кварк_логотипконтактная информация
Каталог продукции (а-я)
Полезная информация
О компании
Наши клиенты
Get Adobe Flash player
 

Скачать данную статью в формате Adobe Acrobat (.pdf)
 

Современные способы деаэрации

Современный подход к деаэрации воды основан на физических законах, определяющих механизм растворения газа в воде, и способах воздействия на жидкость, способствующих уменьшению равновесной концентрации растворённого газа, помимо термического воздействия.

Данный подход базируется на следующих принципах.

Во-первых, в современном деаэраторе стадии подогрева воды и собственно дегазации принципиально разделены, что позволяет значительно повысить эффективность вышеуказанных процессов и применить при подогреве воды до необходимого уровня наиболее прогрессивные решения, такие как интенсифицированные кожухотрубчатые теплообменные аппараты, струйные подогреватели, пластинчатые теплообменники и т.п.

Во-вторых, удаление газов из воды в современном деаэраторе производится с помощью механизма принудительной десорбции.

Теоретически механизм принудительной десорбции состоит в следующем.

Растворимость газов в воде объясняется определённой “рыхлостью” структуры жидкости, наличием своеобразных пустот. К примеру, в насыщенном солевом растворе растворимость газов падает примерно в 10 раз [8]. При испытании жидкости на разрыв, ее прочность для реальной воды составляет 0,1¸1,0 МПа, а для полностью дегазированной воды увеличивается до уровня 103 МПа, причем разрыв жидкости происходит в местах нахождения пузырьков газа.

Согласно термодинамической теории, в чистой жидкости газ должен раствориться до субмолекулярных размеров, однако присутствие примесей в виде нерастворимых гидрофобных частиц обеспечивает устойчивое существование газовой фазы в виде пузырьков размерами порядка 10-7 м [7]. Пузырьки таких размеров обладают ничтожной подъёмной силой и удерживаются в воде броуновским движением. Однако именно наличие таких пузырьков способствует выделению газов.

Значительное выделение газов из воды может происходить даже без термического воздействия. Так, при дросселировании воды в область пониженного давления через насадки различной конфигурации, степень дегазации составляет 41% при избыточном давлении ~0,25 МПа и практически 99 % при давлении ~0,6 МПа [7]. Данный эффект объясняется облегченным разрывом воды в области нахождения газовых включений [9].

При вводе в рабочий объем деаэрационного устройства воды, перегретой выше температуры насыщения, соответствующей давлению в этом объеме, в результате комбинированного гидродинамического воздействия и фактора вскипания происходит диспергирование потока. Образующийся двухфазный поток характеризуется обособлением жидкой и парогазовой среды, причем объемное соотношение фаз зависит от удельного расхода выпара, т.е. степени перегрева воды. Движущим фактором десорбции является уменьшение концентрации растворённого газа в последовательных процессах дробления жидкости и коагуляции капель.

Вскипание жидкости в соответствии с термодинамической теорией фазовых превращений происходит на газовых пузырьках, поэтому выход газов и образование выпара совпадает по времени и месту и является быстротекущим процессом без подключения диффузионного механизма [10].

Вышеописанный принцип газоудаления в полном объеме реализован в разработанном компанией «КВАРК» щелевом деаэраторе. [17].

Принципиальная конструкция щелевого деаэратора КВАРК показана на рисунке 1.

При работе деаэратора деаэрируемая вода поступает через патрубок (патрубки) подвода воды на щелевые сопла, где происходит её дробление и значительное увеличение скорости потока. Далее поток направляется на профилированную криволинейную поверхность, где происходит разделение парогазовой и водяной фаз. Вода через термическую ступень стекает в патрубок (патрубки) отвода деаэрированной воды. Парогазовая смесь (выпар) направляется в зону охлаждения выпара, где происходит его конденсация на каплях охлаждающей воды, распыливаемой форсунками встроенного охладителя выпара. Конденсат выпара сливается через патрубок отвода конденсата. Неконденсирующиеся коррозионно-активные газы отводятся из деаэратора через воздушную свечу в атмосферу, либо отсасываются вакуум-эжектором (вакуумным насосом).

Рис.1
  1. Корпус.
  2. Патрубок подвода деаэрируемой воды.
  3. Щелевые сопла.
  4. Зона принудительной десорбции.
  5. Зона термической десорбции.
  6. Перегородка охладителя выпара.
  7. Патрубок подвода охлаждающей воды.
  8. Форсунка охладителя выпара.
  9. Зона охлаждения выпара.
  10. Патрубок отвода деаэрированной воды.
  11. Патрубок слива конденсата.
  12. Патрубок отвода неконденсирующихся газов.

Резкое увеличение относительной поверхности жидкости при истечении из щелевых сопел в совокупности с малой длиной диффузионного пути способствуют высокой скорости десорбции [11]. И наоборот, быстрая коагуляция капель при дальнейшей центробежной сепарации двухфазного потока препятствует обратной адсорбции газа водой, поскольку многократно уменьшается поверхность жидкости и увеличивается характерный путь диффузии [12].

Эффект разделения парогазовой и жидкой фаз на криволинейной поверхности определяется профилем кривизны поверхности и разностью плотностей фаз.

Возникающая при этом Архимедова сила FАрх, определяемая по формуле

FАрх=(ρв–ρпг)·Vп·ац,                                                                       (5)

где     ρв– плотность воды,

ρпг – плотность парогазовой среды,

Vп – объем пузыря,

ац – центростремительное ускорение,

оказывается достаточной для выталкивания парогазового пузыря на свободную поверхность потока.

При удельном расходе выпара gп объемное содержание воды φ в двухфазном потоке может быть оценено соотношением:

 ,                                                                         (6)

где ρв, ρп – плотность воды и пара соответственно,

gп – удельный расход выпара (gп=; Gв –расход воды).

Поскольку ρв≈1000 кг/м3; ρп≈0,6 кг/м3 [3, 5], то уравнение (6) преобразуется к виду:

φ ≈ (1+1660∙gп)-1  ,                                                                     (6*)

а значения φ составят величину:

φ = 0,231 при gп=0,002;

φ = 0,167 при gп=0,003;

φ = 0,108 при gп=0,005.

Таким образом, в указанном диапазоне gп структура двухфазного потока после щелевого сопла изменяется от пузырьковой до пенно-капельной, что соответствует структуре двухфазной среды в наиболее эффективной барботажной ступени традиционного термического деаэратора.

Для дополнительной стабилизации работы в режимах минимальной производительности, в конструкции щелевого деаэратора КВАРК организована пленочно-капельная ступень течения.

Величина удельного объема выпара в щелевом деаэраторе не оказывает влияние на гидродинамическую устойчивость работы деаэратора. Модификация деаэратора со встроенным охладителем выпара позволяет полностью утилизировать теплоту выпара, а также дополнительно регулировать глубину деаэрации за счет изменения температуры деаэрируемой жидкости и количества выпара.

© 1994-2019 ООО "КВАРК ПромЭнергоСистемы". Все права защищены.