1

1

CAP. 3. DEGAZOARE TERMICE

3.1 TEORIA DEGAZĂRII TERMICE

Degazarea, ca definiţie generală, reprezintă procesul de îndepărtare a unui

gaz (sau a mai multor gaze) dintr-un lichid, dintr-un spaţiu închis sau de pe o

suprafaţă solidă.

Degazoarele sunt instalaţii termotehnice sau termochimice cu ajutorul

cărora se elimină unul sau mai multe gaze dizolvate, fie în scopul purificării

lichidului, fie pentru a capta gazele respective şi a le utiliza în alte instalaţii [3.2].

Degazarea apei presupune eliminarea gazelor din apa de alimentare

folosită în toate instalaţiile industriale (reţele termice, centrale termo şi

nuclearelectrice, instalaţii din industria chimică etc.). Procesul este necesar

deoarece, în urma creşterii temperaturii, gazele dizolvate în apă s-ar degaja, unele

dintre ele având efecte dăunătoare pentru instalaţiile respective. În timpul degazării

se produce o desorbţie a gazelor din masa lichidului, ceea ce impune înlăturarea lor

pentru a împiedica o nouă absorbţie.

În contact cu aerul apa absoarbe O2, N2 şi CO2. Dintre acestea, O2 şi CO2

trebuie eliminate deoarece au o acţiune corozivă asupra instalaţiilor.

Apa folosită la alimentarea generatoarelor moderne trebuie să fie nu numai

complet demineralizată, ci şi degazată. Astfel, oxigenul din apă, la temperaturi

ridicate devine foarte coroziv. În ceea ce priveşte CO2 din soluţie, acesta

micşorează pH-ul apei (măreşte aciditatea), ceea ce favorizează şi mai mult

agresivitatea oxigenului.

Prescripţiile de tratare a apei de alimentare a generatoarelor impun ca

limită maximă de concentraţie a oxigenului de 0,02 mg/l pentru generatoarele de

abur de înaltă presiune şi de 0,1 mg/l pentru generatoarele de presiune mică şi

mijlocie.

În industria chimică, degazarea este utilizată pe scară foarte largă, fie

pentru a purifica o soluţie de unele substanţe dăunătoare, fie pentru a capta dintr-o

soluţie unele gaze necesare în alte procese.

Degazarea se foloseşte şi în instalaţiile de turnare a oţelului de fuziune în

vid. Se elimină astfel, din oţelul topit, prin vid foarte înaintat, toate gazele dizolvate

în el, în special monoxidul de carbon, hidrogenul şi azotul.

Degazarea lichidelor se poate realiza:

- pe cale termică;

- pe cale chimică.

Solubilitatea gazelor în apă este funcţie de presiune şi temperatură (fig. 3.1). Ea

scade odată cu creşterea temperaturii, pentru o presiune constantă şi atinge valoarea

zero la punctul de fierbere [3.7].

La degazarea termică este necesar ca apa să ajungă în starea de fierbere, iar

evacuarea gazelor desorbite să se facă într-un mod cât mai favorabil. Pentru

aceasta, apa este fie încălzită, fie expandată. Corespunzător acestor posibilităţi, se

deosebesc două procedee: degazarea prin fierbere şi degazarea prin expandare.

Degazoarele termice funcţionează pe baza proprietăţii gazelor de a părăsi

lichidul în care sunt dizolvate, în momentul când presiunea lor parţială din soluţie

2

2

la temperatura acesteia este mai mare decât presiunea parţială a gazului respectiv,

aflat în amestecul de deasupra oglinzii lichidului. Eliminarea gazelor din apă se realizează prin difuzie.

Figura 3.1. Solubilitatea oxigenului din aer în apa distilată

Cantitatea de gaz desorbit din apă, gm , se calculează cu relaţia:

pSkm dg [kg/s], (3.1)

în care: dk este coeficientul de desorbţie, în kg/m2.bar.s; S – suprafaţa de contact

dintre lichid şi gazul de deasupra oglinzii sale, în m2; p - diferenţa dintre

presiunea parţială a gazului din lichid şi presiunea parţială a aceluiaşi gaz aflat în

amestecul de deasupra oglinzii sale, în bar.

Gazul se va elimina până la atingerea concentraţiei de echilibru la

presiunea şi temperatura dată.

