Деаератори: Премахване на кислород от подаваната в котела вода

Деаератори: Премахване на кислорода от водата за захранване на котела е механичният процес, който отстранява разтворения кислород и въглероден диоксид от подавателната вода преди тя да влезе в парен котел, като защитава котела, икономайзера, тръбопроводите и кондензатната система от корозия. Почти всеки индустриален котел, освен най-малките пакетни единици, разчита на някаква форма на деаерация, а грешките в това бързо превръщат системата в проблем с корозията.

Защо разтворените газове нападат котелната система

Допълващата вода и връщащият се кондензат носят разтворени атмосферни газове, главно кислород и въглероден диоксид. Разтвореният кислород е агресивно корозивен към въглеродна стомана при температурите в котела, предизвиквайки локализирано образуване на пити по стените на тръбите, барабаните и подавателните тръби; малко количество може да доведе до перфорация много преди да бъде забелязано униформно изтъняване на стената. Въглеродният диоксид образува въглеродна киселина, понижава рН и предизвиква корозия в кондензатните линии, сепараторите и топлообменниците далеч надолу по веригата от котела. Отстраняването и на двата газа преди да достигнат до нагрятия метал е далеч по-евтино от обитаването на последиците.

Физическият принцип: нагряване и механично почистване

Разтворимостта на газовете във вода спада рязко с повишаването на температурата, достигайки практичен минимум близо до точката на кипене на водата при работното налягане. Деаераторът загрява постъпващата подавателна вода със насрещна пара, за да я доведе до или много близо до температурата на наситеност, така че разтворените газове да излязат от разтвора като свободен газ. Самото загряване не е достатъчно: отделеният газ трябва да бъде отведен преди да се разтвори отново, затова деаераторите комбинират нагряване с механично почистване, разбивайки водата на фини капки срещу насрещно преминаваща пара и отвеждайки освободения газ преди да се охлади и разтвори отново.

Деаератори тип спрей срещу тип тави

• Деаератори тип спрей атонимизират водата през дюзи в камера, изпълнена с пара, като загряват и почистват капките почти мигновено. Те реагират бързо на промени в натоварването и са подходящи за по-малки инсталации.
• Деаератори тип тави пропускат водата по перфорирани тави, докато парата се издига, осигурявайки многократни контактни стъпки. Те постигат по-ниски остатъчни нива на кислород и по-добре търпят колебания в натоварването, но за сметка на по-висока и по-скъпа съдова конструкция.
• Комбинирани единици спрей–тави съчетават спрей секция за бързо загряване с тава за финално „полиране“, често използвани при по-големи котли, които изискват както бърз отговор, така и ниско остатъчно съдържание на кислород.

Изборът се свежда до размера на котела, променливостта на натоварването и изискваната остатъчна цел за кислород надолу по веригата.

Постижими нива на остатъчен кислород

Правилно оразмерен и правилно експлоатиран деаератор с достатъчно парен ресурс и правилно отвеждане на газовете рутинно намалява разтворения кислород до ниски нива в части на милиард, често цитирани като 7 ppb (0,005 cm3/L) или по-малко в указанията на HEI и ASME, като и въглеродният диоксид също се намалява до незначително ниво. Поддържането на този диапазон изисква достатъчен поток на пара, за да се запази температурата на насищане при всички натоварвания, правилно отвеждане на газовете и адекватно време на задържане в скрубера.

Секцията за съхранение и NPSH за подавателните помпи

Под деаериращата секция всеки деаератор има резервоар за съхранение, съдържащ деаерирана вода при температура на наситеност, готова за подавателните помпи. Резервоарът буферира колебанията в търсенето и, не по-малко важно, осигурява височината и статичния напор, които помпите за подаване се нуждаят за изискването за NPSH. Тъй като водата в резервоара е близо до точката си на кипене, резервът между наличния и изисквания NPSH е тънък по дизайн, заради което резервоарите за съхранение почти винаги са монтирани на повдигнати стоманени конструкции, понякога наричани деаераторни кули, така че допълнителният напор предотвратява кавитация при входа на помпата. Контролът на ниво и налягане тук се третира като защитна функция, не просто като управление на запасите.

Химични поглътители на кислород и връщане на кондензат

Механичната деаерация отстранява голямата част от разтворения кислород, но не може да достигне нула. Химични поглътители, като натриев сулфит за котли с ниско и средно налягане или агенти като заместители на хидразина и производни на карбохидразид за по-високо налягане, се дозирани след деаератора, за да реагират с този остатък. Поглътителите са резервна и полираща мярка, не заместител на механичната деаерация.

Работоспособността също зависи от това колко кондензат връща една инсталация и в какво състояние е той. Кондензатът пристига горещ и до голяма степен без газове, ако системата за връщане на кондензат е плътна и добре вентилирана, което облекчава натоварването на деаератора, докато въздушни подсмуквания при помпите или повредени сепаратори повторно въвеждат кислород, който вече е бил отстранен. Представянето на деаератора, степените на изпускане (blowdown) и целостта на кондензата е най-добре да се преглеждат заедно; вижте нашия обзор на практиката за изпускане (blowdown) на котела, за да разберете как разтворените твърди частици се концентрират и отстраняват от котела.

Поддържане на деаератор в практиката

Рутинната поддръжка обхваща инспекция на спрей дюзите и тавите за отлагания или ерозия, проверка на скоростта на отвеждане на газовете спрямо натоварването, инструментация за ниво и налягане в резервоара и периодично тестване на разтворения кислород на изхода. Тези задачи лесно се отлагат, а последствията се появяват месеци по-късно като пити по тръбите, затова много екипи проследяват проверки и регистри за дозиране в CMMS платформа като Fabrico, поддържайки работата на фиксирани интервали, за да се сигнализира отклонението рано. Запазете демонстрация на Fabrico, за да видите как графиците за превантивна поддръжка на деаератора пасват в по-широка програма за надеждност.

Често задавани въпроси

Каква е разликата между деаератор и резервоар за подавателна вода?

Прост резервоар за подавателна вода просто съхранява вода за подавателните помпи на котела. Деаераторът активно загрява и механично почиства водата с пара, за да отдели разтворения кислород и въглероден диоксид, след което отвежда освободените газове.

Защо деаераторът е монтиран толкова високо над подавателните помпи?

Секцията за съхранение държи вода близо до точката ѝ на кипене, така че резервът срещу кавитация на помпата е тънък. Повдигането на резервоара добавя статичен напор при засмукването на помпата, удовлетворявайки изискването за NPSH и предотвратявайки внезапно кипене при входа на помпата.

Може ли една инсталация да работи без деаератор и да разчита само на химически поглътители на кислород?

Някои много малки или ниско налягани системи използват само химическа обработка, но за повечето индустриални котли това е непрактично в мащаб, тъй като дозировката трябва да следи постоянно променящото се кислородно натоварване без механично отстраняване. Механичната деаерация плюс химичен поглътител като полираща стъпка е стандартният подход.