Опис і конструкція.
Деаератор призначений для видалення газоподібних домішок з теплоносія. Його також можна розглядати, як теплообмінник смешивающегося типу, оскільки в ньому відбувається нагрів і кипіння теплоносія з якого видаляють Неконденсовані гази за рахунок теплової енергії пара.
У воді яка подається в деаератор можуть бути присутніми різні домішки: газоподібні (кисень, вуглекислота, азот, аміак, після проходження через активну зону реактора до ні додаються радіолітичного і благородні гази), тверді (продукти корозії конструкційних матеріалів), природні (хлориди, кремнекислоти і інші ).
Розглянемо шляхи надходження домішок при роботі котельні або машзалу. Газоподібні домішки надходять в основному за рахунок присосов повітря по тракту, а також в апаратах, що працюють при тиску нижче атмосферного. Продукти корозії надходять у воду в результаті взаємодії конструкційних матеріалів з водним середовищем, утворення окислів металів і переходу їх в воду. Надходження природних домішок відбувається в основному в конденсаторі парової турбіни за рахунок присосов охолоджуючої води в нещільності теплообмінної поверхні. Тиск охолоджувальної води завжди вище тиску конденсується пара в конденсаторі, і при наявності нещільності відбувається перетік охолоджуючої води в конденсат. Практично присоси охолоджуючої води завжди мають місце, якщо навіть з заводу конденсатор поставлений досить щільним. В процесі експлуатації в результаті протікання корозійних, ерозійних та інших процесів відбувається порушення щільності, і присоси охолоджуючої води збільшуються. Охолоджуюча вода витрачається у великих кількостях (для цієї мети і створено водосховище) і ніякої попередньої обробці не піддається. Тому навіть незначні присоси охолоджуючої води привносять значну кількість домішок.
Продукти корозії, а також деякі природні домішки (наприклад, кальцій і магній) випадають в відкладення на теплопередающих поверхнях, що призводить до зменшення коефіцієнта теплопередачі і виникнення під відкладеннями місцевих, найбільш небезпечних видів корозійних пошкоджень. Це знижує економічність, надійність і безпеку роботи котельні, ТЕС або АЕС.
З газових домішок найбільшу небезпеку становлять кисень і вуглекислота.
Надходження вуглекислоти з присосами повітря незначно. Вона утворюється в конденсатно-живильному тракті за рахунок термічного розкладання бікарбонатів, що надходять з присосами технічної води, і подальшого гідролізу карбонатів.
Приклад хімічної реакції:
Кисень і вуглекислота є корозійно-агресивними агентами.
Для зменшення корозійних процесів, поверхні нагріву ПНД часто доводиться виконуються з корозійно-стійких матеріалів - латунних сплавів, нержавіючих аустенітних сталей і високонікелевих сплавів.
Для того щоб мати можливість виконувати ПНД з більш дешевих вуглецевих сталей, необхідно видалити з води корозійно-агресивні гази і, в першу чергу, кисень і вуглекислоту. Для цих цілей застосовують Деаераційно установку, що ділить весь тракт від конденсатора до барабана сепаратора, на конденсаційний і поживний тракти.
Способи деаерації води і конструктивне виконання деаераторів.
Для видалення газів з води можуть бути використані хімічні і термічні методи. Хімічні методи засновані на виборчому взаємодії газів, що видаляються з дозованим реагентами. Практично хімічний метод можна застосовувати тільки для видалення кисню. Для цього використовують гідразин, і то не як самостійний метод, а для видалення мікро кількостей кисню. Разом з гідразином в воду можуть надходити інші домішки. Крім того, гідразин є токсичною речовиною. На ТЕЦ і АЕС застосовують в основному термічну деаерацію. Термічні деаератори дозволяють видаляти з води будь-які розчинені у воді гази і не вносять ніяких додаткових домішок в воду.
Розглянемо принцип роботи термічного деаератора:
Відповідно до закону Генрі кількість розчиненого у воді газу, наприклад кисню - Go2. пропорційно парціальному тиску цього газу над рідиною.
- Go2 - кількість розчиненого у воді кисню;
ko2 - коефіцієнт абсорбції кисню рідиною або коефіцієнт розчинності кисню, що залежить від температури;
Сумарне тиск над рівнем води:
- Рн2о - парціальний тиск водяної пари;
- SРг - сума парціальних тисків інших, крім кисню, газів, розчинених у воді.
З урахуванням (2) рівняння (1) можна записати у вигляді:
Нагріванням води можна зменшувати вмісту кисню оскільки коефіцієнт розчинності (ko2) зменшується з ростом температури. Незважаючи на зменшення кількості кисню в воді з підвищенням температури залишилася його частина значна. Так, при зміні температури води від 20 до 50 ° С кількість розчиненого у воді кисню зменшується з 9 до 5 мг / кг. Частина, що залишилася кисню (5 мг / кг) в сотні разів перевищує допустимі рівні.
