Wszystkie kotłownie parowe powinny być wyposażone w instalacje odgazowania wody (instalacje próżni i sprężonego powietrza). ENERGO-SPAW dostarcza swoim klientom kompletne instalacje do przygotowania wody kotłowej.

Odgazowanie wody zasilającej kotły spełnia istotną rolę w jej przygotowaniu gdyż tlen oraz dwutlenek węgla w rozpuszczonej postaci stanowią zasadniczą przyczynę korozji urządzeń i instalacji. Kotły parowe w zależności od pojemności i ciśnienia powinny być zasilane wodą kotłową o stężeniu tlenu max. 0,02-0,05 mg/l.

Dekarbonizacja jonitowa likwiduje związany CO2 – to powoduje jednak spadek zasadowości nawet do pH = 4,3 i jednoczesny wzrost korozyjności, dlatego w praktyce stosuje się następujące metody odgazowania:

• w odgazowywaczu termicznym;
• w odgazowywaczu próżniowym;
• chemiczne odgazowanie wody.
Krótki opis metod odgazowywania przedstawiono poniżej.

01. Odgazowanie termiczne.
Rozpuszczalność gazu w wodzie zależy od temperatury i ciśnienia. Optymalna temperatura przebiegu procesu odgazowania termicznego to 102-105 0C. Desorpcja następuje, gdy ciśnienie cząstkowe wydzielonego gazu nad podgrzaną wodą spada do zera. Samo wrzenie jednak nie powoduje usunięcia gazu – konieczne jest intensywne mieszanie z wodą i zwiększenie powierzchni rozdziału faz (rozdeszczanie, rozbryzgiwanie przez dysze i/lub blachy nakierowujące, specjalne konstrukcje odgazowywaczy kolumnowych np. perforowane półki, półki dzwonowe, półki przelewowe w kolumnach odgazowywaczy strumieniowych lub wypełnianie kolumn specjalnymi złożami, np. pierścieniami Raschiga, Lessinga; dodatkowo popularny barbotaż pary rozwija powierzchnie faz w postaci pęcherzyków i strug, ta sama para unosząca się w przeciwprądzie powoduje podgrzew wody spływającej w kolumnach). Typowy odgazowywacz kolumnowy, strumieniowo-barbotażowy zbudowany jest z poziomego zbiornika wraz z barbotażem pary oraz usytuowaną nad zbiornikiem kolumną (lub dyszą). Utrzymanie odpowiednich warunków pracy odbywa się poprzez sterowane układy doprowadzenia pary wodnej i wody uzdatnionej (utrzymanie odpowiedniego poziomu wody w zbiorniku). Gazy odlotowe unoszą się do atmosfery, natomiast odgazowana woda spływa do zbiornika. Konstrukcji odgazowywaczy jest wiele np. pionowe zbiorniki z barbotażem i specjalne przegrody lub urządzenia z elementami umożliwiającymi wielokrotną cyrkulację odgazowanej wody (wraz z pozbywaniem się wodorowęglanów np.: NaHCO2).
Podział odgazowywaczy termicznych:

• atmosferyczne pracujące w warunkach 105 st. C i 0,2 bara nadciśnienia (najpowszechniej stosowane),
• ciśnieniowe pracujące w warunkach 160-170 st. C i 6-8 bar ciśnienia absolutnego.

02. Odgazowywacze próżniowe.
Odgazowywacze próżniowe pracują w warunkach 40-82 st. C przy ciśnieniu poniżej 0,1 MPa ciśnienia absolutnego (najczęściej 0,0075-0,05 MPa). Jednak pomimo podwyższonej efektywności, ze względu na duże koszty związane ze szczelnością układu, sterowaniem, zapewnieniem próżni i zwiększonym zużyciem pary, są rzadziej stosowane niż wyżej opisane odgazowywacze termiczne. Budowa tych odgazowywaczy jest zbliżona do budowy odgazowywaczy atmosferycznych. Wyodrębniamy tutaj odgazowywacze z wypełnieniem (pierścieniami Raschiga) jak i strużkowo-barbotażowe.

