимися вниз водяными пленками, падающими струями и каплями.

2.2.10.    Дисперсное выделение газов в деаэраторе происходит как в собственно деаэрирующем устройстве (колонке), так и в баке-аккумуляторе. Вследствие того, что в деаэрационных колонках

1

Заказ 147