Dacă temperatura soluţiei rămâne constantă, presiunea parţială a gazului în

soluţie, conform legii lui HENRY, este proporţională cu fracţia molară în lichid,

deci:

Hxp [bar], (3.2)

unde: p este presiunea parţială a gazului, în bar; H – constanta lui HENRY, a

gazului, în bar; x – fracţia molară a gazului în lichid.

Fracţia molară reprezintă raportul dintre numărul de kilomoli ai substanţei

considerate aflate în amestec sau dizolvat şi numărul total de kilomoli ai

amestecului (soluţiei). Prin urmare:

n

nx 1

1 , (3.3)

în care: 1n este numărul de kilomoli din soluţie ai substanţei 1; n – numărul total

de kilomoli ai soluţiei.

Pentru un amestec gazos, conform legii lui DALTON, se poate scrie relaţia

[3.4]:

3

3

p

py 1

1 , (3.4)

unde: 1y este fracţia molară a componentei 1 în fază gazoasă; p – presiunea totală

[bar].

În faza gazoasă se poate scrie relaţia:

1111 xHppy , (3.5)

Formula (3.2) permite calculul diferenţei de presiuni parţiale din relaţia

(3.1), deoarece presiunea de deasupra oglinzii lichidului se poate măsura.

Constanta lui HENRY depinde de temperatură, crescând odată cu aceasta,

după cum se poate vedea în tabelul 3.1. Cu cât constanta H este mai mare, cu atât

gazul se dizolvă mai puţin în lichidul respectiv.

Constanta lui HENRY depinde şi de presiune. În figura 3.2 este

reprezentată variaţia constantei lui HENRY pentru O2 şi CO2 între 15 şi 200 °C.

Tabelul 3.1. Constanta lui HENRY (bar) pentru gaze uzuale în apă

Presiunea parţială

1p , bar

Constanta lui HENRY, H (bar) . 10-4

Azot Hidrogen Oxigen

19,4 °C 24,9 °C 19,5 °C 23,0 °C 23,0 °C 25,9 °C

1,200 8,35 9,20 7,52 - 4,64 -

2,666 8,43 9,27 7,52 7,86 4,65 4,86

4,000 8,52 9,37 7,53 7,87 4,66 4,89

5,333 8,60 9,50 7,57 7,91 4,74 4,94

6,666 8,70 9,62 7,66 7,99 4,79 4,96

7,999 8,86 9,75 7,80 8,10 4,86 5,05

9,333 8,98 9,88 7,97 8,27 4,94 5,12

Figura 3.2. Variaţia constantei lui HENRY în funcţie

de temperatură pentru O2 şi CO2

Dacă gazul dizolvat într-un lichid are mai multe componente, cum este, de

exemplu, cazul aerului, legea lui HENRY se poate aplica fiecărei componente în

parte:

111 xHp , 222 xHp , (3.6)

4

4

Proporţia de gaz dizolvat depinde, în primul rând, de presiunea parţială a

gazului respectiv. Lichidul se saturează complet cu gaz atunci când presiunea

gazului dizolvat, denumită presiunea de echilibru a gazului, devine egală cu

presiunea parţială a gazului de deasupra lichidului.

3.2. DEGAZAREA APEI

3.2.1. Probleme generale

Gazele pot fi eliminate din apă prin scăderea presiunilor parţiale de

deasupra suprafeţei apei până la zero. Acest proces se realizează termic, prin

încălzirea apei cu abur până la temperatura de saturaţie, când presiunea parţială a

gazelor faţă de presiunea vaporilor de apă devine practic nulă (fig. 3.3).

Figura 3.3. Variaţia presiunilor parţiale ale oxigenului şi

aburului în timpul încălzirii apei până la fierbere

Prin degazarea termică se elimină O2 şi CO2 în timpul fierberii apei, până

la un conţinut rezidual de O2 de cca 10g/l şi de CO2 până la unităţi sau zecimi de

mg/l. [3.9].

Ieşirea completă a gazelor din apă în aer cere un timp infinit de lung. În

timpul finit pe care-l are apa la dispoziţie pentru degazare, gazele pot fi eliminate

până la o fracţiune din concentraţia iniţială şi aceasta, cu cât concentraţia lor

iniţială este mai redusă.

Eliminarea gazelor prin transfer de masă difuz necesită o suprafaţă de

contact dintre apă şi abur, procedeu care se realizează prin:

- crearea de şuviţe;

- pulverizarea apei în particule mici;

- crearea unor pelicule cu suprafaţă mare.

