Удаление кислорода из системы гвс. Новый метод удаления кислорода из воды

Очистка воды от углекислого газа называется дегазацией, этот процесс бывает химическим и физическим. Во всякой природной воде всегда есть растворённые газы, причём некоторые из них оказывают коррозионное действие на трубы – такие как кислород, углекислый газ и сероводород. К тому же, последний придает воде неприятный запах тухлых яиц, а углекислый газ даже способен активно разрушать бетон. Поэтому одна из приоритетных задач – избавление от этих компонентов при или производства.

Химическая дегазация

В процессе химической очистки воды от углекислого и других газов применяются реагенты, химически связывающие газы, растворённые в ней. Например, очистить от кислорода воду можно, добавив в неё сернистый газ, сульфит натрия или гидразин.

Сульфит натрия окисляется кислородом до сульфата, из сернистого газа получается вначале сернистая кислота, которая окисляется до серной. Практически полностью можно очистить воду при помощи гидразина – при реакции с ним кислород полностью поглощается, а выделяется инертный азот. Использование гидразина является наиболее эффективным способом химической очистки воды, но и самым дорогим из-за высокой стоимости реагента. Поэтому он чаще всего используется для окончательной дегазации воды после использования физических методов.

При удалении сероводорода чаще всего используется хлор, который окисляет сероводород до серы или до сульфатов. Обе реакции протекают параллельно, а преобладание одной из них зависит от рН среды и концентрации хлора.

Недостатки химических способов очистки воды от углекислого и прочих газов:

• использование реагентов удорожает и усложняет процесс очистки воды;
• передозировка реагентов приводит к ухудшению качества очищаемой воды.

Из-за этого химическая дегазация используется реже, чем физическая.

Физическая дегазация

Физически растворённые газы можно удалить из воды двумя способами:

1. довести почти до нуля парциальное давление удаляемого газа в атмосфере, контактирующей с водой;
2. создать условия, когда растворимость газа в воде стремится к нулю.

Первый способ называется аэрацией воды, с помощью него осуществляется очистка воды от углекислого газа и сероводорода, имеющих очень низкое парциальное давление в атмосфере.

Кислород, составляющий значительную долю атмосферы, аэрацией удалить невозможно. Поэтому для его удаления вода доводится до кипения, при котором любой газ стремится её покинуть. Вода либо нагревается в термических деаэраторах, либо её вакуумируют до момента закипания в вакуумных дегазаторах.

Существуют несколько типов дегазаторов, различающихся конструктивно, характером движения воздуха и воды и условиями процесса дегазации:

• плёночные дегазаторы. Это колонны, наполненные различными насадками, по которым тонкой плёнкой стекает вода. Насадки многократно увеличивают поверхность контакта воды с воздухом, который подаётся вентилятором во встречном направлении;
• барботажные дегазаторы. В них через толщу медленно движущейся воды проходят пузырьки сжатого воздуха;
• вакуумные дегазаторы. Здесь разрежение над водой создаётся специальными устройствами до того момента, пока она не начинает кипеть при имеющейся температуре.

В сфере чаще применяются плёночные дегазаторы, а для избавления от кислорода – термические или вакуумные. Дороговизна эксплуатации барботажных дегазаторов из-за большого расхода энергии на сжатие воздуха ограничивает их использование.

Проектирование дегазаторов должно отталкиваться от следующих параметров:

• площадь поперечного сечения аппарата, которая зависит от допустимой плотности орошения насадки;
• площадь поверхности насадки, необходимой для эффективной дегазации;
• расход воздуха.

Очистка воды от углекислого газа, кислорода и сероводорода – важный этап комплексной водоочистки. Эта процедура позволяет избавиться от вредных компонентов, которые в противном случае оказывают губительное воздействие на дорогостоящее промышленное оборудование.

