Тема 1.1. Электрическое поле и его характеристики

1 — катионитный фильтр; 2 — декарбонизатор; 3 — бак умягченной воды; 4 — насосы; 5 — охладитель деаэрированной воды; 6 — охладитель выпара; 7 —

пароводяной подогреватель; 8 — деаэрационная головка; 9 — бак деаэрированной воды; 10 — подпи-точные насосы; 11 — сетевые насосы; 12 — теплофи­кационный подогреватель; 13 — аккумулятор; трубопроводы: а — сырой водопроводной воды; б — греющего пара; в — холодной умягченной воды; г — горячей деаэрированной воды; д — охлажденной деаэрированной воды; е — обработанной воды

Водопроводная вода проходит через Н-катионитный фильтр 1, затем пропуска­ется через декарбонизатор 2 и поступает в бак умягченной воды 3. Из бака вода заби­рается насосами 4 и прокачивается через водо-водяной охладитель деаэрированной воды 5, охладитель выпара 6 и пароводяной подогреватель 7 в головку деаэратора 8. Де­аэрированная вода поступает в бак 9, уста­новленный под деаэратором. Бак соединен с подпиточными насосами 10 и аккумулято­ром 13. С помощью аккумуляторов вырав­нивается график нагрузки, что позволяет уменьшить требуемую мощность водопо-догревательной и деаэрационной устано­вок. В периоды малых расходов подпиточ­ной воды, что имеет место в открытых системах при низкой нагрузке горячего во­доснабжения, часть обработанной воды по­ступает из деаэратора в аккумулятор. В пе­риоды большой нагрузки горячего водо­снабжения обработанная вода поступает в подпиточные насосы 10 параллельно из деаэратора и аккумулятора.

При проходе исходной воды через катионитные фильтры катионы кальция и магния, растворенные в воде, составляю­щие основу карбонатной (временной) жест­кости, обмениваются на катионы Nа и Н. После катионитовой обработки в воде оста­ются соли натрия, щелочи и кислоты, кото­рые при нагревании не дают осадка в виде шлама и накипи. Кальций и магний остают­ся в фильтре на зернах катионного вещест­ва и в последующем выводятся из фильтра при его регенерации.

При обработке воды по схеме Н-катионирования реакция описывается формулами

Н₂К+Са(НСО₃)₂=СаК+2Н₂О+2СО₂

или (7.15)

Н₂К+Мg(НСО₃)₂= МgК+2Н₂О+2СО₂..

При Н-катионировании сильно возрас­тает в воде концентрация двуокиси углеро­да, являющейся катализатором коррозии. Для снижения концентрации СО₂ обрабаты­ваемая вода после Н-катионитных фильт­ров пропускается через декарбонизаторы. Регенерация Н-катионитных фильтров про­изводится серной или соляной кислотой.

При обработке воды по схеме Ка-катионирования реакция описывается формулами

Na₂К+Са(НСО₃)₂=СаК+2NаНСО₃;

(7.16)

Na₂К+Мg(НСО₃)₂= МgК+NaНСО₃.

Образовавшийся в воде после фильтров карбонат натрия МаНСО₃ распадается при высокой температуре (выше 150 °С) на гидроксид натрия (NаОН) и диоксид углерода (СО₂), являющиеся коррозионными агента­ми. Поэтому Nа-катионитную обработку воды применяют обычно при отсутствии в системе пиковых котлов и подогреве сете­вой воды в пароводяных подогревателях до температуры не выше 150 °С. Регенерация фильтров производится поваренной солью.

В приложении 22 приведены удельные расходы реагентов при катионитной водоподготовке.

Деаэрация воды. Внутренняя коррозия стальных трубопроводов и оборудования вызывается растворенными в воде газами: кислородом. О₂, диоксидом углерода ,СО₂, а также хлоридами С1 и сульфатами

Особенно высокую коррозионную ак­тивность имеет кислород в присутствии уг­лекислоты, которая в этом случае играет роль коррозионного катализатора.

Коррозионная активность агента характеризуется коррозийным коэффициентом К, представляющим собой отношение массы металла, переведенного в продукт кор­розии, к расходу коррозионного агента.

При наличии в воде растворенного ки­слорода и диоксида углерода процесс кор­розии железа описывается следующими формулами:

Ре + 2СО₂ + 2Н₂О = Fе(НСО₃)₂ + Н₂; (7.17)

4Fе(НСО₃)₂ + О₂ + 2Н₂О = 4Fе(ОН)₃ + 8СО₂. (7.18)

В процессе реакции каждая молекула растворенного кислорода переводит в про­дукт коррозии четыре молекулы железа.