Alte condiţii necesare pentru o bună degazare sunt:

- să nu intervină o subrăcire a apei (sub temperatura de fierbere);

- gazele care trebuie eliminate să nu fie prezente în aburul de încălzire;

- să fie menţinut timpul necesar înlăturării gazelor.

5

5

3.2.2. Procedee de degazare termică

Eficacitatea degazării creşte cu mărirea raportului dintre suprafaţa liberă şi

volumul lichidului.

Deoarece procesele de încălzire şi degazare sunt dependente de timp, este

necesar un timp minim de staţionare pentru a satisface condiţiile impuse în privinţa

conţinutului rezidual de oxigen.

Aceste condiţii se îndeplinesc prin diverse măsuri constructive, care depind

de modul de degazare şi de tipul constructiv de degazor adoptat.

Cea mai des folosită este degazarea cu jet de apă. Apa care pătrunde în

degazor este pulverizată prin diferite metode, în funcţie de tipul constructiv, în

particule cât mai fine.

Debitul de apă poate fi desfăcut într-un număr mare de şuviţe, ea trecând în

cascadă, în cădere liberă, de pe distribuitorul principal de apă pe un număr de talere

perforate (degazor cu talere şi şuviţe).

Un alt procedeu constă în folosirea presiunii pompelor pentru pulverizarea

apei printr-un număr mare de orificii, fante, ventile sau ajutaje aflate în

distribuitorul principal de apă (degazor cu cameră de pulverizare).

La degazorul cu site şi şuviţe, eficienţa degazării este dependentă de

numărul de camere al coloanei de degazare. Numărul acestora influenţează

înălţimea degazorului şi deci şi costul acestuia. Pentru realizarea împrăştierii apei

în interiorul degazorului sunt prevăzute dispozitive de stropire care, cel mai

frecvent, sunt site de distribuţie din tablă perforată sau profile de oţel dispuse sub

formă de grătare. Schimbarea direcţiei de curgere a apei se obţine prin table

deflectoare dispuse într-un mod adecvat.

Dacă se impun condiţii deosebite în ceea ce priveşte conţinutul rezidual de

oxigen, la partea inferioară a aparatului se prevede un dispozitiv suplimentar de

fierbere. Aburul este introdus în acest dispozitiv amplasat sub nivelul apei

acumulate, care este adusă astfel pentru a doua oară în stare de fierbere, obţinându-

se prin aceasta şi eliminarea eventualelor bule de gaze de dimensiuni foarte reduse.

În acest mod, într-un singur aparat, se obţin consecutiv degazarea prin pulverizare

şi cea prin fierbere, realizându-se valori de 10 g/l şi chiar mai scăzute ale

conţinutului de oxigen rezidual.

Concepţia că o degazare de eficienţă ridicată poate fi obţinută numai

concomitent cu atingerea stării de fierbere a apei din rezervorul degazorului este

cel mai des folosită. În această situaţie, întroducerea directă a aburului în spaţiul

dintre dispozitivul de fierbere suplimentară şi sistemul de stropire nu mai este

necesară, încălzirea apei fiind realizată prin curentul ascendent de abur rezultat la

fierbere.

Amestecul de gaze şi abur se extrage de la partea superioară a degazorului,

neputându-se evita însă pierderile de abur în mediul ambiant. Pentru a se reduce

pierderile de abur şi de căldură, în amonte de degazor, se prevede un schimbător de

căldură denumit răcitor (condensator) de eşapări. Avându-se în vedere

posibilitatea mărită de corodare, aceste aparate se confecţionează integral din

6

6

oţeluri inoxidabile, devenind astfel foarte scumpe, iar utilizarea lor este economică

numai în cazul unor debite eşapate mari. În medie, acest debit eşapat se apreciază a

fi de 30 ... 50 kg/h pentru fiecare 100 t/h apă, dar, prin folosirea condensatorului de

eşapări, debitul poate fi redus la circa 10 ... 15 kg/h.

Degazarea prin fierbere poate fi realizată chiar în rezervorul de apă de

alimentare, în acest caz nefiind necesar un aparat special de degazare. În cazul

acestui procedeu gazul este eliminat parţial şi prin difuzia lui în bulele de abur

ascendente. Deasupra nivelului apei presiunea parţială a gazelor încă dizolvate este

foarte mică, astfel că presiunea de dizolvare în apă este depăşită. Din acest motiv

gazele sunt eliminate fără absorbţie de căldură.

