Деаэратор
Деаэратор — это устройство, которое используется для удаления растворенных газов, таких как кислород, из жидкости.
Термические деаэраторы обычно применяют для удаления растворенных газов в питательной воде парогенераторных котлов . Деаэратор является частью системы подогрева питательной воды. [1] [2] Растворенный кислород в питательной воде вызовет серьезное коррозионное повреждение котла, прикрепляясь к стенкам металлических трубопроводов и другого оборудования, образуя оксиды (например, ржавчину). Растворенный углекислый газ соединяется с водой, образуя угольную кислоту , которая может вызвать дальнейшую коррозию. Большинство деаэраторов предназначены для удаления кислорода до уровня 7 частей на миллиард по весу или меньше, а также для существенного удаления углекислого газа. [3] [4]
Вакуумные деаэраторы используются для удаления растворенных газов из таких продуктов, как продукты питания, средства личной гигиены, косметические продукты, химикаты и фармацевтические препараты, для повышения точности дозирования в процессе розлива , для повышения стабильности продукта при хранении, для предотвращения окислительных эффектов (например, обесцвечивания, изменения цвета). запаха или вкуса, прогорклости), для изменения pH и уменьшения объема упаковки. [5]
Производство деаэраторов началось в 1800-х годах и продолжается по сей день. [ нужна ссылка ]
История
[ редактировать ]Производство деаэраторов началось в 1800-х годах. Они использовались для очистки воды, используемой в процессе производства льда. [6] Нагреватели питательной воды использовались для морских применений. [7] В 1899 году Джордж М. Клейкер получил патент на улучшенный метод деаэрации воды. [8]
Два родственных корабля, «Олимпик» и «Титаник» (1912 г.), имели на борту контактные нагреватели. [9] В 1934 году ВМС США приобрели распылительный деаэратор. [10]
В 1920-е годы усовершенствовались конструкции подогревателей питательной воды и деаэраторов. [11] [12] [13]
Между 1921 и 1933 годами Джордж Гибсон, Перси Лайон и Виктор Ролин из Кокрейна получили патенты на деаэратор / дегазацию для барботирования пара через жидкость. [14] [15] [16]
1926 г. Браун Стэнли получил патент на восстановление газов кислорода и азота (деаэрацию). [17]
В 1937 году Сэмюэл Б. Эпплбаум из Permutit получил патент на деаэратор и очиститель воды. [18] [19]
Деаэраторы продолжают использоваться сегодня во многих областях. [ нужна ссылка ]
Принципы
[ редактировать ]Кислород и азот — это два неконденсирующихся газа, которые удаляются деаэрацией. Закон Генри описывает взаимосвязь растворенных газов и парциального давления. Термическая деаэрация основана на том принципе, что растворимость газа в воде уменьшается по мере увеличения температуры воды и приближения к температуре кипения . В деаэраторе вода нагревается близко к температуре кипения при минимальном перепаде давления и минимальном сбросе. Деаэрация осуществляется путем распыления питательной воды в камеру для увеличения площади ее поверхности и может включать обтекание нескольких слоев тарелок. Этот промывной (или отпарный) пар подается в нижнюю часть деаэрационной секции деаэратора. При контакте пара с питательной водой он нагревает ее до температуры кипения, растворенные газы выделяются из питательной воды и выводятся из деаэратора через воздухоотвод. Очищенная вода попадает в накопительный бак под деаэратором. [20] [3]
В деаэрированную питательную воду котла очень часто добавляют химикаты , поглощающие кислород , для удаления последних следов кислорода, которые не были удалены деаэратором. Тип добавляемого химиката зависит от того, используется ли на предприятии летучая или нелетучая программа очистки воды. В большинстве систем более низкого давления (ниже 650 фунтов на квадратный дюйм (4500 кПа)) используются энергонезависимые программы обработки. Наиболее часто используемым поглотителем кислорода в системах низкого давления является сульфит натрия (Na 2 SO 3 ). Он очень эффективен и быстро реагирует со следами кислорода с образованием сульфата натрия (Na 2 SO 4 ), который не образует накипи. Большинство систем с более высоким давлением (выше 650 фунтов на квадратный дюйм (4500 кПа)) и все системы, в которых присутствуют определенные высоколегированные материалы, в настоящее время используют летучие программы, поскольку многие программы обработки на основе фосфатов постепенно прекращаются. Неустойчивые программы далее разбиваются на окислительные или восстановительные программы [(AVT(O) или AVT(R)] в зависимости от того, требует ли окружающая среда окислительную или восстановительную среду для уменьшения случаев коррозии с ускорением потока. стали причиной многочисленных аварий, повлекших за собой значительные материальные и человеческие потери. [ нужна ссылка ] Гидразин (N 2 H 4 ) представляет собой поглотитель кислорода, обычно используемый в программах очистки летучих веществ. Другие поглотители включают карбогидразид , диэтилгидроксиламин , нитрилотриуксусную кислоту , этилендиаминтетрауксусную кислоту и гидрохинон .