Важнейшим фактором коррозии железа в воде является растворенный кислород. В обратных трубопроводах конденсата нагревательных систем свободная двуокись углерода также имеет первостепенное значение.
Степень удаления свободного кислорода, необходимая для предупреждения серьезной коррозии, зависит от рабочей температуры и, в меньшей степени, от количества воды, проходящей через систему. В системах холодной воды желательно, чтобы содержание кислорода не превышало 0,2 мл/л. Когда требуется достигнуть меньшего содержания кислорода, чем это возможно при одноступеньчатой деаэрации, применяется дополнительная химическая обработка воды, выходящей из деаэратора (сернистонатриевой солью или путем применения много-ступеньчатой деаэрации). При 70°, как это имеет место во многих горячих системах водоснабжения, обычно не требуется уменьшение содержания кислорода ниже 0,07 мл/л. Для паровых котлов, работающих под давлением ниже 17,5 кг/см2 -(без экономайзеров), желательный предел не должен превышать примерно 0,02 мл/л для котлоз высокого давления (или при применении экономайзеров) требуется практически полное отсутствие кислорода, т. е. ниже 0,0035 мл/л.

ХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ГАЗОВ, РАСТВОРЕННЫХ В ВОДЕ (ДЕАКТИВАЦИЯ)

ФИЗИЧЕСКИЙ СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ГАЗОВ, РАСТВОРЕННЫХ В ВОДЕ (ДЕАЭРАЦИЯ)

Деаэрация холодной воды

Существуют установки для деаэрации воды без нагревания дающие 15000 м3 в день и снижающие содержание кислорода до 0,22 мл/л, что признано достаточным для предупреждения коррозии и образования бугорков в длинном стальном трубопроводе. Вода в таком аппарате разбрызгивается по специальным лоткам камеры, находящейся под низким давлением. Газы могут удаляться паровыми эжекторами с холодильниками или вакуумными насосами.

Деаэрация горячей воды

Главным условием деаэрации является поддержание воды в тонкораспыленном состоянии (в течение достаточного времени) при температуре кипения, соответствующей давлению, при котором растворенные газы свободно выделяются. При простом типе открытого нагревателя питательной воды деаэратор, при нагреве до 88 - 93° и свободном отводе газов в атмосферу, снижает концентрацию кислорода приблизительно до 0,3 мл/л. Это значительно уменьшает коррозию паровых котлов низкого давления. Однако в экономайзерах или котлах высокого давления коррозия так сильно возрастает с температурой, что необходимо более полное удаление кислорода.

Деаэраторы для горячих систем водоснабжения

Такой тип деаэраторов предназначен преимущественно для больших зданий, например, для больниц, гостиниц и т. п. Воду нагревают под вакуумом так, чтобы температура кипения ее не превышала 60-80°. Греющий пар проходит через змеевики и поэтому вода не соприкасается с ним и не загрязняется. Воду разбрызгивают вниз по тарелкам и нагревают двумя рядами паровых змеевиков. Температура пара, поступающего в нижние змеевики, выше температуры воды, которая вследствие этого испаряется; пар увлекает выделившиеся газы через клапан, охлаждаемый входящей холодной водой. Конденсат из клапана стекает обратно, в тарелочную камеру, в то время как газы выбрасываются вакуумным насосом или паровым эжектором.
Деаэратор помещается в подвале здания и требует циркуляционного насоса для горячей воды; иногда его устанавливают на достаточно высоком уровне, чтобы возможна была подача воды за счет естественной циркуляции. В таких условиях достигается концентрация кислорода 0,04 мл/л, что обеспечивает защиту системы от коррозии при температуре ниже 70°.