La degazarea prin expandare o parte a apei se vaporizează şi antrenează

astfel gazele dizolvate. În acest caz, pentru acelaşi conţinut rezidual de oxigen, este

necesară o cantitate mai mare de căldură decât la celelalte procedee de degazare.

Pentru a obţine o degazare mai eficientă trebuie realizată o pulverizare cât mai fină

a apei în momentul expandării şi o mărire suficientă de temperatură.

Degazarea poate fi efectuată la presiune supraatmosferică, atmosferică sau

subatmosferică (sub vid). În practică este preferată degazarea la presiune

supraatmosferică, evitându-se infiltrările de aer şi nefiind necesară o instalaţie

specială de evacuare a gazelor. Un alt avantaj constă în realizarea unei degazări

eficiente şi mai complete pe întreg domeniul de variaţie a sarcinii.

Degazarea la presiune subatmosferică (sub vid) se realizează de regulă

în oala de colectare a condensatorului de abur al turbinelor (la grupurile

termoelectrice). Ea reprezintă o combinare de degazare prin fierbere cu degazare

prin expandare. Degazarea în condensator atrage după sine o anumită simplificare a

instalaţiei de preîncălzire regenerativă, procedeul fiind din ce în ce mai folosit.

Degazarea la presiune atmosferică este folosită în special în cazul apei

de adaos, dacă debitul acesta este mare, cum este cazul centralelor termoelectrice

cu cogenerare. În acest caz presiunea de lucru este puţin peste presiunea

atmosferică (circa 1,2 bar), ceea ce permite eliminarea liberă a gazelor desorbite.

Degazarea la presiune fixă presupune menţinerea constantă a presiunii

aburului de alimentare. Dacă aburul de preîncălzire provine din prizele fixe ale

unei turbine, presiunea lui variază cu sarcina turbinei. De aceea, pentru a putea

păstra constantă presiunea de degazare la orice sarcină, coloana de degazare este

racordată şi la o a doua priză cu o presiune mai ridicată, alimentarea fiind comutată

automat la cea de a doua priză dacă presiunea la prima priză scade sub presiunea

fixă de degazare.

Aceste dezavantaj este evitat la degazarea la presiune variabilă

„alunecătoare”. In acest caz presiunea de degazare se modifică împreună cu cea a

prizei de alimentare. S-a verificat teoretic şi dovedit în practică [3.7], că nu apar

fenomene nedorite la aspiraţia pompei dacă viteza de scădere a presiunii în

degazor, respectiv în rezervorul de apă de alimentare, nu depăşeşte, nici în cazul

limită, adică la căderea turbinei (sau la oprirea generatorului de abur) valoarea

maximă indicată de firma producătoare a pompei.

Pentru realizarea unei degazări optime la presiune alunecătoare, luând în

consideraţie variaţiile bruşte de sarcină (de exemplu căderea grupului) trebuie

asigurate următoarele condiţii:

7

7

- o înălţime corespunzătoare de aspiraţie a pompei, sau prevederea unei

pompe înaintaşe (BOOSTER) cu turaţie scăzută;

- un diametru al conductei de aspiraţie corespunzător dimensionat şi un

traseu cât mai simplu cu număr redus de coturi, pentru a obţine pierderi de

presiune cât mai reduse, simultan cu timpi cât mai mici de parcurgere a

traseului;

- un rezervor de apă de alimentare suficient de larg dimensionat pentru a

menţine vitezele de scădere a presiunii la valori cât mai reduse;

- realizarea degazării şi la creşteri de sarcină prin fierberea corespunzătoare

a întregului volum de apă din rezervorul degazorului deoarece, în caz

contrar, apa nu atinge temperatura de fierbere, absorbind din nou oxigenul.

3.2.3. Degazare chimică a apei

Prin degazarea chimică se elimină numai oxigenul. Ea se aplică pentru

eliminarea restului de oxigen din apa degazată termic, în instalaţiile cu presiuni

mari ale aburului sau în cele cu presiuni mici, acolo unde nu este posibilă

degazarea termică.

