Умягченная деаэрированная вода что это
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:
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:
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:
По распылению воды:
И по способу теплообмена подразделяются на:
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:
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.
Деаэраторы воды: описание устройств, необходимость применения
Приблизительное время чтения: 6 минут
Содержание:
— это устройство, которое предназначенное для деаэрации (удаления газов) какой-либо жидкости — чаще всего, под этим подразумевается деаэратор питательной воды или подпиточной воды в различных системах отопления.
В этой статье мы рассмотрим, для чего нужна данная система, какие задачи она выполняет и какие виды агрегатов существуют.
Для чего нужен деаэратор?
Как уже говорилось выше, задача данного устройства — удалять растворенные в жидкости газы.
Необходимость удаления газообразований из жидкости связана с тем, что растворенные в воде газы, такие, как кислород и углекислый газ, существенно ускоряют процесс коррозии элементов отопительной системы.
Наличие в воде кислорода ведет к коррозии, углекислый газ усиливает коррозионное действие кислорода и, помимо этого, углекислота обладает собственным коррозионным эффектом.
За счет удаления этих газов из воды достигается существенное повышение срока службы как отдельных узлов конструкции, так и всей отопительной системы в целом.
Стоит учитывать, что для оснащения отопительной системы деаэратором необходима достаточно сложная подготовка проекта устройства и использование современного оборудования.
Процесс очистки питательной воды
Процесс может проводиться с помощью различных способов.
Среди них можно назвать наиболее распространенные:
Во всех трех случаях принцип разделения воды и растворенных в ней газов основан на разрыве связей между молекулами воды — они рвутся в самых непрочных местах, то есть там, где в воде расположены пузырьки и молекулы растворенных в ней газообразований.
Соответственно, газы высвобождаются из жидкости, и она оказывается подготовленной к дальнейшему применению.
Существует также химическая деаэрация — целью являются молекулы веществ, которые будут разлагаться с выделением газов на дальнейших фазах технологического цикла; в качестве примера можно назвать гидрокарбонат натрия.
Термическая деаэрация — наиболее распространенный способ, поскольку такие устройства наиболее просты в изготовлении и использовании, а также имеют сравнительно низкую цену и подходят для большого количества отопительных систем.
Давайте рассмотрим подробнее деаэраторы, использующие этот принцип.
Термические системы
Термические деаэраторы различаются по давлению в рабочей камере на:
Вакуумные применяются для деаэрации подпиточной воды и для химической подготовки воды. Они могут работать без пара, но им необходим эжектор и толстые стенки.
Атмосферные деаэраторы — для обработки питательной воды испарителей и добавочной воды ТЭС. Для таких деаэраторов не нужны толстые стенки — смесь воздуха и пара удаляется из них сама по себе.
Системы повышенного давления — для обработки питательной воды котлов с давлением пара от 9,8 МПа. Их стенки существенно толще, однако использование их в схеме ТЭС вполне оправдано.
Виды деаэраторов
Рассмотрим, какие существуют основные термических деаэраторов. Нас интересует способ создания контакта воды и воздуха (вакуума).
По этому признаку можно выделить:
В пленочных и струйных конструкциях главный элемент — колонка, по которой воды стекает в резервуар, а пар поднимается вверх, попутно осаждаясь на воде.
Колонка может быть выполнена в одном корпусе с резервуаром либо иметь вид цилиндра, который стыкуется с резервуаром. Сверху расположен водораспределитель, в нижней части — распределитель пара.
Зона деаэрации находится между ними, от плотности орошения этой зоны зависит производительность деаэратора.
Пленочные деаэраторы используют для разделения водного потока пленки, которые обволакивают насадку-заполнитель — по ней вода и стекает в низ. Насадка может быть упорядоченной, либо неупорядоченной.
В первом случае она исполняется из наклонных, вертикальных или зигзагообразных листов либо из колец, концентрических цилиндров и тому подобных элементов, тогда насадка обеспечивает возможность работы с высокой плотностью орошения при относительно высокой температуре воды, однако поток будет распределяться неравномерно.
Неупорядоченная насадка — элементы определенной формы произвольно засыпаются в часть колонки, при этом коэффициент массоотдачи будет выше, деаэратор будет менее чувствителен к загрязнению и жесткости воды, но более чувствителен к перегрузке.