Деаэраторы для котловой питательной воды

В этих деаэраторах осуществляется прямой контакт воды с паром. Чаще всего применяются деаэраторы тарелочного типа, работающие под давлением или вакуумом. Деаэратор с распылением, работающий под небольшим давлением, широко применяется в котельных установках. В деаэраторе тарелочного типа холодная питательная вода проходит через холодильник, затем поступает в камеру, нагреваемую паром, где разбрызгивается на металлические тарелки. После этого вода стекает в резервуар для хранения. Пар наполняет все пространство, причем направление его движения таково, что он нагревает воду и удаляет выделяющиеся газы. Таким образом можно достигнуть практически полного отсутствия кислорода в воде.
В более современной модели деаэратора происходит распыление воды в атмосферу пара при давлении приблизительно 0,1 кг/см2. Этот тип деаэратора разработан для судовых котлов. Вероятно он найдет применение также и для котлов стационарного типа.
Деаэратор состоит из холодильника, секции с паровым обогревом, деаэрационной секции, окружающей впуск пара, и секции для хранения деаэрированной воды, расположенной внизу аппарата. Холодная питательная вода проходит через холодильник, затем через распыляющие форсунки, поступает в камеру, обогреваемую паром, и снова через форсунки в деаэрационную камеру, а затем в водосборник. Пар входит в деаэрационную камеру под давлением 0,7 кг/см2 и подымается в холодильник, где выпускаются удаляемые (неконденсирующиеся) газы, а теплота пара передается воде, вступающей в аппарат. Большая часть растворенного кислорода удаляется из воды при первоначальном ее нагревании; последние 5% кислорода удаляются значительно труднее. Для этого служит деаэрационная камера, которая обеспечивает практически, полное удаление кислорода из воды.
Наиболее мощные деаэраторы удаляют также всю свободную двуокись углерода и частично -полусвязанную углекислоту и другие газы. При этом, вследствие удаления двуокиси углерода, рН воды увеличивается.
Разработкой новых типов деаэраторов практически решен, вопрос об устранении коррозии в водных системах и паровых котлах. Подобный аппарат следует считать неотъемлемой частью современной котельной установки.

Популярные статьи

В.В. Волков, И.В.Петрова, А.Б.Ярославцев, Г.Ф.Терещенко

Несмотря на то, что содержание растворенного кислорода в воде сравнительно мало (при нормальных условиях порядка 8 мг/л), в микроэлектронике, энергетике и пищевой промышленности выставляются достаточно жесткие требования по снижению его концентрации в технологических водах до уровня нескольких мкг/л. Так, например, в пищевой промышленности кислород, содержащийся в воде, ухудшает качество ряда продуктов, в частности, он становится причиной уменьшения стойкости пива к старению. В энергетике для снижения коррозии и отложения накипи с целью повышения срока службы тепловых сетей и оборудования на 10 и более лет содержание кислорода в воде должно быть на уровне 5 мкг/л.

Наиболее строгие требования, предъявляемые к качеству ультрачистой воды, выдвигает полупроводниковая промышленность – в некоторых случаях требуемый уровень не должен превышать 1 мкг/л. На всех предприятиях микроэлектронной промышленности уже сегодня расходуется огромное количество сверхчистой воды. Сверхчистая вода отсутствует на рынке как коммерческий продукт. В микроэлектронной промышленности она производится непосредственно на предприятиях и по трубопроводам подается в цеха на места ее использования. В настоящее время ультрачистая вода часто используется для промывки кремниевых подложек при производстве интегральных схем. Присутствие растворенного кислорода становится причиной образования оксидного слоя на поверхности подложки, скорость роста которого зависит от времени взаимодействия воды с поверхностью и от концентрации растворенного кислорода. Образование оксидного слоя происходит даже тогда, когда используется ультрачистая вода с низким уровнем растворенного кислорода 40-600 мкг/л.

Удаление растворенного кислорода из воды может быть достигнуто как физическими, так и химическими методами. Химические методы, позволяют проводить глубокую реагентную очиcтку воды от растворенного кислорода. Однако, традиционные химические методы (восстановление гидразингидратом или сульфитом натрия при повышенных температурах) имеют существенный недостаток – введение примесей (реагентов) в воду в процессе очистки.

Традиционные физические методы, такие как термическая дегазация, вакуумная дегазация или азотная пузырьковая деаэрация, являются дорогостоящими, требуют больших размеров установки и имеют небольшую площадь активной поверхности на единицу объема. Кроме того, с помощью данных подходов достаточно сложно снизить концентрацию растворенного кислорода с нескольких частей на миллион до уровня нескольких частей на миллиард.

Применение мембранных контакторов позволяет достичь более глубоких степеней очистки и имеет ряд преимуществ: существенное увеличение площади поверхности газ-жидкость на единицу объема, большие скорости массопереноса, отсутствие дисперсии между фазами и возможность масштабирования (модульность конструкций). Эти преимущества делают мембранные методы привлекательным выбором среди других доступных физических способов удаления кислорода. Так, например, недавно на атомных электростанциях в Южной Корее (Kori и Wolsung) были установлены новые системы водоподготовки, состоящие из двух компактных мембранных модулей-контакторов суммарной площадью 260 м 2 . Данная технология позволяет снижать содержание растворенного кислорода в технологических водах АЭС до 0,39 и 0,18 мг/л, соответственно, путем физической сдувки газом-носителем и вакуумированием при 50 о С.

