Próżniowe odgazowanie wody w ciepłowniach oraz w sieciach cieplnych

Jednym z głównych problemów źródeł ciepła oraz sieci ciepłowniczych jest korozja. Jest ona odpowiedzialna za wiele awarii a także za ubytki wody sieciowej, często dość drogiej, bo uzdatnionej antyosadowo i antykorozyjnie. Woda zmiękczona i nie odtleniona stanowi większe zagrożenie korozyjne jak woda nie zmiękczona lub częściowo zmiękczona. Stąd też usunięcie tlenu z wody zarówno zasilającej kotły, jak też usunięcie tlenu z sieci cieplnej stanowi najistotniejszy element w uzdatnianiu wody poza jej końcową obróbką chemiczną w celu zapewnienia właściwego odczynu pH oraz dodatku inhibitorów korozji. Inżektorowe podsysanie powietrza przez częściowo otwarte zawory grzejnikowe oraz defekty instalacji na ssaniu pomp dławicowych stają się przyczyną wtórnego natleniania zładów wewnętrznych instalacji c.o. w układach otwartych.

(kliknij aby powiększyć)
W celu obniżenia korozyjności wody a zatem i awaryjności kotłów i sieci, stosuje się odtlenianie wody głównie poprzez: - termiczne odgazowanie wody (odgazowywacz termiczny),
- próżniowe odgazowanie (odgazowywacz próżniowy),
- chemiczne związanie tlenu(reduktory, siarczyn sodowy, tanina, niektóre aminy).
Metody fizyczne oparte na desorpcji tlenu czy to na drodze termicznej czy też próżniowej są zdecydowanie tańsze i bardziej polecane od metod chemicznych, które oprócz tego, że są kosztowne, stanowią pewne potencjalne zagrożenie dla ochrony środowiska podczas awarii oraz powodują wzrost zasolenia wody sieciowej. W przypadku metody termicznej wymagane jest podgrzewanie wody odtlenianej na głowicy odgazowywacza termicznego do temperatury co najmniej 104°C. Aby proces odgazowania przebiegał poprawnie temperatura wody opuszczającej kocioł powinna być co najmniej o kilkanaście stopni wyższa od temperatury wody w kopule odgazowywania termicznego, stąd też kocioł powinien optymalnie pracować w temperaturze 118-13°C. Próżniowe odgazowanie wody układach ciepłowniczych realizowane jest już w temperaturach 40-60°C. Skuteczność takiego odgazowania spełnia wymagania polskiej normy PN-85/C-04601 dotyczącej zawartości tlenu w wodzie poniżej 0,05 mg O2/dm³ w sieci cieplnej poniżej 0,02 mg O2/dm³ w przypadku wody uzupelniającej. Metoda ta ponadto przyczyniła się do wzrostu sprawności wytwarzania energii cieplnej oraz możliwości obniżenia minimalnej temperatury wody za kotłami. Ostatni wymieniony czynnik ma znaczący wpływ na poprawę właściwości eksploatacyjnych ciepłowni komunalnych, szczególnie tych z kotłami gazowymi, które mogą pracować w temperaturze 70°C np. w okresie letnim przy pracy sieci cieplnej w parametrach temperaturowych 70°C/40°C. Odpowiednie zabudowanie odgazowywacza próżniowego w układzie kotłownia-sieć cieplna pozwala na jednoczesne odgazowanie wody zasilającej kotły i ciągłe odgazowanie wody sieciowej. Wpływa to z jednej strony na obniżenie energochłonności kotłów i na zdecydowanie mniejsze zużycie chemikaliów do końcowej korekcji chemicznej. OPIS PRACY ODGAZOWYWACZA PRÓŻNIOWEGO Odgazowywanie próżniowe umożliwia usunięcie z wody gazów bez konieczności podgrzewania wody do wysokiej temperatury. Wykorzystuje się tu zjawisko zmniejszenia ilości energii potrzebnej do przejścia ze stanu ciekłego w stan gazowy. Innymi słowy, obniżając ciśnienie, możemy doprowadzić wodę do wrzenia i odparowania w temperaturze niższej od 100°C (woda wrze w temperaturze 100°C pod ciśnieniem atmosferycznym, czyli 1,013 bara). W wyniku obniżenia ciśnienia wewnątrz urządzenia, następuje przejście rozpuszczonego w wodzie tlenu do pary wodnej powstałej w wyniku częściowego odparowania wody przegrzanej. Analogicznie jak dla odgazowywaczy termicznych następuje desorpcja składników gazowych do ośrodka parowego, a następnie gazowego i ciągłe ich usuwanie na zewnątrz przez pompę próżniową, dzięki której jest wytwarzana próżnia w urządzeniu. Zasadę działania odgazowywacza próżniowego omówiono na przykładzie odgazowywacza typu VD produkcji firmy UNITEX. Zapewnia on bardzo wysoki stopień odgazowania przepływającej wody i tym samym pozwala spełnić wodzie po odgazowaniu odtlenienie objęte normą PN-85/C-04601.