Струйные системы подразумевают прохождение водой активной зоны в виде струй, для их создания используются отверстия. Такие устройства имеют низкое паровое сопротивление и простую конструкцию, однако их производительность не слишком высока, а колонки необходимо выполнять высокими — вплоть до 4 метров и более, что повышает расход материалов и сложность ремонта.
Барботажные деаэраторы подразумевают дробление парового потока, вводимого в слой воды, на пузыри, что позволяет достичь компактности при высокой производительности.
Вода перегревается относительно температуры насыщения, при этом величина перегрева определяется таким параметром, как уровень воды и высота водяного столба. Увлекаемая вверх пузырьками пара вода вскипает, за счет чего из нее удаляются газы, а также разлагаются бикарбонаты.
Эффективность деаэрации достигается как значительной поверхностью контакта фаз, так и интенсивной турбулизацией жидкости, но при уменьшении удельного расхода пара эффективность падает.
Мы рассмотрели, для чего необходим механизм деаэрации, как работают и каковы особенности применения этих конструктивных реализаций, их преимущества и недостатки.
Применение деаэраторов является обязательным, потому что отопительная система должна иметь долгий срок службы, быть эффективной и отвечать всем, предъявляемым к ней, требованиям.
Деаэрация умягченной воды и нормы качества питательной и подпиточной воды
Растворимые в воде газы необходимо удалять, поскольку приводят к коррозии стенок котла, преждевременному износу, а иногда и к аварии. Растворенные газы (02, С02) и воздух удаляется из воды деаэрацией. Известно несколько ее способов деаэрации: термический, химический, электромагнитный, высокочастотный и ультра-звуковой. Три последних способа недостаточно освоены, и в котельных с паровыми и водогрейными котлами наибольшее распространение получил термический способ.
При термическом способе растворение в воде газов уменьшается с повышением температуры и совсем прекращается при достижении температуры кипения, когда растворенные газы полностью удаляются из воды.
Существует несколько типов термических деаэраторов, но в котельных с паровыми котлами применяются смешивающие деаэраторы атмосферного типа (ДСА). Такой деаэратор (рис. 94) состоит из вертикальной цилиндрической колонки 1 диаметром 1-2 м и высотой 1,5-2 м, установленной на горизонтальном цилиндрическом баке 2, предназначенном для сохранения запаса деаэрованной воды.
Рис. 94. Атмосферный деаэратор смешивающего типа: 1 — колонка; 2 — бак-аккумулятор; 3 — водоуказательное стекло; 4 — манометр; 5 — гидрозатвор; 6 — распределительное устройство; 7,8 — тарелки; 9 — распределитель пара; 10 — клапан; 11 — охладитель выпара; 12 — регулятор уровня воды; 13 — выпуск питательной воды из бака-аккумулятора; 14 — вестовая труба.
Из паровых котлов в нижнюю часть деаэрационной колонки через парораспределитель 9 подается пар с давлением 0,2-0,3 кгс/см2 и, поднимаясь вверх, подогревает химически очищенную воду до температуры кипения 102-104 °С. При этом из воды выделяются кислород и углекислый газ и вместе с остатками несконденсированного пара через вестовую трубу 14 выбрасываются в атмосферу. При закрытии вестовой трубы этот поток может быть направлен в охладитель выпара 11. Деаэрованная вода поступает в бак-аккумулятор. Из бака деаэрованная вода забирается питательным насосом для питания паровых котлов.
Вакуумный деаэратор (ДСВ). Для деаэрации подпиточной воды тепловых сетей в котельных с водогрейными котлами используются вакуумные деаэраторы (рис. 95).
Вакуумный деаэратор, как и атмосферный, состоит из колонки 4 и бака деаэрованной воды 6.