Термические деаэраторы
[ редактировать ]
Термические деаэраторы обычно применяют для удаления растворенных газов в питательной воде парогенераторных котлов . Растворенный кислород в питательной воде вызовет серьезное коррозионное повреждение котла, прикрепляясь к стенкам металлических трубопроводов и другого оборудования, образуя оксиды (например, ржавчину). Растворенный углекислый газ соединяется с водой, образуя угольную кислоту , которая может вызвать дальнейшую коррозию. Большинство деаэраторов предназначены для удаления кислорода до уровня 7 частей на миллиард по весу или меньше, а также для существенного удаления углекислого газа. [3] [4] В деаэраторах парогенерирующих систем большинства теплоэлектростанций используется пар низкого давления, получаемый из точки отбора паротурбинной системы. Однако парогенераторы на многих крупных промышленных объектах, таких как нефтеперерабатывающие заводы, могут использовать любой доступный пар низкого давления. [ нужна ссылка ]
лоткового типа
[ редактировать ]Деаэратор тарельчатого типа имеет вертикальную куполообразную деаэрационную секцию, установленную над горизонтальным резервуаром для хранения питательной воды котла. Питательная вода котла поступает в секцию вертикальной деаэрации через распылительные клапаны над перфорированными лотками и затем течет вниз через перфорационные отверстия. Деаэрационный пар низкого давления поступает под перфорированные тарелки и течет вверх через перфорации. Совместное действие распылительных клапанов и лотков гарантирует очень высокую производительность благодаря более длительному времени контакта пара и воды. [21] [ нужна проверка ] В некоторых конструкциях вместо перфорированных лотков используются различные типы насадочных слоев , чтобы обеспечить хороший контакт и смешивание пара с питательной водой котла. [ нужна ссылка ]
Пар удаляет растворенный газ из питательной воды котла и выходит через выпускной клапан в верхней части куполообразной секции. Если этот выпускной клапан не будет открыт в достаточной степени, деаэратор не будет работать должным образом, в результате чего в котлы попадет питательная вода с высоким содержанием кислорода. Если в котле нет анализатора содержания кислорода, высокий уровень хлоридов в котле может указывать на то, что выпускной клапан недостаточно открыт. Некоторые конструкции могут включать в себя вентиляционный конденсатор для улавливания и рекуперации воды, попавшей в выбрасываемый газ. Вентиляционная линия обычно включает в себя клапан, благодаря которому вместе с выпускаемыми газами выходит ровно столько пара, чтобы образовался небольшой видимый контрольный шлейф пара. [ нужна ссылка ]
Деаэрированная вода стекает в горизонтальный резервуар-накопитель, откуда насосами перекачивается в парогенераторную котельную систему. Греющий пар низкого давления, который поступает в горизонтальный резервуар через барботажную трубу в нижней части резервуара, предназначен для поддержания хранимой питательной воды котла теплой. Для изготовления трубки барботера рекомендуется использовать нержавеющую сталь. [22] Внешняя изоляция сосуда обычно предусматривается для минимизации потерь тепла.