Коррозионный коэффициент кислорода при этой реакции

При отсутствии в воде растворенного диоксида углерода реакция проходит в виде

4Fе + ЗО₂ + 6Н₂О = 4Fе(ОН)₃. (7.19)

Коррозионный коэффициент кислорода при этой реакции

т.е. в 3 раза меньше, чем в присутствии рас­творенного диоксида углерода.

Коррозионная активность СО₂ в отсут­ствие растворенного кислорода значитель­но ниже. Реакция проходит по (7.17), а коррозионный коэффициент углекислоты

, т.е. в 2,74 раза меньше, чем кислорода в отсутст­вие СО₂, и в 11 раз меньше, чем кислорода в присутствии СО₂.

Основным методом удаления из воды растворенных газов является термическая деаэрация. Максимальное количество газа, которое может быть растворено в воде, про­порционально парциальному давлению газов над водой. По закону Генри

(7.20)

где с_р — максимальное количество газа, ко­торое может быть растворено в воде, мг/л ( часто называют равновесной концентра­цией растворенного газа); — парциаль­ное давление данного газа над водой, Па; — коэффициент массовой растворимо­сти, мг/(л•Па). Коэффициент растворимости зависит от температуры воды. В при­ложении 23 приведены значения для ки­слорода, углекислоты и азота.

Парциальное давление газа над водой, соответствующее действительному коли­честву растворенного газа, называется равновесным давлением. Равновесное дав­ление газа, Па,

(7.21)

где с_д — действительное массовое количе­ство растворенного газа в воде, мг/л.

Таким образом, равновесная концентра­ция газа в воде с_р является функцией дейст­вительного парциального давления данного газа над водой , а равновесное парциаль­ное давление газа над водой является функ­цией действительной концентрации раство­ренного газа в воде с_д.

Если парциальное давление газа над водой выше равновесного давления , то происходит абсорбция газа водой, т.е. вода растворяет газ. Если парциальное давление , то происходит десорбция газа из воды, т.е. газ выделяется из воды.

В термических деаэраторах обрабатываемая вода находится в контакте с газопаровой сме­сью. Парциальное давление отдельных состав­ляющих газопаровой смеси

,(7.22)

где — суммарное давление смеси; — отно­сительная масса данного газа в смеси, т.е. отно­шение массы данного газа к массе смеси С_с; — газовая постоянная данного газа; — га­зовая постоянная смеси:

(7.23)

Разность равновесного парциального и дей­ствительного парциального давлений газа является движущей силой термиче­ской деаэрации. Для достижения глубокой дега­зации воды необходимо, чтобы действительное парциальное давление удаляемого газа в подво­димом к деаэратору греющем паре было ми­нимальным.

Повышению разности равновесного и действительного парциальных давлений в де­аэраторе способствует увеличение выпара из де­аэратора. Обычно в деаэрационных установках для использования теплоты выпара перед де­аэратором включают пароводяной теплообмен­ник, в котором подогревают воду, направляемую в деаэратор (см., например, теплообменник 6 на рис. 7.7).

Взаимодействие между греющим паром и обрабатываемой водой можно организовать дву­мя способами — распределением потоков воды в паровой среде и распределением пара внутри по­тока жидкости. Первый способ взаимодействия осуществляется в струйных, пленочных, капель­ных, насадочных (например, кольца Рашига) ап­паратах; второй способ — в барботажных аппа­ратах. При барботажном способе удельная пло­щадь поверхности контакта фаз на единицу объ­ема аппарата значительно (в 5——10 раз) больше, что обеспечивает более глубокую дегазацию.

При использовании только одного из указанных способов обработки воды де­аэратор называют одноступенчатым, при использовании обоих способов — двухсту­пенчатым'.

Для обработки подпиточной воды тепловых сетей. в зависимости от параметров греющей среды применяются термические деаэраторы атмосферного или вакуумного типа. Область их использования и схемы включения в тепловую схему станции опи­саны в § 3.2.