Pentru degazarea chimică a apei se pot folosi două procedee [3.1]:

- introducerea în apa de alimentare a generatoarelor de abur sau a reţelelor termice

a unui reactiv chimic, care combină oxigenul în compuşi stabili, fără acţiune

corozivă;

- trecerea apei peste un filtru, care prin acţiune chimică reţine oxigenul şi dioxidul

de carbon (cum ar fi aşchiile de oţel).

Ca reactivi chimici se pot utiliza: sulfitul (Na2 SO3) sau bisulfitul de sodiu

(Na HSO3), acidul sulfuros (H2SO3), hidroxidul feros (Fe (OH)2), hidratul de

hidrazină (N2H5OH), sulfatul de hidrazină ((N2H5)2SO4), fosfatul de hidrazină

((N2H5)2HPO4) sau schimbători de ioni.

Reactivii se introduc în apă în mod continuu şi automat în conducta de

alimentare a pompelor (după degazor), proporţional cu debitul de apă şi cu

conţinutul de oxigen. Cei mai folosiţi reactivi sunt cei pe bază de hidrazină.

Hidratul de hidrazină – se dozează ca soluţie diluată 1 – 2 %, din vase

închise, legate cu atmosfera printr-un capilar [3.6]. Se combină cu oxigenul

formând azot şi apă:

OHNOHN 22242 2 . (3.7)

Consumul teoretic este de 1mg/mgO2, iar conţinutul de săruri din apa

tratată nu creşte. Excesul necesar este de circa 50 ... 200 % din consumul teoretic.

Sulfatul de hidrazină şi fosfatul de hidrazină, în soluţii au reacţie acidă.

Prin reacţie cu apa alcalină din cazan se formează hidrat şi o cantitate echivalentă

de sare de sodiu:

42224242 3 NaHSOOHNNaOHOSOHHN (3.8)

422224242 42 SONaOHNNaOHOSOHHN (3.9)

Hidrazina protejează împotriva coroziunii provocate de oxigen,

generatoarele de joasă presiune, alimentate cu apă nedegazată, la o concentraţie de

20 ... 30 mg/l oxigen în apa de alimentare.

8

8

Schimbătorii de ioni. Oxigenul dizolvat în apă oxidează anumiţi

schimbători de ioni, dând naştere la substanţe organice solubile în cantitate

echivalentă. În acest caz degazarea este imperfectă [3.5].

Schimbătorii de ioni cu grupe redox (redoxiţi) se combină la rece cu

oxigenul; după epuizarea capacităţii de dezoxigenare se regenerează cu reducători

(Na2SO3, Na2S2O4). În felul acesta se poate obţine apă degazată cu un rest de

oxigen de până la 0,1 mg O2/l, cu un consum de reactiv de regenerare de circa

130%.

Anioniţii puternic bazici pe bază de stiren, aduşi sub formă de sulfit,

înlătură oxigenul din apele cu salinitate mică aproape complet la rece. Caracteristic

pentru acest procedeu de degazare a apei este faptul că, atât timp cât capacitatea

anionitului nu este epuizată, degazarea se face în mod automat şi în funcţie de

sarcina specifică a anionitului, poate da un condensat (apă) cu un conţinut de O2

mai mic de 10 g/l.

3.3. INSTALAŢII DE DEGAZARE TERMICĂ

3.3.1. Definiţie. Clasificare.

Degazoarele termice sunt schimbătoare de căldură prin amestec, în care

apa este încălzită până la temperatura de saturaţie cu ajutorul aburului prelevat de

la prizele unei turbine sau din alte surse.

Procesul de transfer termic între abur şi apă este însoţit de un proces de

schimb de masă, datorat diferenţei de concentraţie a O2 şi CO2 dintre apă şi abur. În

timpul degazării se produce o desorbţie a gazelor din masa lichidului şi

îndepărtarea lor, pentru a împiedica o nouă absorbţie.

Degazoarele se pot clasifica după următoarele criterii:

1) după presiunea de lucru:

- degazoare sub vid;

- degazoare atmosferice;

- degazoare cu suprapresiune.

2) după regimul de lucru:

- degazoare cu presiune constantă;

- degazoare cu presiune variabilă alunecătoare.

3) după modul de repartizare şi de curgere a apei:

- degazoare cu jet de apă curgând în şuviţe;

- degazoare cu peliculă;

- degazoare cu pulverizare

- degazoare combinate din tipurile de mai sus.