Рис. 95. Вакуумный деаэратор: 1 — бак-газоотделитель; 2 — водяной эжектор; 3 — охладитель выпара; 4 — деаэрационные колонки; 5 — водоводяной водоподогреватель; 6 — бак деаэрованной воды; 7 — центробежный насос; 8 — трубопровод городской воды; 9 — трубопровод воды к ХВО; 10- трубопровод заполнения бака- газоотделителя; 11 — змеевик
Вакуум в деаэрационной колонке создается водоструйным эжектором 2, присоединенным к верхней части колонки. Для облегчения работы эжектора перед ним устанавливается охладитель выпара 3, так как водоструйный эжектор работает лучше, когда температура испарения ниже. Вода через эжектор перекачивается центробежным насосом 7, создает разрежение, за счет которого из деаэрационной колонки отсасывается выпар и, смешавшись с водой, поступает в бак-газоотделитель 1. В баке вода опускается вниз, а выпар остается наверху и удаляется в атмосферу.
Вода после умягчения, пройдя водоводяной подогреватель 5, нагревается до 75-80 °С и подается в деаэрационную колонку 4, где закипает при давлении ниже атмосферного. Освободившись от кислорода и углекислого газа, вода стекает в бак деаэрированной воды. Вода из бака подается подпиточным насосом на подпитку тепловой сети.
Для сохранения температуры деаэрованной воды в деаэраторном баке устанавливают змеевик 11, через который проходит горячая вода из водогрейных котлов.
Вакуумные деаэраторы работают при давлении 0,3 абсолютной атмосферы (Р = 0,7 кгс/см2), которому соответствует температура кипения воды 68,9 °С.
Нормы качества питательной воды для водотрубных котлов с рабочим давлением пара до 4 МПа приведены в табл. 8.
Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов даны в табл. 9.
Нормы качества питательной воды для водотрубных котлов с рабочим давлением пара до 4 МПа
Сравнение различных систем деаэрации
и особенности их внедрения
Д.П. Подчернин, директор, UAB «Gandras Energoefektas», г. Висагинас, Литва
Введение
Нашим заказчиком «Тепловые сети г. Даугавпилса» (PAS «Daugavpils siltumtikli») было принято решение провести реконструкцию системы водоподготовки на одной из своих ТЭЦ. Станция достаточно крупная – установленная тепловая мощность составляет более 400 МВт.
Изначально на ТЭЦ была химводоподготовка большой мощности и атмосферный деаэратор, работающий совместно с паровым котлом ГМ-50. В связи с тем, что паровая нагрузка в котельной отсутствует, а эксплуатировать турбины мощностью 12 МВт сегодня в Латвии экономически не выгодно, ТЭЦ была переведена в водогрейный режим. При этом паровой котёл ГМ-50 работал только для нужд ХВП – на деаэрацию воды, остальной пар сбрасывая на ПСВ.
Проблема состояла в том, что вся летняя нагрузка по договору была продана частным компаниям (в котельные, которые обеспечивали более низкую цену на теплоэнергию), поэтому летом в работе оставались только сетевые насосы, обеспечивающие подпитку сети покупным теплоносителем.
Такой температурный режим является неподходящим для деаэрации: для атмосферной – требуется источник пара, а для вакуумной – источник низкотемпературного тепла (воды с температурой до 78 о С). Летом обычно воду с такими параметрами берут из линии рециркуляции котла, но т.к. в данном случае все котлы останавливались, то при реконструкции ХВП необходимо было предусмотреть маленький (только покрывающий нагрузку деаэраторов) газовый котёл на собственные нужды.
По просьбе заказчика, с целью выбора наиболее оптимального режима деаэрации нашими специалистами было выполнено экономическое сравнение четырёх видов деаэраторов:
— атмосферного (с паровым источником);
— вакуумного (с водяным источником теплоэнергии);
Для упрощения методики сравнения было принято, что система работает с максимальной производительностью 24 ч в сутки.
Для экономического сравнения принимался срок службы оборудования равный 20 годам (с учётом того, что предыдущая система проработала 50 лет).
Стоимость остального оборудования ХВП (табл. 1) не учитывалась в данном сравнении, потому что оно неизменно для любого варианта системы водоподготовки.