распылительного типа
[ редактировать ]Типичный деаэратор распылительного типа представляет собой горизонтальный резервуар, имеющий секцию предварительного нагрева и секцию деаэрации. Две секции разделены перегородкой. Пар низкого давления поступает в резервуар через барботер в нижней части резервуара. распыляется Питательная вода котла в секцию, где она предварительно нагревается поднимающимся паром из барботера. Целью распылителя питательной воды и секции предварительного нагрева является нагрев питательной воды котла до температуры насыщения для облегчения удаления растворенных газов в следующей секции деаэрации. Предварительно нагретая питательная вода затем поступает в секцию деаэрации (F), где она деаэрируется паром, поднимающимся из барботажной системы. Отпаренные из воды газы выходят через вентиляционное отверстие в верхней части сосуда. Опять же, некоторые конструкции могут включать в себя вентиляционный конденсатор для улавливания и рекуперации воды, унесенной выходящим газом. Опять же, вентиляционная линия обычно включает в себя клапан, благодаря которому вместе с выпускаемыми газами выходит ровно столько пара, чтобы образовался небольшой и видимый контрольный шлейф пара. Деаэрированная питательная вода котла перекачивается из нижней части корпуса в парогенераторную котельную систему. Глушители (опция) используются для снижения уровня шума при вентиляции в производстве деаэраторного оборудования. [ нужна ссылка ]
Вакуумные деаэраторы
[ редактировать ]
Деаэраторы также используются для удаления растворенных газов из таких продуктов, как продукты питания, средства личной гигиены, косметические продукты, химикаты и фармацевтические препараты, для повышения точности дозирования в процессе розлива , для повышения стабильности продукта при хранении, для предотвращения окислительных эффектов (например, обесцвечивания, изменения цвета). запаха или вкуса, прогорклости), для изменения pH и уменьшения объема упаковки. Вакуумные деаэраторы также используются в нефтехимической сфере. [5]
В 1921 году в Питтсбурге использовался резервуар с вакуумным насосом для удаления газов. [23] В 1934 и 1940 годах в Индиане использовался резервуар с вакуумным насосом для удаления газов. [24] [25]
Вакуумные деаэраторы могут иметь резиновую облицовку внутри для защиты стальных головок и корпуса от коррозии. [26]
Вращающийся диск
[ редактировать ]В типичной конструкции продукт распределяется тонким слоем на высокоскоростном вращающемся диске с помощью специальной системы подачи. Центробежная сила перебрасывает его через перфорированный экран на внутреннюю стенку сосуда, находящегося под вакуумом. При этом воздушные (газовые) карманы высвобождаются и удаляются вакуумом. Сливной насос транспортирует деаэрированный продукт на следующий процесс производственной линии. Для высоковязких продуктов вращающийся диск заменяется статическим. [ нужна ссылка ]
Другие типы
[ редактировать ]Звуковые волны с использованием ультразвукового оборудования можно использовать для деаэрации воды. [27] [28]
Производство
[ редактировать ]Сварка стальных сосудов под давлением во время производственного процесса иногда требует термообработки после сварки , рентгеновского излучения, проникновения красителя, ультразвука и других типов неразрушающего контроля. Нормы ASME по котлам и сосудам под давлением , NACE International и HEI (Институт теплообмена) имеют рекомендации по типу необходимых испытаний. [29] В более старых технологиях изготовления корпуса и головок также использовался чугун. [30]
Теплоизоляция иногда требуется после изготовления или после установки на объекте. Изоляция используется для уменьшения теплопотерь. [31]
Осмотр и техническое обслуживание
[ редактировать ]NACE International (теперь известная как Ассоциация по защите и эксплуатации материалов (AMPP)) и CIBO (Совет владельцев промышленных котлов) имеют несколько рекомендаций по увеличению срока службы деаэраторной установки. Во-первых, регулярные проверки (и испытания) сосуда под давлением на предмет растрескивания сварных швов и устранение любых дефектов сварных швов. Во-вторых, поддержание надлежащего химического состава воды для уменьшения износа деаэратора. В-третьих, минимизируйте колебания температуры и давления. В-четвертых, следует проверить правильность работы внутренних компонентов и аксессуаров. [32] [33] [34] В 1984 году NACE создала Целевую группу по коррозии, которая изучала причины коррозии и давала рекомендации; [35] NACE по-прежнему предоставляет рекомендации по улучшению работы оборудования.