4) după modul de realizare a degazării:

- degazoare cu o treaptă de degazare;

- degazoare cu două trepte de degazare.

9

9

3.3.2. Degazorul cu jet de apă stropită, curgând în şuviţe

(Degazorul cu şuviţe şi site)

Acest tip de degazor este cel mai răspândit (fig. 3.4). Apa intră în cutia de

distribuţie 1 situată la partea superioară. De aici, se scurge prin site (talere) cu

orificii care au diametrul de 4 – 6 mm, într-un număr mare de şuviţe, mărindu-se

astfel suprafaţa de contact cu aburul, care intră prin racordul 5 în distribuitorul 6.

Sitele, dispuse deplasat una faţă de alta au şi rolul de a reduce viteza de cădere a

apei şi de a împiedica ruperea şuviţelor în picături. Prin aceasta creşte şi durata de

contact a apei cu aburul şi intensitatea de desorbţie a gazelor. Aburul circulă în

contracurent cu apa, antrenând astfel şi gazele care se elimină la partea superioară a

coloanei prin racordul 3 împreună cu aburul rămas necondensat.

La degazorul cu site şi şuviţe, eficienţa degazării este dependentă de

asigurarea unei suprafeţe de transfer de căldură şi masă. Mărimea acesteia este

funcţie de numărul de talere de împrăştiere şi schimbare a direcţiei aburului.

Numărul acestora influenţează înălţimea degazorului şi deci şi costul acestuia.

Pentru realizarea intrării apei în coloana degazorului sunt prevăzute dispozitive de

stropire care, cel mai frecvent, sunt site de distribuţie din tablă perforată sau profile

de oţel dispuse sub formă de grătar.

Figura 3.4. Schema unui degazor cu site şi şuviţe:

1 – cutia de distribuţie; 2 – racord pentru intrarea apei; 3 – racord pentru evacuarea gazelor;

4 – talere (site); 5 – racord pentru intrarea aburului; 6 – distribuitor de abur.

Sub degazor se găseşte, de obicei, rezervorul de apă degazată, care

constituie o rezervă pentru instalaţia respectivă.

Pentru egalizarea presiunii între degazor şi rezervor este prevăzută o

conductă verticală centrală, prin care se realizează în acelaşi timp transferul

aburului din rezervor direct în spaţiul de sub sitele degazorului. La unele tipuri

conductele de egalizare sunt racordate prin exterior.

10

10

3.3.3. Degazorul cu peliculă

La degazoarele peliculare (fig. 3.5) apa supusă degazării intră descendent

prin ajutajul superior în corpul 1 al utilajului, iar aburul prin partea inferioară.

Apa se loveşte de rozeta 4, pulverizându-se în picături fine, care se adună

sub formă de peliculă pe tablele de oţel 5, unde are loc transferul de căldură şi

masă cu aburul care circulă de jos în sus. Apa degazată se scurge în rezervorul 10.

Aburul necondensat iese din degazor, împreună cu gazele evacuate pe la partea

superioară.

Degazoarele cu peliculă au dimensiuni mai mici decât cele cu şuviţe şi se

construiesc mai uşor. Nu sunt aproape deloc sensibile la depunerile de nămol sau

piatră, iar tablele din interior sunt uşor de înlocuit (grosime 1-2 mm).

Figura 3.5. Degazor cu peliculă:

1 – corpul degazorului; 2 – capac; 3 – ajutaj; 4 – rozetă; 5 – tablă de oţel;

6 – dispozitiv de susţinere; 7 – buloane; 8 – racord pentru supapa de siguranţă; 9 – tablă

deflectoare; 10 – rezervor de acumulare.

3.3.4. Degazorul de cameră de pulverizare

La acest degazor (fig. 3.6), pulverizarea apei se realizează prin mai multe

ţevi verticale scurte, prevăzute cu multe orificii de dimensiuni reduse.

Şi în acest caz apa pulverizată preia în contracurent căldura cedată de

curentul descendent de abur, producându-se încălzirea şi degazarea ei.

11

11

Gazele desorbite sunt conduse prin camera de pulverizare spre instalaţia de

evacuare.

Apa este colectată într-o pâlnie iar apoi într-un cilindru în care este

amplasat dispozitivul de fierbere suplimentară, prin barbotare.