Таблица 1. Оборудование, состав которого остаётся неизменным при любом способе деаэрации.
| № п/п | Наименование оборудования | Состав |
| 1 | Система для растворения соли с расходом 5 м 3 /ч | Ёмкость соли, система подачи воздуха на емкость (компрессор), система подачи растворенной соли с трубопроводами |
| 2 | Система умягчения воды, производительность 20 м 3 /ч, количество соли на одну регенерацию – 90 кг | Механические фильтры 2 шт., установка умягчения воды – 2 колонны, |
| 3 | Датчик для определения количества остаточного кислорода в деаэрированной воде | Комплект |
| 4 | Бак-аккумулятор (без тепловой изоляции) | Установка производительностью 25 м 3 /ч с соответствующей обвязкой |
Атмосферный деаэратор
Состав основного оборудования системы атмосферного деаэратора для расчета стоимости оборудования представлен в табл. 2.
Таблица 2. Состав основного оборудования системы атмосферного деаэратора.
| № п/п | Наименование оборудования | Комплектность |
| 1 | Система умягчения воды для парового котла | 1 колонна, 1 бак с запорно-регулирующей арматурой |
| 2 | Насосы подачи воды на деаэратор, производительностью 20 м 3 /ч и напором 35 м | 2 агрегата с запорной арматурой |
| 3 | Водоводяной теплообменник производительностью 1150 кВт (T1 – T2 = 5 – 55 °C) | 1 аппарат с запорной арматурой и регулятором |
| 4 | Пароводяной теплообменник производительностью | 1 аппарат с запорной арматурой |
| 5 | Паровой жаротрубный котёл, мощность при номинальной нагрузке 2770 кВт, КПД – 90%, производительность пара 4 т/ч, рабочее давление 12 бар, температура насыщенного пара – 190 о С, | Котёл с узлом автоматической продувки, запорно-регулирующей арматурой, предохранительной арматурой, горелкой, горелочным оборудованием и счётчиком расхода газа |
| 6 | Атмосферный деаэратор производительностью 25 м 3 /ч с баком объёмом 5 м 3 | Комплект с запорной, регулирующей, предохранительной арматурой |
| 7 | Питательные насосы производительностью 6 м 3 /ч, напором 160 м | 2 агрегата с запорно-регулирующей арматурой |
| 8 | Сепаратор продувок объёмом 0,7 м 3 | Комплект |
| 9 | Охладитель продувок мощностью 100 кВт | Комплект с запорно-регулирующей арматурой |
| 10 | Изоляция бака аккумулятора | Минеральная вата толщиной 100 мм и оцинкованная жесть |
| 11 | Трубопровод подачи газа на котел, расчётное давление – 3 бар | Ду 50, длина 410 м |
| 12 | Дымоходы | Комплект |
| 13 | Шкаф автоматического управления | Комплект |
Стоимость оборудования для атмосферной деаэрации составила в среднем 181,5 тыс. евро (на декабрь 2016 г.)
1. Используется схема: умягченная вода последовательно подается на водоводяной и пароводяной теплообменники. Теплоносителем для деаэратора и пароводяного теплообменника используется пар парового газового котла;
2. Кроме трубопроводов обвязки системы, необходимо дополнительно проложить газопровод для подачи газа на паровой котел;
3. Для бака-аккумулятора и трубопроводов необходимо предусмотреть изоляцию (температура деаэрированной воды 103 о С).
4. Остаточное содержание кислорода в воде – не более 20 мкг
Преимущества применения атмосферной деаэрации:
— низкое количество остаточного кислорода в воде,
— деаэрированная вода может подаваться на существующие паровые котлы (если будет предварительно химически обработана);
— не требуются химреагенты.
— необходим источник пара,
— высокая температура деаэрации,
— высокие тепловые потери,
— потери пара на непрерывные и временные продувки.
Расчетная величина тепловых потерь при использовании для деаэрации тепловой энергии в виде пара составила 19% от выработки (в данном случае – от общих затрат на топливо (газ) в течение 20 лет). В результате их стоимость составила 3445,3 тыс. евро.
Стоимость производства тепловой энергии, которое возможно будет реализовать (подать вместе с подпиточной водой в сеть) рассчитывалась, соответственно, из условий 81% от общих затрат на топливо (газ) в течение 20 лет и составила около 14,7 млн евро.
Химическая деаэрация воды
Основное оборудование системы химической деаэрации состоит из ёмкости для химического реагента производительностью 20 м 3 /ч (объём 215 л) и насоса-дозатора.