З рівняння (3) випливає, що для зведення до нуля вмісту кисню в воді необхідно виконання умови:
Ця умова виконується при підвищенні температури води до температури насичення, т. Е. До кипіння. При температурі кипіння тиск над водою визначається тиском насичених парів води, а кількість розчиненого у воді кисню дорівнює нулю.
Для виконання умови (4) необхідно постійно видаляти виділилися з води гази. Відведена з деаератора парогазова суміш називається випарується. Чим більше випарується, тим ефективніше буде працювати деаератор.
Деаератори можуть бути змішують, поверхневі і перегрітої води. Найбільшого поширення набули змішують деаератори. Поверхневі деаератори використовуються в тому випадку, якщо гріючийпар змінює матеріальний баланс установки. Так, наприклад поверхневі деаератори встановлюються на лінії підживлення першого контуру АЕС з ВВЕР-1000. У деаераторах перегрітої води подається на деаерацію вода підігрівається в теплообміннику до температури, що перевищує температуру насичення в деаератори. Надлишкова теплота цієї води витрачається на пароутворення. Недоліком деаератора перегрітої води є складність здійснення одночасної деаерації потоків води з різними ентальпії, тому вони не набули практичного застосування.
Деаератори підрозділяються по тиску на вакуумні. атмосферні. підвищеного тиску. Вакуумні деаератори встановлюються на підживлення тепломережі, атмосферні - на лінії подачі додаткової води і деаератори підвищеного тиску - на основному потоці конденсату.
Саме Деаераційно пристрій вдає із себе Деаераційно колону. в якій підігрівається вода стікає зверху вниз, а назустріч їй знизу подається гріючийпар. Деаераційно колона встановлюється на бак акумулятор живильної води, куди стікає продеаерірованная вода. В експлуатації під деаератором розуміють сукупність Деаераційно колон і Деаераційно бака, на який вони встановлюються. Для поліпшення процесу деаерації в деаераторах змішувального типу необхідно забезпечити більшу поверхню контакту підігрівається середовища з парою. Тому конструкції термічних деаераторів підрозділяються, у першу чергу, за способом дроблення води. Розрізняють деаератори: соплові, з насадками. плівкові. струменеві і барботажні. У соплових деаераторах розпилення води йде за допомогою сопел. Соплові, з насадками і плівкові деаератори широкого поширення не отримали, так як соплові малоефективні, а з насадками (установка великої кількості металевих насадок) і плівкові (вода стікає у вигляді плівки по концентричних сталевим кільцям) дають додаткову кількість продуктів корозії в воду. На АЕС, наприклад, широкого поширення набули струменеві деаератори. Для збільшення часу контакту пара з водою і глибини розкладання бікарбонатів струминну деаерацію можна доповнити барботажной, подаючи частина пара під рівень води в деаераторному баку. Пар, барботіруя через воду, сприяє більш повному видаленню газів.
Загальні вимоги, що пред'являються до деаератора.
Ємність деаераторного баків вибирається з розрахунку трихвилинної роботи живильних пристроїв після припинення подачі води в деаератор. Рівень води в деаератори повинен бути певним і контролюватися за допомогою водомірного скла. При досягненні гранично допустимого рівня, надлишок води зливається через переливний пристрій. Підвищення рівня понад максимально допустимого погіршує роботу Деаераційно колонки. Тиск в деаератори необхідно підтримувати постійним. Це пов'язано з тим, що після деаератора вода, нагріта до температури насичення, живильним насосом подається в живильне магістраль і далі в барабан сепаратор. При різкій зміні тиску в деаератори може статися закипання води, що може призвести до порушення роботи насоса. При зміні навантаження на турбіну тиск пари у відборах зміниться, зміниться тиск і в деаератори. Якщо турбіна має регульовані відбори пари, то деаератор слід підключати до цього відбору. Для забезпечення сталості тиску деаератор по пару приєднується до кількох відбором турбін. Сталість тиску в деаератори порушує оптимальний підігрів живильної води по східцях. Але при недогріву води, що йде в деаератор, на 8-10 ° С це вплив незначний, і підігрів в деаератори можна розглядати як загальну ступінь підігріву.
Конструкція Деаераційно колони.
Деаераційно колона (дивись схему) складається з корпусу, кільцевого приймального короба, змішувального пристрою, верхнього і нижнього блоків, колекторів підведення пари, що гріє і гарячих потоків дренажів.
Корпус являє собою сталевий циліндр звареної конструкції з внутрішнім діаметром 2408 мм, виготовлений з листової сталі товщиною 12 мм, до якого приварена сферична кришка. Корпус колонки приварений до деаераторного баку (14).
У верхній частині корпусу розташований кільцевої приймальний короб (2) для прийому холодних потоків конденсату. Внутрішня обичайка короба в нижній частині має прямокутні вікна, через які конденсат надходить в змішувальний пристрій.
