РД 34.40.101-68 Настанови щодо проектування термічних деаераційних установок живильної води котлів

РУКОВОДЯЩИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ
ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕАЭРАЦИОННЫХ
УСТАНОВОК
ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ КОТЛОВ

РД 34.40.101-68 

Соответствует официальному тексту 

 «ЭНЕРГИЯ»
Составлен Всесоюзным ордена Трудового Красного Знамени
теплотехническим научно-исследовательским институтом
имени Ф. Э. Дзержинского
и Центральным научно-исследовательским
и проектно-конструкторским котлотурбинным институтом
имени И. И. Ползунова

В «Руководящих указаниях по проектированию термических деаэрационных установок питательной воды котлов» рассмотрены физические основы процесса термической деаэрации воды и характеристики деаэрационных колонок разных типов, даны рекомендации по выбору схемы деаэрации воды, приведены данные по тепловому расчету деаэрационной установки и расчету гидродинамической устойчивости и выделения кислорода для различных типов колонок и барботажных устройств, а также рассмотрены вопросы параллельной работы деаэраторов, автоматизации и защиты деаэрационных установок.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие «Руководящие указания» (РУ) разработаны совместно Центральным научно-исследовательским котлотурбинным институтом (ЦКТИ) и Всесоюзным теплотехническим научно-исследовательским институтом (ВТИ) по заданию бывшего Государственного комитета Совета Министров СССР по автоматизации и машиностроению и рекомендации научно-технического совещания по термической деаэрации воды, состоявшегося в июне 1960 г. в Ленинграде.

РУ по проектированию термических деаэрационных установок в отечественной практике разработаны впервые.

В окончательной редакции РУ учтены отзывы заинтересованных заводов, проектных, наладочных организаций и ряда районных энергоуправлений.

Так как не по всем вопросам имелись достаточные исходные материалы, отдельные разделы были составлены с различной степенью полноты. Дополнение и уточнение содержащихся в них рекомендаций будут производиться при периодических пересмотрах РУ по мере накопления новых данных.

Выход в свет настоящих РУ должен способствовать более совершенному проектированию деаэрационных установок. Изложенные в них общие методические указания должны учитываться и при модернизации действующих установок.

Введение, гл. 1, 2, 3 (§ 3-1, 3-5 и 3-6), 4, 8, 9, 11 разработаны совместно ЦКТИ (Ю. М. Шубников) и ВТИ (И. К. Гришук, Б. М. Столяров); гл. 3 (§ 3-2), 5, 7 (§ 7-1) - ЦКТИ (Ю. М. Шубников); главы 3 (§ 3-3 и 3-4), 6, 7 (§ 7-2) - ВТИ (И. К. Гришук, Б. М. Столяров); гл. 10 - ЦКТИ (В. К. Глухов, В. И. Иванова); соображения по удалению свободной двуокиси углерода и разложению бикарбоната натрия - ЦКТИ (В. А. Пермяков).

При разработке ВТИ § 7-3 были использованы материалы Уралэнергометаллургпрома (Г. П. Сутоцкий).

Руководство работой по составлению материалов, представленных ВТИ, осуществлялось Л. Д. Берманом, принимавшим также участие в согласовании совместной с ЦКТИ редакции РУ.

Руководство работой по составлению материалов, представленных ЦКТИ, и согласование совместной с ВТИ редакции РУ выполнены Ю. М. Шубниковым при участии В. А. Пермякова и И. И. Оликера.

ВВЕДЕНИЕ

Деаэрация воды широко применяется в качестве основного метода борьбы с коррозией пароводяного тракта и тепломеханического оборудования тепловых электростанций, промышленных и районных отопительных котельных. Непрерывно возрастающий объем строительства конденсационных электростанции и ТЭЦ большой мощности, а также расширение области применения деаэрации воды в котельных, сжигающих природный газ и мазут, приводят к резкому увеличению потребности народного хозяйства в деаэрационном оборудовании. Наряду с этим все более повышаются требования к качеству питательной воды паровых котлов всех типов и параметров.

В связи с этим возникла настоятельная необходимость разработки РУ по проектированию термических деаэрационных установок, основывающихся на результатах новейших исследований и обобщении накопленного опыта проектирования и эксплуатации этих установок. Руководящие указания предназначаются для заводов и проектных организаций, а также для наладочных организаций, работающих в этой области.

В Советском Союзе и за рубежом преимущественное применение получил термический метод дегазации воды при давлении как выше, так и ниже атмосферного. Термическая дегазация (деаэрация), осуществляемая в деаэраторах различных конструкций, а иногда также в конденсаторах паровых турбин, достаточно эффективна и сохраняет основное значение при применении наряду с ней химического связывания кислорода и двуокиси углерода (присадки гидразина и аминирование). Это и послужило основанием для ее рекомендации в ГОСТ 9654-61.

В данных РУ рассматриваются только деаэраторы, работающие при постоянном давлении выше атмосферного.