Производители
[ редактировать ]Stickle, Cochrane и Permutit — три старейших производителя деаэраторов в США. [36] [37] В 1929 году судебное дело между Elliott Company (больше не занимающейся бизнесом) и HSBW Cochrane Corporation разрешило обоим предприятиям продолжить производство деаэраторов. [38]
В 1909 году компания Weir производила нагреватели с контактной подачей (для деаэрации) в Европе. [39] [40] [41]
К 1937 году Permutit производила деаэраторы. [42] [19]
В 1939 году Кокрейн, Дарби, Эллиот, Грошель, Стернс-Роджерс, Уортингтон и другие конкурировали друг с другом за бизнес. [43] В 1949 году была основана компания Chicago Heater, которая стала ведущим производителем деаэраторов. [44] В 1954 году бизнесом занимались Эллис-Чалмерс, Чикаго Хитер, Кокрейн, Эллиотт, Грейвер, Свартвоут, Уортингтон и другие. [45]
Приложения
[ редактировать ]Деаэраторы используются во многих отраслях промышленности, таких как когенерационные установки, больницы, крупные прачечные, нефтяные месторождения, нефтеперерабатывающие заводы , морские платформы, бумажные фабрики, электростанции, тюрьмы, сталелитейные заводы и многие другие отрасли. [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]- Пеногаситель – химическая добавка, уменьшающая и препятствующая образованию пены в жидкостях.
- Дегазация – удаление растворенных газов из жидкостей.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Министерство энергетики США, энергоэффективность и возобновляемые источники энергии, современное производство, советы по энергетике: STEAM» (PDF) . Energy.gov.ru . 2 января 2012 года . Проверено 17 августа 2023 г.
- ^ «Деаэраторы водоподготовки» . Ньютерра. 05.01.2023 . Проверено 17 августа 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с «Принцип деаэрации» . Стерлинг Деаэраторная Компания.
- ^ Jump up to: а б «Деаэраторы» . Аист. Архивировано из оригинала 01 сентября 2018 г. Проверено 30 сентября 2016 г.
- ^ Jump up to: а б ОСТИ аннотация. Проверено 23 апреля 2021 г.
- ^ «The Wichita Star, 26 мая 1887 года, страница 1» . Газеты.com . Проверено 17 августа 2023 г.
- ^ «Демократ округа Айова, 4 марта 1881 г., стр. 2» . Газеты.com . Проверено 17 августа 2023 г.
- ^ US664763A , Клейкер, Джордж М., «Метод деаэрации воды», выпущено 25 декабря 1900 г.
- ^ Кэри, Стивен (01 января 2018 г.). «Холодный запуск Титаника» . Энциклопедия Титаника .
- ^ Д, Райан (26 августа 2016 г.). «10 лучших компаний по поставке оборудования и технологий для очистки питательной воды для котлов» . САМКО Технологии . Проверено 17 августа 2023 г.
- ^ «Montclair Times, 1 декабря 1926 г., стр. 14» . Газеты.com . Проверено 17 августа 2023 г.
- ^ «Вести от 16 мая 1928 года, стр. 7» . Газеты.com . Проверено 17 августа 2023 г.
- ^ «Вермонт Трибьюн, 13 апреля 1900 г., стр. 1» . Газеты.com . Проверено 17 августа 2023 г.
- ^ US1914166A , Рохлин, Виктор А., «Аппарат для обработки жидкостей», выпущено 13 июня 1933 г.
- ^ US1596423A , Гибсон, Джордж Х., «Аппарат для деаэрации воды», выпущен 17 августа 1926 г.