В качестве реагента для химической деаэрации предлагается использовать ингибитор коррозии для закрытых систем хорошо известного в Латвии американского производителя. Доза по данным производителя составляет 2000 г/м 3 воды.
Часовой расход необходимого количества реагента для химической деаэрации котла (из расчёта 2000 г/м 3 ) составит 40 кг/ч, (или 960 кг в сутки), соответственно, в год потребуется 960 × 365 = 350,4 т.
Стоимость оборудования на декабрь 2016 г. составила 3,5 тыс. евро (самая низкая из всех вариантов), стоимость реагента 4,97 евро/кг. Общая стоимость реагента для эксплуатации системы химической деаэрации за всё время эксплуатации составит 34,83 млн евро.
1. Кроме трубопроводов обвязки системы, дополнительная прокладка трубопроводов не требуется.
2. Бак-аккумулятор и трубопроводы изолировать не нужно, т.к. температура деаэрированной воды – не более 20 о С.
Остаточное содержание кислорода в воде – не более 50 мкг.
Преимущества химической деаэрации:
— состав оборудования – минимальный,
— система очень проста в обслуживании,
— вода не требует подогрева.
— высокая стоимость и большое количество реагента.
Мембранный деаэратор
Состав основного оборудования системы мембранного деаэратора для расчета стоимости оборудования представлен в табл. 3.
Таблица 3. Состав основного оборудования системы мембранного деаэратора.
| № п/п | Наименование оборудования | Комплектность |
| 1. | Механический фильтр, производительность 20 м 3 /ч | Два фильтра с заменяющимися фильтрующими элементами 5мкм и запорно-регулирующей арматурой |
| 2. | Насосы подачи воды на деаэратор, производительность – 20 м 3 /ч, напор – 35 м | 2 агрегата с запорной арматурой |
| 3. | Мембранный деаэратор производительностью 20 м 3 /ч | 3 мембраны, запорно-регулирующая арматура |
| 4. | Вакуумный насос, производительность – 22,5 м 3 /ч | Два вакуумных насоса с воздушным охлаждением |
| 5. | Система подачи азота | 2 установки по 12 баллонов каждая |
| 6. | Шкаф автоматического управления | Комплект |
Стоимость оборудования составила в среднем 66,5 тыс. евро (на декабрь 2016 г.)
Считаем стоимость азота для эксплуатации системы мембранной деаэрации.
Необходимое количество азота для подачи на мембранный деаэратор (из расчета 1,2 нм 3 /ч) за год составит 10,5 тыс. нм 3
Один баллон ёмкостью 50 л – это 9,5 м 3 сжиженного азота, следовательно, на год потребуется порядка 1107 баллонов.
Стоимость одного баллона составляет 26,5 Евро (по данным SIA Gaschema Tirdzniecības pārstāvis на декабрь 2016 г.), поэтому, для эксплуатации системы в течение года необходимо затратить 29,3 тыс. евро. За весь период эксплуатации (20 лет) расходы на азот составят 586,72 тыс. евро.
1. Согласно технологической схемы умягченная вода подается на мембранный деаэратор, куда также подается азот для обеспечения деаэрации. Кислород из воды удаляется при помощи вакуумного насоса.
2. Кроме трубопроводов обвязки системы, необходимо установить 2 системы подачи азота по 12 баллонов каждая, соединенных в одну систему (одна работает, вторая отправляется на дозаправку азотом).
3. Бак-аккумулятор изолировать не нужно, т.к. температура деаэрированной воды не более 20 °С.
4. Остаточное содержание кислорода в воде – не более 50 мкг.
— оборудования меньше, чем в атмосферных и вакуумных системах и легче в обслуживании;
— вода не требует подогрева;
— оборудование и трубопроводы не нужно изолировать.
— срок службы основного оборудования (мембраны) до замены – 5 лет. После этого нужно заменить мембраны, стоимость которых составляет почти 70% стоимости всего деаэратора, за 20 лет сумма составит: 36000×4=144 тыс. евро.
— требует постоянного расхода азота, который нужно покупать в баллонах.
Вакуумный деаэратор
Состав основного оборудования системы вакуумного деаэратора для расчета стоимости оборудования приведён в табл. 4.