На рис. 7.8 приведена принципиальная схема двухступенчатого вакуумного деаэратора (ДСВ) системы НПО ЦКТИ. Благодаря наличию в этом деаэраторе двух ступеней дегазации — струйной и барботажной — обрабатываемая вода освобо­ждается не только от кислорода, но и от свободного диоксида углерода. Холодная вода, направ­ляемая после химводоочистки на деаэрацию, подводится по трубе 1 к распределительному коллектору 2, а из него на первую дырчатую та­релку 3. При больших расходах вода с первой та­релки 3 перепускается через короб 4 на третью тарелку 6. Вода, прошедшая через отверстия первой тарелки, попадает на вторую тарелку 5. ■ Первые две тарелки 3 и 5 являются, по существу, охладителями выпара. Третья тарелка б является основной. С третьей тарелки вода попадает на четвертую тарелку 7, а затем на барботажный лист 8. После обработки на барботажном листе 8 деаэрированная вода отводится из деаэратора через канал 13 и патрубок 9.

Греющая среда — пар или горячая вода — подводится в деаэратор через патрубок 10 в от­сек 11. При входе в отсек 11 горячая вода вскипа­ет и поток с помощью жалюзи 12 разделяется на пар и воду.

Выделившийся при вскипании воды или под­веденный извне греющий пар поступает под барботажный лист 8, а вода сливается по внутрен­ней поверхности корпуса деаэратора и по каналу 13 поступает в смеси с деаэрированной водой в отводящий патрубок 9.

Проходя сквозь отверстия барботажного лис­та 8 и слой воды на нем, пар нагревает воду прак­тически до температуры кипения при давлении в деаэраторе.

Пар, прошедший сквозь барботажный лист, пересекает струи воды, сливающиеся с тарелки 7 на барботажный лист, частично конденсируется и нагревает воду, а затем поступает в отсек меж­ду тарелками б и 7. В этом отсеке происходит ос­новная конденсация пара и нагрев воды до темпе­ратуры, близкой к температуре кипения при дав­лении в деаэраторе. Затем пар проходит последо­вательно через отсеки между тарелками 5 и 6 и далее между тарелками 3 и 5 и практически полностью конденсируется. Неконденсирую­щийся газ отсасывается эжектором из деаэратора по трубе /5. В том случае, когда высота паровой подушки под барботажным листом 8 превышает расчетную (обычно 200 мм), включается в работу перепускной короб 14, по которому пар пускает­ся в струйный отсек между тарелками 6 и 7.

Двухступенчатый вакуумный деаэратор ДСВ-400 НПО ЦКТИ расчетной производитель­ностью ПО кг/с (400 т/ч) представляет собой цельносварной горизонтальный цилиндр диа­метром 3 и длиной 2 м. Он является типовой сек­цией, из которых набираются деаэраторы боль­шей производительности.

При некачественной водоподготовке на по­верхностях нагрева теплообменного оборудова­ния ТЭЦ и абонентов, а также в трубопроводах сетевой воды образуются отложения, сущест­венно ухудшающие теплопередачу и повышаю­щие гидравлическое сопротивление. Эти отло­жения можно разделить на три группы: жесткостные, железооксидные и смешанные.

Причиной образования жесткостных отложе­ний как легкоудаляемых (карбонатных), так и трудноудаляемых (сульфатных) является, как правило, недостаточное умягчение воды. Часто этому способствует недостаточная производи­тельность катионитных фильтров или низкое ка­чество фильтрующих материалов (сульфоугля).

Причина образования железооксидных отло­жений, как правило, заключается в неудовлетво­рительной работе деаэрационных установок, а также в нарушении правил консервации водо­грейных котлов и другого оборудования.

Применение реагентных методов обработки подпиточной воды (например, катионитовой) связано со сбросом засоленных вод, что часто ог­раничивается экологическими требованиями. Поэтому целесообразна разработка экономич­ных безреагентных методов обработки воды — магнитной и др. (см. § 8.7).

Тема 1.1. Электрическое поле и его характеристики

Электрический заряд - величина, характеризующая взаимосвязь частиц материи с собственным и внешним электромагнитным полем.

Тело называют электрически заряженным, в случае если в нем преобладают положительные или отрицательные заряды.

Электрон - отрицательно заряженная частица.

Протон - положительно заряженная частица.

Нейтрон - нейтральная частица.

Ионизация – процесс превращения нейтральных атомов в ионы.

Различные вещества имеют разную диэлектрическую проницаемость.

Относительная диэлектрическая проницаемость -величина, показывающая во сколько раз абсолютная диэлектрическая проницаемость вещества, больше электрической постоянной.

Электрическое поле - одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и не зависящей от ее скорости.

Электростатическое поле– поле неподвижных зарядов.