- ^ US1877412A , Лион, Перси С., «Деаэрирующий водонагреватель», выпущен 13 сентября 1932 г.
- ^ US1750035A , Стэнли, Браун, «Деаэратор», выпущен 11 марта 1930 г.
- ^ «Журнал разведки, 13 февраля 1958 г., стр. 42» . Газеты.com . Проверено 17 августа 2023 г.
- ^ Jump up to: а б US2204062A , Эпплбаум, Сэмюэл Б., «Деаэратор и очиститель воды», выпущен 11 июня 1940 г.
- ^ «Принцип работы деаэратора» . Информация о котлах.
- ^ Стандарты и типовые технические условия на деаэраторы лоткового типа (10-е изд.). Институт теплообмена. Ноябрь 2016.
- ^ «Питатель и кондиционирование питательной воды» . Спиракс Сарко.
- ^ Общественное мнение, Чемберсбург, Пенсильвания, 11 февраля 1921 г. Проверено 25 января 2022 г.
- ↑ Palladium-Item, Ричмонд, Индиана, 24 сентября 1934 г. Проверено 25 января 2022 г.
- ↑ Union City Times-Gazette, 23 июля 1940 г. Проверено 25 января 2022 г.
- ^ Paterson Evening News, Патерсон, Нью-Джерси, 12 сентября 1956 г. Получено 4 июня 2023 г.
- ^ СТС Канада. Проверено 18 марта 2023 г.
- ^ Хильшер. Проверено 18 марта 2023 г.
- ^ История деаэратора. Проверено 24 апреля 2021 г.
- ↑ Vancouver Sun, 14 апреля 1962 г. Дата обращения 4 июня 2023 г.
- ^ Министерство энергетики США, Деаэраторы в промышленных паровых системах. Проверено 18 марта 2023 г.
- ^ AMPP, NACE RFP050-96, Стандартная рекомендуемая практика. Проверено 22 апреля 2021 г.
- ^ Национальный совет инспекторов котлов и сосудов под давлением, апрель 1988 г. Проверено 22 апреля 2021 г.
- ↑ Министерство энергетики США, документ CIBO от ноября 1997 г. Получено 23 апреля 2021 г.
- ^ Материалы Американской энергетической конференции, Отакар Джонас. Получено 3 июня 2022 г.
- ^ История Stickle, получено 23 апреля 2021 г.
- ^ Справочник, глава 14 Дегазация. Проверено 23 апреля 2021 г.
- ↑ Судебное дело, 1929 г. Дата обращения 23 апреля 2021 г.
- ↑ The Guardian, 2 ноября 1951 г. Проверено 18 марта 2023 г.
- ↑ Daily Mail, 9 февраля 1925 г. Проверено 18 марта 2023 г.
- ↑ Рекламодатель в Пертшире, 27 февраля 1909 г. Проверено 18 марта 2023 г.
- ↑ Intellingencer Journal, 13 февраля 1958 г. Проверено 18 марта 2023 г.
- ↑ Alliance Times-Herald, 31 марта 1939 г. Проверено 18 марта 2023 г.
- ↑ Chicago Tribune, 15 июля 1949 г. Проверено 18 марта 2023 г.
- ↑ News-Record, 2 августа 1954 г. Проверено 18 марта 2023 г.
Источники
[ редактировать ]- Бэбкок и Уилкокс Ко. (2005). Steam: его создание и использование (41-е изд.). ISBN 0-9634570-0-4 .
- Эллиотт, Томас С.; Чен, Као; Сванекамп, Роберт (1998). Стандартный справочник по силовой технике (2-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN 978-0-07-019435-9 .
- Кент, Роберт Терстон , изд. (1936). Справочник инженеров-механиков Кента в двух томах (11-е изд.). Джон Уайли и сыновья.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Справочник Бетца по промышленной водоподготовке, глава 9, деаэрация питательной воды котла. 8-е издание, авторские права 1980 г., LOC 79-56368.
- Документ NEA (Национального экологического агентства), «Руководство по передовой энергетической практике нефтепереработки».