Таблица 4. Состав основного оборудования системы вакуумного деаэратора.
| № п/п | Наименование оборудования | Комплектность |
| 1. | Насосы подачи воды на деаэратор производительностью 20 м 3 /ч, напором 35 м | 2 агрегата с запорной арматурой |
| 2. | Водоводяной теплообменник производительностью 1628 кВт, T1-T2=5-75°C | 1 аппарат с запорной арматурой и регулятором |
| 3. | Водоводяной теплообменник производительностью 450 кВт, T1-T2=55-75°C | 1 аппарат с запорной арматурой |
| 4. | Газовый водогрейный котел теплопроизводительностью 450 кВт, рабочее давление 6 бар, температура воды из котла 90 о С, расход газа 50 м 3 /ч, КПД 92% | Котел с запорно-регулирующей арматурой, горелкой, горелочным оборудованием и счетчиком расхода газа |
| 5. | Вакуумный деаэратор, производительностью 20 м 3 /ч | Комплект с запорно-регулирующей арматурой |
| 6. | Вакуумный насос производительностью 22,5 м 3 /ч | Два вакуумных насоса с воздушным охлаждением |
| 7. | Изоляция бака аккумулятора | минеральная вата толщиной 60 мм и оцинкованная жесть |
| 8. | Трубопровод подачи газа на котел, расчётное давление – 3 бар | Ду 50, длина 410 м |
| 9. | Дымоходы | Комплект |
| 10. | Шкаф автоматического управления | Комплект |
Стоимость оборудования изначально составила 88,85 тыс. евро (однако после проведения открытого конкурса цена уменьшилась в два раза)
1. Используется две схемы работы: летняя и зимняя. Летом, когда максимальная температура сетевой воды составляет 60 °С, умягченная вода последовательно подается на два водоводяных теплообменника. Теплоноситель первого – сетевая вода, второго – вода из водогрейного газового котла. Зимой система работает по упрощенной схеме: вода подогревается до температуры 75 °С сетевой водой. Второй теплообменник и газовый котел не работают.
2. Кроме трубопроводов обвязки системы, которая в данном расчете не учитывается, необходимо дополнительно проложить трубопровод для подачи газа на паровой котел.
3. Для бака-аккумулятора и трубопроводов необходимо предусмотреть изоляцию (температура деаэрированной воды – 75 о С).
4. Остаточное содержание кислорода в воде не более 50 мкг.
— температура деаэрации ниже, чем в атмосферном деаэраторе;
— не требует химреагентов;
— не требует замены основного оборудования.
— температура деаэрации выше, чем при мембранной и химической деаэрации;
— летом требует включения дополнительного оборудования – водогрейного котла и второго теплообменника;
— высокие теплопотери через изоляцию.
Расчётная величина тепловых потерь при использовании для нужд деаэрации тепловой энергии в виде горячей воды составила 10,5% от выработки (от общих затрат на газ в течение 20 лет). В результате стоимость тепловых потерь при подогреве составляет 136,08 тыс. евро.
Стоимость производства тепловой энергии, которое возможно будет реализовать (подать вместе с подпиточной водой в сеть) составляет 1,16 млн евро (89,5% от общих затрат на газ в течение 20 лет).
Технико-экономическое сравнение различных систем деаэрации воды
При сравнении представленных вариантов были сделаны следующие допущения.
1. Не выполнялся расчёт затрат на электроэнергию, что с одной стороны – не очень корректно для химической деаэрации, где расход электроэнергии минимальный. Однако с другой стороны, у остальных методов деаэрации расходы электроэнергии очень сохожи.
2. Когда считали затраты на подогрев, для вакуумного деаэратора был выбран водогрейный котёл с температурой нагрева 75 ºC, после чего согласно схеме вода идет на подпитку и поступает в сеть. Безвозвратные потери входили в КПД котла, тепловые потери – на теплообменник, деаэратор, трубопроводы и ёмкость хранения. Как видно из расчёта, они оказались очень незначительные.
Для атмосферного деаэратора эти затраты оказались выше, т.к. продувки на паровом котле и его более низкий КПД значительно ухудшили картину, а стоимость паровой части сильно подняла цену.
3. Очень важно, что при наличии летней нагрузки тепловая энергия, необходимая на подогрев воды, берётся из линии рециркуляции котла (необходимо 75-80 ºC), – это сильно снижает стоимость внедрения вакуумной деаэрации и упрощает работу персонала.