Aburul pătrunde în acest tip de degazor la fel ca la degazorul cu şuviţe, sub

nivelul apei, provocând o nouă fierbere şi o postdegazare.

Figura 3.6. Degazor cu cameră de pulverizare şi instalaţie de fierbere suplimentară (ATLAS):

1 – ieşire superioară eşapări; 2 – ieşire inferioară eşapări; 3 – instalaţii de fierbere

suplimentară; 4 – ţevi de distribuţie abur; 5 – cameră de pulverizare.

În continuare apa curge pe lângă exteriorul cilindrului spre racordul de

ieşire.

După cum se poate vedea în schiţele spaţiale din fig. 3.7, pentru acelaşi tip

constructiv de degazor, camera de pulverizare poate fi înlocuită printr-o simplă

ţeavă perforată, această modificare fiind satisfăcătoare pentru degazoare cu

eficienţă mai redusă, realizând un conţinut rezidual de oxigen de circa 50 g/l.

Acest mod de execuţie se aplică de exemplu la degazoarele de apă de adaos.

12

12

Figura 3.7. Degazoare cu cameră de pulverizare (ATLAS)

La aceste aparate se poate renunţa la dispozitivul de fierbere suplimentară,

pentru a se coborâ preţul aparatului.

În figura 3.8 este prezentat un degazor cu pulverizare şi barbotare, la care

debitul principal de abur de încălzire este introdus în barbotorul din rezervorul de

apă de alimentare, iar cel suplimentar prin două conducte inelare în dispozitivul de

fierbere suplimentară de la baza coloanei de degazare. Apa din camera de

pulverizare cade, contrar sensului de circulaţie a aburului, pe talere de ghidare

conice, curgând în spaţiul inelar exterior al dispozitivului de fierbere suplimentară,

urcă apoi în acelaşi sens cu aburul prin spaţiul inelar concentric alăturat, unde se

produce fierberea, pentru ca în continuare să se scurgă în următorul spaţiu inelar,

care înconjoară conducta centrală de egalizare şi de aici, printr-un sifon, în

rezervorul de apă de alimentare.

Debitul principal de abur nu condensează decât parţial în barbotorul din

rezervor, restul pătrunde printr-o ţeavă centrală în coloana principală de degazare.

13

13

Figura 3.8. Degazor cu cameră de pulverizare şi instalaţie de fierbere suplimentară (ATLAS)

1 – ieşire superioară eşapări; 2 – ieşire inferioară eşapări; 3 – instalaţie de fierber suplimentară;

4 – ţevi de distribuţia aburului; 5 – cameră de pulverizare.

4.3.5. Degazoare în două trepte

Degazor combinat cu pulverizare şi şuviţe.

În figura 3.9 este prezentat un degazor cu pulverizare şi şuviţe utilizat în

centralele electrice. Apa se degazează în prima treaptă prin pulverizare, apoi prin

curgere în şuviţe.

Degazorul pelicular – cu pulverizare realizează o primă fază a degradării

prin pulverizare, apoi apa cade pe site pe care se formează pelicula de condensat.

14

14

Figura 3.9. Degazor combinat cu pulverizare şi şuviţe

Racorduri: a – intrare recirculare pompă; b – ventile de siguranţă; c – condensat secundar

joasă presiune, intrare apă; d – condensat secundar înaltă presiune, intrare abur, e – golire;

f – eşapări. Piese componente: g – ajuitaje de pulverizare; h – cameră de colectare; i –

distribuitor apă; k – suport fix; l – suport mobil; m – regulator de nivel superior şi inferioar;

n – indicator de nivel; o – gură de vizitare cu capac.

Figura 3.10. Degazor combinat cu pulverizare şi şuviţe (degazare simultană)

Racorduri: a – ventil de siguranţă; b – aerisire; c – luare de probe; d – galerie; e – preplin.

Părţi componente: f – ventil de pulverizare; g – tablă de răcire a gazelor; h – taler colector; i –

cameră de colectare – distribuţie; k – taler de împroşcare; l – taler de distribuţie perforat; m –

taler de încălzire şi degazare; n – gură de acces; o – perete lateral superior; p – element de

degazare; r – suport interior; s – gură de vizitare cu capac; t – suporţi cu egalizare a presiunii;

u – tablă de ghidare inferioară; v – tablă de ghidare superioară; w – cameră primară de

încălzire; x – cameră de aeresire; y – capac de observare (control)

15

15

Apa este repartizată pe diferite ventile de pulverizare cu arc, care o

introduc în camera primară de încălzire. Aici este colectată pe un taler, curgând pe

lateral peste deversări în formă de V pe site suprapuse, care au rolul să pulverizeze

în continuare apa.