В течение многих лет во ВТИ и ЦКТИ проводились исследования рабочего процесса и гидродинамической устойчивости термических деаэраторов. Эти исследования велись на лабораторных установках с одиночной струей и каскадом струй (ЦКТИ), на опытных колонках с насадками (ВТИ) и на промышленных установках электростанций (ЦКТИ и ВТИ). Полученные опытные данные и методические работы, выполненные ЦКТИ и ВТИ, послужили основанием для разработки рекомендуемой в РУ методики расчета термических деаэрационных аппаратов различных конструкций. Основные работы, использованные при составлении РУ, приведены в прилагаемом списке литературы.

Новые нормы качества питательной воды, установленные ГОСТ и ПТЭ, предусматривают необходимость глубокого удаления из нее наряду с кислородом также свободной и «связанной» двуокиси углерода.

Необходимость удаления «связанной» двуокиси углерода (продукта термического разложения бикарбоната натрия) возникает при больших добавках в цикл химически обработанной воды, что характерно для ТЭЦ и котельных с большими потерями конденсата пара, отпускаемого на производство.

При большом расходе добавочной воды, обработанной по методу H-Na-катионирования, деаэраторы со струйными и насадочными колонками не обеспечивают удаления свободной двуокиси углерода в соответствии с требованиями ГОСТ 9654-61. Эти требования могут быть выполнены при указанных условиях в случае дополнительного осуществления барботажа воды паром. Применение барботажа позволяет благодаря значительному увеличению поверхности контакта пара и воды, турбулизации последней и пр. достигнуть практически полного (до «следов») удаления свободной двуокиси углерода и определенной степени термического разложения содержащегося в воде бикарбоната натрия, зависящей от давления в деаэраторе, времени пребывания воды в нем, начальной бикарбонатной щелочности и расхода пара на барботаж.

В настоящих РУ по вопросу удаления из воды двуокиси углерода вследствие недостаточной его изученности приводятся лишь некоторые соображения, которые следует учитывать при проектировании деаэрационных установок. Ввиду небольшого количества данных по тепло- и массообмену в барботажных устройствах дается только методика расчета их гидродинамического режима, обеспечивающего устойчивую работу устройства и одновременно достаточную деаэрацию воды.

Важное значение при проектировании деаэрационной установки имеют вопросы схем параллельного включения деаэраторов, комплексной автоматизации и защиты. Рекомендации по этим вопросам, содержащиеся в данных РУ, основываются на материалах ОРГРЭС, ВТИ и ЦКТИ.

Вопросы расчетов элементов деаэраторов на прочность в РУ не рассматриваются.

Глава 1

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕАЭРАЦИИ ВОДЫ

§ 1-1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА

Источниками появления растворенных (абсорбированных) газов в питательной воде паровых котлов являются добавочная вода, аэрированные конденсаты и дренажи. Добавочная химически обработанная вода из-за предшествующего длительного контакта с атмосферой насыщена компонентами воздуха, в том числе кислородом и двуокисью углерода, а в случае применения Na- или H-Na-катионитового метода умягчения воды содержит как свободную, так и «связанную» двуокись углерода. Конденсатные и дренажные потоки могут содержать газы, попадающие туда вследствие присосов воздуха на вакуумных участках пароводяного тракта и аэрации дренажей в открытых дренажных баках.

Термическая деаэрация представляет собой сложным процесс неизотермической десорбции газа, сопровождающейся конденсацией пара на поверхности жидкой фазы.

Под десорбцией понимается процесс, при котором происходит переход растворенного газа или одновременно нескольких газов из жидкости в соприкасающуюся с ней газовую (паровую) среду. До недавнего времени ставилась задача об удалении из питательной воды только растворенного воздуха, содержащего кислород, откуда и произошло название процесса - деаэрация и аппарата - деаэратор.

В связи с тем, что на деаэраторы ГОСТ 9654-61 и нормами качества питательном воды возложены дополнительные функции по удалению свободной и «связанной» двуокиси углерода (термическое разложение NaHCO₃), более правильно называть теперь этот аппарат дегазатором.

Статика процесса десорбции основывается на законах равновесия между жидкой и газовой фазами. В общем случае условия совместного существования фаз определяются наличием динамического равновесия между ними, подчиняющегося правилу фаз. Согласно этому правилу при определенных давлении и температуре некоторому составу одной из фаз соответствует определенный «равновесный» состав второй фазы. Если содержание какого-либо компонента в газовой фазе выше равновесного, то он переходит в жидкую фазу, и наоборот. Состояние динамического равновесия между фазами устанавливается при продолжительном времени соприкосновения фаз.

Растворимость кислорода, азота и углекислого газа в воде различна. Меньшая растворимость двухатомных газов (кислорода и азота) объясняется тем, что эти газы при контакте с водой находятся в весьма перегретом состоянии. Большая (по сравнению с O₂ и N₂) растворимость углекислого газа в воде обусловливается его химическим взаимодействием с водой с образованием угольной кислоты H₂CO₃.

В условиях деаэрационных установок растворы газов могут считаться бесконечно разбавленными. В этом случае переход того или иного компонента из жидкой фазы в газовую не зависит от наличия в растворе других компонентов и определяется лишь содержанием в растворе данного компонента. Для растворов газов, критическая температура которых ниже температуры раствора, вследствие чего они могут конденсироваться при этой температуре, применим закон Рауля: равновесное парциальное давление компонента над раствором p пропорционально его молярной доле и жидкости, т.е.