Все результаты исследования представлены в табл. 5, куда также добавлена стоимость затрат на обслуживание оборудования в течение расчетный срок службы в 20 лет.
Таблица 5. Результаты расчёта оборудования различных типов деаэрации.
5 – вакуумные насосы,
5 – вакуумные насосы
Внедрение
В результате проведённого исследования было принято решение о внедрении вакуумной системы деаэрации (рис. 1).
Рис. 1. Схема системы деаэрации воды вакуумного типа.
Самой большой проблемой стала устойчивая работа водогрейного котла из условия максимальной нагрузки, требуемой заказчиком, в 20 м 3 /ч (с начальной температурой сетевой воды 60 ºC). Для нагрева от 60 до 78 ºC потребовался котел мощностью 450 КВт/ч (рис. 2). При этом минимальная возможная нагрузка из условий работы котла составила 4 м 3 /ч. Исходя из этого и проектировался деаэратор (рис. 3-5).
Рис. 2. Водогрейный котел, вакуумный деаэратор и теплообменники на отметке +8.000.
Ещё раз обращаем внимание, что, если теплоисточником будет линия рециркуляции котла, то минимальная нагрузка вакуумного деаэратора может быть от 0,3 м 3 /ч.
Рис. 3. Вакуумный деаэратор, теплообменники и шкаф управления на отметке +8.000.
Рис. 4. Бак аккумулятор деаэрированной воды на отметке +0.000.
Рис. 5. Оборудование системы химического обессоливания и насосы подачи воды
на вакуумный деаэратор на отметке +0.000.
Второй проблемой стали новые вакуумные насосы, которые, со слов производителя (Испания), не требовали постоянного расхода запирающей воды (как водокольцевые).
Но, как выяснилось, принцип действия новых насосов был основан на пропускании водяных паров из деаэратора через высоковязкое масло, которое необходимо было менять через 600 ч. Узнали мы это, к сожалению, только начав эксплуатировать данные насосы – производитель молчал до последнего, как партизан.
Пришлось возвращаться к водокольцевым вакуумным насосам со строительством системы замкнутого цикла для запирающей воды (сливать 2 м 3 /ч посчитали некорректным). Хотим ещё раз напомнить, что запирающая вода должна быть химически обессоленной, иначе со временем вакуумный насос зарастает кальцием и выходит из строя.
Рекомендации из опыта
Очень важно, чтобы трубопроводы, с не деарированной водой, особенно, если она нагрета свыше 15 о С, были изготовлены из нержавеющей стали классом не ниже AISI304 (коррозионно-стойкая жаропрочная аустенитная сталь; российский аналог – 08Х18Н10. – Прим. ред.).
К сожалению, многолетний опыт показывает, что срок службы трубопроводов из углеродистой стали составлял не более полутора лет.
Кроме того, мы столкнулись с тем, что очень многие производители деаэраторов не включают в комплект поставки датчик кислорода, а персонал на месте не имеет возможности достаточно точно измерить количество остаточного кислорода в деаэрированной воде. Цена такой ошибки очень высока – преждевременная коррозия сетей, выход из строя оборудования. Поэтому, несмотря на достаточно высокую стоимость (цена такого датчика колеблется от 2 до 5 тыс. евро (в зависимости от производителя)), мы настойчиво рекомендуем устанавливать его для проверки качества работы существующего деаэратора, вне зависимости от его типа (рис. 6).
Рис. 6. Датчик кислорода в режиме работы онлайн.
При выборе датчика необходимо правильно подобрать границы измерения количества кислорода (от 0 до 50 мкг/л), температуры воды (до 100 о С), т.к. на рынке присутствует очень много датчиков для очистных сооружений водоканалов, и измерение количества кислорода для деаэраторов ниже их погрешности, а от высокой температуры воды они сразу выходят из строя. И очень важно проконтролировать, как данный датчик будет установлен (неправильная установка может привести к быстрому выходу его из строя).
В целом, современные, полностью автоматизированные системы вакуумной деаэрации без использования пара могут послужить хорошей альтернативой в случае отказа от паровой части на источниках теплоснабжения различной мощности.