Однако, такие методы имеют ряд недостатков, например, частичное испарение воды во время проведения процесса, большой расход инертного газа (например, азота) или пара, использование дополнительного оборудования для создания и поддержания технического вакуума. Кроме того, для достижения высоких степеней очистки воды от растворенного кислорода (менее 1 мкг/л) требуется использование двухступенчатых систем: предварительная стадия – снижение до 100 мкг/л, и завершающая очистка до уровня 1 мкг/л и ниже.

Перспективным химическим методом удаления растворенного кислорода является процесс каталитического восстановления кислорода водородом на палладиевом катализаторе с образованием воды. Существенным недостатком таких методов является необходимость предварительного насыщения воды водородом. Данная проблема сегодня частично решается в промышленности с помощью применения специальных форсунок или мембранных контакторов. Таким образом, существующие каталитические методы удаления требуют проведения процесса в две стадии: предварительное растворение водорода в воде и последующее восстановление растворенного кислорода в воде водородом на палладиевом катализаторе.

Недавно Институтом нефтехимического синтеза им.А.В.Топчиева РАН (ИНХС РАН) совместно с Голландской организацией прикладных научных исследований (TNO) был разработан и запатентован метод нанесения металлического палладия на внешнюю поверхность гидрофобных полимерных мембран. Разработанная технология нанесения палладиевого катализатора на внешнюю поверхность пористых мембран в виде наноразмерных частиц позволила совместить в одном модуле преимущества высокоэффективных контакторов газ-жидкость с высокой глубиной очистки воды характерной для химических реакторов (рис.1). Важным достоинством данного комбинированного подхода является реализация одностадийного процесса удаления из воды растворенного кислорода при комнатной температуре без стадии барботажа водорода в воде.

Принцип действия заключается в том, что вода, содержащая растворенный кислород, омывает мембрану с внешней стороны, а водород, используемый в качестве восстановителя, подается внутрь пористой половолоконной мембраны и диффундирует через поры мембраны к внешней палладированной поверхности, где и протекает реакция восстановления кислорода водородом с образованием молекул воды.

Рис.1. Принцип одностадийного удаления растворенного кислорода из воды в мембранном контакторе/реакторе.

Разработанный метод нанесения палладия на внешнюю поверхность полимерных мембран позволяет получать каталитические мембраны с количеством палладия менее 5 масс.%. По данным сканирующей электронной микроскопии видно, что палладий находится на внешней стороне мембраны (рис.2), при этом методами РСА, ЭДА и EXAFS было доказано, что палладий на поверхности полых волокон находится только в металлической форме с размером частиц порядка 10-40 нм.

Рис.2. Внешняя поверхность Pd-содержащих пористых полипропиленовых половолоконных мембран: а – оптическая микроскопия (увеличение в 70 раз), б – сканирующая электронная микроскопия (увеличение в 8500 раз).

Разработанный метод нанесения был успешно адаптирован на неразборный коммерческий мембранный контактор Liqui-Cel Extra Flow (1,4 м 2 ; США). Для изучения процесса удаления растворенного кислорода из воды использовался режим по газу, при котором полностью исключалась физическая сдувка и удаление было возможно только за счет каталитической реакции восстановления. При подаче водорода наблюдается резкое падение концентрации кислорода в воде при комнатной температуре только за счет каталитической реакции.

Рис.3. Зависимость концентрации растворенного кислорода в воде от времени проведения эксперимента в проточном режиме: 1 – гелий (расход воды 25 л/ч); 2 – водород (расход воды 25 л/ч); 3 – водород (расхода воды 10 л/ч).