Змішувальний пристрій (3) призначене для змішування холодних потоків конденсату, рівномірного розподілу їх по периметру колонки і являє собою короб, утворений внутрішньою обечайкой приймального короба і обечайкой змішувального пристрою у верхній частині, якою є прямокутні вирізи розташовані по всьому периметру.
Верхній блок складається з внутрішньої і зовнішніх обичайок і перфорованого днища (4) (дірчастий щит), привареного з низу. Для забезпечення жорсткості конструкції рівномірного розподілу конденсату по всій поверхні дірчастого щита між обичайками приварені шість перегородок з трьома підлозі отворами в нижній частині кожної перегородки. У центральній частині верхнього блоку є знімний люк, який кріпиться болтами до кільцевому виступу дірчастого щита. Верхній блок прикріплений до корпусу колони шістьма косинками розташованими таким чином що є можливість для вільного проходу пара по периферії.
Нижній блок складається з переливного листа (5) і барботажного устрою. З одного боку переливної лист має виріз для зливу води в барботажное пристрій, а в центрі горловину (6) для проходу пара. У колоні переливної лист закріплений за допомогою утримує каркаса.
Барботажное пристрій складається з перфорованого листа (7), чотирьох зливних труб (8) приварених з боку протилежної сегментному вирізу переливного листа, який виступає над ним на 100 мм паро-перепускного патрубка (9), піддону (10) і двох водо-перепускних труб ( 11) що з'єднують барботажний лист і піддон. Нижній кінець паро-перепускного патрубка опущений в піддон і при заповнення водою останнього утворюється гідрозатвор. Заповнення гідрозатвори забезпечується автоматично, при зміні витрати, подачею води через водо-перепускні трубки з барботажного листа в піддон.
Під нижнім блоком розташовані колектор підведення пари, що гріє (13) і колектори гарячих потоків дренажів.
Колектор гріє пара являє собою перфоровану трубу 325х10 мм. Отвори розташовані сім'ю рядами на нижній частині колектора, що забезпечує рівномірний розподіл пара по всьому простору колонки.
Колектори підведення дренажів є перфоровані труби 108х6мм, вводи яких в колонку виконані на одному рівні з колектором, що гріє пара.
Опис процесу деаерації в колоні.
Холодні потоки конденсату через штуцери введення (1) надходять в кільцевої приймальний короб (2) і далі через прямокутні вікна на внутрішній обечайке в змішувальний пристрій (3).
З змішувального пристрою при досягненні певного рівня, конденсат рівномірним потоком по всьому периметру надходить на перфоровані днище (4) верхнього блоку.
З верхнього блоку конденсат пройшовши через отвори перфорованого днища, дробиться на тонкі струменя. Проходить через струменевий відсік конденсат нагрівається до температури близької до температури насичення і потрапляє на нижній блок. Спочатку на переливної лист (5), потім через сегментний виріз переливного листа надходить на перфорований лист (7) барботажного устрою. За барботажний листу вода рухається зліва на право і обробляється пором, які пройшли через отвори щита. Відбувається нагрів до температури насичення і остаточне видалення розчинених газів.
В кінці барботажного листа вода через чотири зливні трубки (8), верхні кінці яких, для забезпечення постійного шару води, виступають на 100 мм над листом, надходить в нижню частину колони і далі через зливну горловину (15) зливаються в деаераторного бак (14) .
Зливна горловина забезпечує постійний рівень води в нижній частині колони перед надходженням її в деаераторного бак. Злив води з зливних трубок відбувається під цей рівень, що перешкоджає проходженню пара через зливні труби в обхід барботажного устрою.
Гріючийпар з перфорованого колектора (12) подається під барботажний лист. Ступінь перфорації листа обрана такою, що при мінімальному навантаженні під листом створюється стійка парова подушка, що виключає провал води через отвори листа. На барботажному аркуші відбувається інтенсивна парова обробка шару води, що рухається в бік зливних труб і глибока і стабільна дегазація.
Чи не сконденсувалася пар і виділилися з води гази піднімаються вгору і через горловину (6) переливного листа надходять в струменевий відсік.
Зі збільшенням продуктивності і витрати пара тиск в паровій подушці зростає, і пар в обхід барботажного листа через паро-перепускний патрубок (9) гідрозатвори надходить в струменевий відсік.
У струменевому відсіку пар, рухаючись в гору, перетинає і омиває падаючі вниз, з перфорованого днища струменя води. При цьому відбувається перемішування води з парою, підігрів її до температури, близької до температури насичення при даному тиску в колонки і попередня дегазація води. Конденсат пари, що гріє приєднується до струменів води, а Несконденсировавшиеся гріючийпар і виділилася з води газ по периферії, через кільцевої зазор між корпусом і верхнім блоком, проходять в верхню частину колонки, забезпечуючи її вентиляцію і підігрів зустрічних потоків води, що надходять з змішувального пристрою (3 ), і далі через штуцер випару відводяться з колонки.