Rys. 1. Schemat odgazowywacza próżniowego 1 Zbiornik odgazowywacza 2 Pompa próżniowa 3 Pompa obiegowa 4 Układ zaworów regulacyjnych 5 Chłodnica oparów
Proces odgazowania wygląda następująco. Woda o temperaturze 40-70°C kierowana jest do odgazowywacza zaworem kontrolowanym czujnikami poziomu. Próżnia w odgazowywaczu utrzymywana jest za pomocą pompy próżniowej z pierścieniem wodnym. Dwa środkowe czujniki utrzymują poziom w zbiorniku deaeratora (w zależności od potrzeb dopuszczają wodę do górnej części zbiornika). Górny czujnik (alarm) jest zabezpieczeniem przed całkowitym napełnieniem zbiornika odgazowywacza. Dolny czujnik poziomu w zbiorniku wody odgazowanej zabezpiecza pompę cyrkulacyjną (ładującą) przed suchobiegiem. Zawór wylotowy wody odgazowanej sterowany jest sygnałem zewnętrznym. Kiedy ciśnienie wody w kotle lub w sieci ciepłowniczej obniża się wówczas zawór na wylocie odgazowywacza zostaje otwarty i część strumienia cyrkulacyjnego odtlenionej wody uzupełnia zład kotła lub sieć ciepłowniczą. Zdjęcie obok przedstawia układ baterii odgazowywaczy próżniowych wykonanych w Geotermii Podhalańskiej w Zakopanem. UKŁAD WSPÓLNEJ PRACY ODGAZOWYWACZA PRÓŻNIOWEGO DLA RÓWNOCZESNEGO PRZYGOTOWANIA WODY UZUPEŁNIAJĄCEJ I CIĄGŁEGO ODTLENIANIA WODY SIECIOWEJ W punkcie 1 niniejszego opracowania została zasygnalizowana możliwość pracy odgazowywacza próżniowego zarówno na potrzeby odtleniania wody uzupełniającej kotły wodne jak i ciągłego odtleniania wody sieciowej. W tradycyjnych układach kiedy znajduje się on w linii uzupełniania wody pracuje zwykle kilka godzin na dobę wyłącznie na potrzeby uzupełniania. Przystosowanie odgazowywacza na potrzeby ciągłego odtleniania zarówno wody uzupełniającej jak i sieci cieplnej wynikło z potrzeb polskiego ciepłownictwa. Wiążą się z tym znaczne oszczędności w zakresie zużycia chemikaliów oraz co istotniejsze oszczędności w zapotrzebowaniu ciepła na potrzeby odgazowania wody. Poniżej na rysunku 2 przedstawiono schemat technologiczny włączenia odgazowywacza próżniowego w układ uzupełniania i ciągłego odtleniania kotłów wodnych i sieci cieplnej.
Rys.2 Przykładowy schemat włączenia odgazowywacza próżniowego w SUW 1 Zmiękczacz 2 Wymiennik ciepła 3 Zbiornik odgazowywacza 4 Pompa próżniowa 5 Pompa obiegowa 6 Zbiornik adoptowany z odgazowywacza termicznego 7 Zapasowa pompa ładująca na cele awaryjnego uzupełniania wody
PODSUMOWANIE Dotychczasowe kilkuletnie doświadczenie w zakresie pracy odgazowywaczy próżniowych dla celów przygotowania wody uzupełniającej w PEC-ach i zakładach przemysłowych na terenie całego pozwalają mówić o tym typie odgazowania jako o przyszłościowym dla układów grzewczych, szczególnie tam, gdzie nie ma warunków temperaturowych dla odgazowania termicznego. Stosowanie odgazowywaczy próżniowych przynosi bardzo wysokie oszczędności energetyczne, szczególnie w okresie letnim, wynikające z pracy kotłów na paliwo gazowe przy parametrach sieci cieplnej 70°C/40°C. Uzyskujemy zmniejszenie lub brak powstawania zawiesin i mułów w zładzie sieci ciepłowniczej oraz bezawaryjną pracę układów automatyki na węzłach ciepłowniczych. Efektem ekonomicznym jest zmniejszenie się ilości awarii korozyjnych i awaryjnych ubytków uzdatnionej wody, a także zmniejszenie dawki inhibitora korozji dawkowanego do sieci ciepłowniczej. Czas zwrotu nakładów na zakup odgazowywacza próżniowego obliczony z tytułu efektów ekonomicznych pracy kotłów wodnych wynosi od 6 miesięcy do 2 lat w zależności od wydajności odgazowywacza. Odgazowywacze próżniowe zostały wdrożone w ostatnich latach między innymi w ciepłowniach we Wrześni, Gnieźnie, Ostrowie Wlkp., Pyrzycach, Zakopanem, Bolesławcu, Redzie i Świeciu, Gliwicach, Tarnobrzegu. Doświadczenia zebrane w trakcie eksploatacji tych obiektów stanowią podstawę do stwierdzenia, że odgazowanie próżniowe jest skuteczną i ekonomiczną metodą, która ma szerokie perspektywy rozwoju. Autor: mgr inż. Jan Marjanowski, mgr inż. Cezary Ratajczyk Centrum Badawczo-Wdrożeniowe UNITEX Sp. z o.o. - producent odgazowywaczy próżniowych serii VD oraz innych urządzeń do uzdatniania wody 80-386 Gdańsk; ul.Lęborska 9; tel.(58) 552 51 64, 552 24 17 www.unitex.com.pl ; email unitex@unitex.com.pl