При пилотных испытаниях каталитического мембранного контактора/реактора в режиме рециркуляции воды в системе (температура 20 о С) концентрация растворенного кислорода в воде была снижена более чем на 4 порядка до уровня 1 мкг/л и ниже только за счет каталитической реакции. Такая реализация позволяет исключить неминуемо высокие расходы газа или пара по сравнению с традиционным процессом физической сдувки. Полученные результаты, соответствуют самым жестким требованиям предъявляемым промышленностью к ультрачистой воде в настоящее время.

Длительные (6месяцев) испытания показали высокую стабильность каталитической активности мембранных контакторов. Было установлено, что даже в случае отравления катализатора или его деактивации возможно повторное нанесение палладия на поверхность мембран эксплуатируемого мембранного контактора/реактора.

В результате проведенных исследований ИНХС РАН совместно с TNO разработан каталитический мембранный контактор/реактор, содержащий палладиевый катализатор, нанесенный специальным способом на внешнюю поверхность пористых полипропиленовых половолоконных мембран. Более того, методика адаптирована таким образом, что процесс нанесения осуществляется без разбора промышленных мембранных контакторов, обеспечивая простоту и масштабирование их производства до необходимого уровня. Стоимость процесса нанесения палладия может быть оценена на уровне 5-7 евро за 1 м 2 мембраны.

Разработанный одностадийный метод удаления растворенного кислорода полностью готов к коммерциализации и позволяет получать сверхчистую технологическую воду для различных областей микроэлектроники, энергетики и пищевой промышленности.

Наличие кислорода в греющей паровой системе приводит к коррозии котлов, тепловых сетей, снижает эффективность переноса тепла с паром.
Существуют химические и физические методы удаления кислорода из питательной воды. Физические методы деаэрации осуществляются вакуумным, термическим способом, азотной пузырьковой деаэрацией.

Химические методы удаления кислорода - дозирующее оборудование серии «MWT R»

1. На котлах низкого давления до 7,0 Мпа, с применением сульфита натрия, метабисульфита натрия;
2. На котлах высокого, сверхвысокого, сверхкритичного давления, с применением гидразин гидрата (при окислении образуется азот и вода), диэтилгидроксиламин, изоаскорбиновую кислоту, карбогидразин, гидрохинон, пленкообразующий амин - хеламин.

Степень извлечения свободного кислорода для предотвращения котловой коррозии, коррозии сетей, зависит от температуры теплоносителя, объема воды. Содержание кислорода в системах питательной воды при одноступенчатой аэрации достигает значения не более 0,2 мл/л, а при условии содержания кислорода менее 0,07 мл\л, применяется дополнительная обработка воды дозированием химических препаратов.

Каталитический метод глубокого удаления кислорода на палладиевом катализаторе, напорной фильтрации - оборудование серии «MWT Pl»

Глубокое удаление растворенного кислорода из воды от 20 мкг\л, расчетной скоростью фильтрации от 5 – 80 м\ч. Извлечение растворенного кислорода входящей воды, основывается на принципе взаимодействия палладированного ионитного материала с восстановлением кислорода водородом. Фильтрующий каталитический материал химически стойкий к кислотам, щелочам – нерастворим в органических растворителях, воде, не ядовитый, негорючий, не взрывоопасный. Промывка фильтра производится обратным током при наличии не растворенных соединений, либо без промывки в условиях чистой воды до 10 мкм.

Технические характеристики фильтрующего материала:

Мембранная дегазация для глубокого удаления кислорода - оборудование серии «MWT MD»

Применение технологии глубокого удаления кислорода для паровых и водогрейных систем, с использованием гидрофобных мембран в мембранных контакторах, позволяет достигать глубокой степени очистки воды до 1 мкг\л, а при необходимости удаления кислорода менее 1 мкг/л двухступенчатой дегазацией, с физической сдувкой газом и вакуумированием, при предварительном снижением до 100 мкг/л.

Преимущества применения мембранной дегазации «MWT MD»:

1. Блочное наращивание для увеличения производительности;
2. Регулирование степени извлечения растворенного кислорода;
3. Стабильные показатели высокого качества дегазации;
4. Незначительные эксплуатационные затраты;
5. Безреагентная дегазация.