03. Chemiczne odtlenianie wody.
Chemiczne odtlenianie wody może być jedynym sposobem pozbycia się tlenu (stosowane np. dla niskoparametrowych wytwornic pary o małym zładzie wodnym). Jednak ze względu na koszty i niekorzystne produkty tych reakcji (stanowiące dodatkowe zanieczyszczenie wody), stosuje się ją najczęściej jako uzupełnienie odgazowywaczy atmosferycznych (do wiązania szczątkowych ilości tlenu). Substancjami wiążącymi tlen są:

• związki siarki (SO2, NaHSO3, Na2SO3, Na2S2O4); np. wg reakcji: 2Na2SO3 + O2 -> 2Na2 SO4 (co powoduje wzrost zasolenia)
• hydrazyna jako siarczan (N2H2*H2SO4) lub wodzian (N2H4*H2O); np. wg reakcji: 2Na2SO3 + O2 -> N2H4 + O2 ->N2 + 2H2O. W handlu hydrazyna dostępna jest jako wodzian, chlorek lub siarczan. Jednak ze względu na toksyczność, związek ten jest wycofywany z wielu krajów.
• fosforyn sodowy Na3 PO3
• żelazo i jego dwuwartościowe związki (powoduje jednak wzrost stężenia żelaza – niestosowany).

W chwili obecnej ww. substancje wypierają bezpieczniejsze inhibitory korozji. Są to borofosforany, środki buforujące, biocydy oraz środki spowalniające odkładanie się kamienia. Inhibitory korozji dzielimy na:

• katodowe (hamujące depolaryzację tlenową lub wodorową),
• anodowe (hamujące przechodzenie metalu w stan jonowy: pasywacja metalu) lub
• mieszane.

Grupę inhibitorów katodowych tworzą najczęściej sole metali, które tworzą trudno rozpuszczalne wodorotlenki, tlenki i węglany (np. sole cynku, niklu, manganu, chromu), wapnia, magnezu, polifosforany lub krzemiany. Najbardziej popularne w tej grupie są niskocząsteczkowe aminy, które tworzą na powierzchni wewnętrznej rur polimolekularną warstwę, utrudniającą dostęp depolaryzatorów. Grupę inhibitorów anodowych stanowią związki o właściwościach utleniających (np. fosforany i chromiany) wytwarzające trudno rozpuszczalne warstewki ochronne (np. Na3PO4 i Na2HPO4) lub związki absorbujące się na powierzchni metalu (np. nitrobenzoesany i dinitrobenzoesany amin). Inhibitory wieloskładnikowe oprócz działania antykorozyjnego stabilizują twardość lub prowadzą do dyspergowania zawiesin. Dla poprawienia efektów inhibitorów stosowane są dodatki niewielkiej ilości fosforanów oraz związków organicznych takich jak pochodne ligniny, taniny oraz związki fosforoorganiczne.
Ilość oraz rodzaj dawkowanej do instalacji lub zbiornika z wodą substancji zależy nie tylko od ilości zawartego w niej tlenu ale także od pozostałych składników wody, pH, temperatury, materiału z jakiego wykonane zostały instalacje próżni i sprężonego powietrza. Podstawowym kryterium jest przeznaczenie wytwarzanej pary np. skierowanie jej do procesu produkcji żywności lub środków farmaceutycznych.

04. Pozostałe metody.
Inną możliwą metodą odgazowania jest desorpcja poprzez mieszanie wody (o ciśnieniu 0,3 MPa) z obojętnym gazem, najczęściej azotem (np: powietrze po procesowym usunięciu tlenu). Gaz wpływa do wody poprzez eżektor i w mieszaczu następuje rozdzielenie gazu i wody. Do wiązania węgla z węglem drzewnym dochodzi w piecu w warunkach 500-800 0C. Gazy po regeneracji wykorzystywane są ponownie w kolejnym cyklu.
Tlen można też związać w katalizatorze manganowym (3MnO + H2 + O2 ->> Mn 3O4 + H2O) lub poprzez dozowanie wodoru do wody – reakcja ta przebiega już w temperaturze 40 0 C na palladowym katalizatorze (alternatywa ta, to jednak wyższy koszt inwestycyjny o ok. 50% względem kosztów zakupu odgazowywacza termicznego, przy ponoszeniu porównywalnych kosztów eksploatacyjnych).

ENERGO-SPAW wykonuje instalacje próżni i sprężonego powietrza stosując się szczegółowo do potrzeb klientów.

Literatura
Waldemar Janiec: Inhibitory korozji i płyny instalacyjne – Rynek instalacyjny – 12/2008
Danuta Chomicz: Woda w ciepłownictwie – Poradnik Ciepłownictwa – Warszawa 1995
Apolinary L. Kowal, Maria Świderska-Bróż – Oczyszczanie wody – PWN 2009


Opracowała Lidia Kozłowska – inżynier projektant instalacji przemysłowych