Способы деаэрации питательной воды в котельных

. Использование реагентов

Для связывания кислорода в питательной и сетевой воде можно использовать комплексные , позволяющие не только снизить концентрацию кислорода и углекислого газа до нормативных значений, но стабилизировать рН воды и предотвратить образование отложений. Таким образом, может быть достигнуто требуемое качество сетевой воды без применения специального деаэрирующего оборудования.

. Химическая деаэрация

Суть химической деаэрации состоит в добавлении в питательную воду реагентов, которые позволяют связать содержащиеся в воде растворенные коррозионноактивный газы. Для водогрейных котлов мы рекомендуем использовать комплексный реагент - ингибитор коррозии и отложений . Для удаления из воды растворенного кислорода при водоподготовке для паровых котлов - , который часто позволяет работать без деаэрации . В случае, если имеющийся деаэратор работает некорректно, то для коррекции водно-химического режима рекомендуем использовать реагент . Для пищевых производств также рекомендуется использовать реагент Advantage 456

. Деаэраторы атмосферного типа с подводом пара

Для деаэрации воды в котельных с паровыми котлами применяются в основном термические двухступенчатые деаэраторы атмосферного типа (ДСА), работающие при давлении 0,12 МПа и температуре 104 °С. Такой деаэратор состоит из деаэрационной головки, имеющей две или более перфорированные тарелки, или другие специальные устройства, благодаря которым исходная вода, разбиваясь на капли и струи, падает в аккумуляторный бак, встречая на своем пути движущийся противотоком пар. В колонке происходит нагрев воды и первая стадия ее деаэрации. Такие деаэраторы требуют установки паровых котлов, которые усложняют тепловую схему водогрейной котельной и схему химводоподготовки.

. Вакуумная деаэрация

В котельных с водогрейными котлами, как правило, применяются вакуумные деаэраторы, которые работают при температурах воды от 40 до 90 °С.
Вакуумные деаэраторы имеют множество существенных недостатков: большая металлоемкость, большое количество дополнительного вспомогательного оборудования (вакуумные насосы или эжекторы, баки, насосы), необходимость расположения на значительной высоте для обеспечения работоспособности подпиточных насосов. Главным же недостатком является наличие существенного количества оборудования и трубопроводов, находящихся под разряжением. В результате через уплотнения валов насосов и арматуры, неплотности во фланцевых соединениях и сварных стыках в воду поступает воздух. При этом эффект деаэрации полностью пропадает и даже возможен рост концентрации кислорода в подпиточной воде по сравнению с исходной.

. Термическая деаэрация

В воде всегда содержатся растворенные агрессивные газы, прежде всего кислород и углекислота, которые вызывают коррозию оборудования и трубопроводов. Коррозионно-активные газы попадают в исходную воду в результате контакта с атмосферой и других процессов, например, ионном обмене. Основное коррозионное воздействие на металл оказывает кислород. Углекислота ускоряет действие кислорода, а также обладает самостоятельными коррозионными свойствами.

Для защиты от газовой коррозии применяется деаэрация (дегазация) воды. Наибольшее распространение нашла термическая деаэрация. При нагреве воды при постоянном давлении растворенные в ней газы постепенно выделяются. Когда температура повышается до температуры насыщения (кипения), концентрация газов снижается до нуля. Вода освобождается от газов.

Недогрев воды до температуры насыщения, соответствующей данному давлению, увеличивает остаточное содержание в ней газов. Влияние этого параметра весьма существенно. Недогрев воды даже на 1 °С не позволит достичь требований «ПУБЭ» для питательной воды паровых и водогрейных котлов.

Концентрация растворенных в воде газов очень мала (порядка мг/кг), поэтому недостаточно выделять их из воды, а важно еще удалить их из деаэратора. Для этого приходится подавать в деаэратор избыточный пар или выпар, сверх количества, необходимого для нагрева воды до кипения. При общем расходе пара 15-20 кг/т обрабатываемой воды, выпар составляет 2-3 кг/т. Снижение выпара может существенно ухудшить качество деаэрированной воды. Кроме того, бак деаэратора должен иметь значительный объем, обеспечивающий пребывание в нем воды не менее 20 ... 30 минут. Длительное время необходимо не только для удаления газов, но и для разложения карбонатов.

Для самостоятельного выбора реагентов

Получить консультацию по подбору:

Заполнить