Apa degazată este dusă într-un rezervor colector separat, dispus paralel sub

degazorul propriu-zis.

Aburul este adus pe la partea inferioară la talerele de distribuţie. El urcă

printre site spre partea superioară, degazând apa care cade în şuviţe. Încălzirea apei

se face în zona superioară a talerelor perforate. Gazele fiind antrenate spre partea

superioară, apa care, cade în şuviţe de pe talere, vine în contact numai cu aburul

pur.

Degazorul cu pulverizare şi barbotare (tip STORK). Acest degazor se

caractereizează prin aceea că dispozitivele de pulverizare şi degazare ale apei au

fost amplasate integral în rezervorul de apă de alimentare (fig. 3.11).

Aburul este introdus prin conducta de barbotare plasată sub nivelul apei,

producând fierberea volumului de apă din rezervoare.

Figura 3.11. Degazor de tip STORK

1 – cutie de abur; 2 – şicană verticală; 3 – conductă de barbotare;

4 – deversor; 5 – pulverizator.

Apa ce trebuie degazată este fin divizată ieşind cu o viteză ridicată dintr-un

dispozitiv de pulverizare, iar apoi încălzită de eşapările ascendente.

Rezervorul este divizat într-un anumit raport printr-o şicană verticală. Apa este

condusă spre partea inferioară şi curge pe lângă conducta de barbotare, trecând în

compartimentul alăturat, fiind adusă în acest timp la starea de firbere. Evacuarea

gazelor se face deasupra dispozitivului de pulverizare.

3.4. CALCULUL DEGAZOARELOR TERMICE

3.4.1. Calculul termic şi de dimensionare

Calculul unui degazor termic presupune dimensionarea suprafeţei de

contact dintre apă şi abur şi determinarea modului de realizare a acestei suprafeţe.

16

16

Prin contactul cu apa, aburul transmite acesteia fluxul termic Q, după care

cea mai mare parte din abur condensează, amestecându-se cu restul apei. Acest flux

termic este necesar apei pentru aşi ridica temperatura de la T1 (la intrare) la T2 (la

ieşire). Deci:

pp QTTcmQ 122 [W], (3.10)

unde: pc este căldura specifică a apei în intervalul de temperatură T1, T2, în J/kgK;

2m - debitul masic de apă, în kg/s; pQ - pierderile de căldură spre exterior, în W.

Suprafaţa de transfer de căldură se determină cu relaţia:

med

p

med T

TTcm

T

QS

122 [m

2], (3.11)

în care: este coeficientul de transfer de căldură prin contact şi amestec; pentru

se pot lua valori in intervalul 13 000 ... 17 000 W/m2K; medT - diferenţa medie

logaritmică de temperatură:

2

1

12

lnTT

TT

TTT

S

S

med

[K], (3.12)

ST fiind temperatura de saturaţie a aburului la presiunea care există la baza

caloanei degazorului.

Diferenţa 2TTS se alege între 0,25 şi 1°C şi anume, limita inferioară

pentru apa de alimentare a generatoarelor de abur de înaltă presiune, iar limita

superioară pentru apa de adaos în reţelele de termoficare care sunt mai puţin

pretenţioase la degazare.

Rezultă relaţia de calcul a suprafeţei de contact:

[m2]. (3.13)

Acest mod de calcul global al degazorului este destul de imprecis, el oferă

o valoare mai mult orientativă a suprafeţei de schimb de căldură. În acelaşi timp el

nu dă nici o informaţie asupra transferului de masă.

Pentru degazoarele cu talere şi şuviţe, calculul se face pe fiecare

compartiment, determinându-se temperatura şi concentraţia oxigenului apei la

ieşirea din compartiment. Calculul continuă pentru compartimentul inferior până

când apa ajunge la saturaţie, iar concentraţia oxigenului atinge valoarea dorită.

În cazul în care curgerea şuviţelor de apă şi a curentului de abur se

consideră încrucişate, pentru încălzirea apei într-un compartiment se utilizează

relaţia [3.9 ]: 3,0

7,0

2

1lg

o

n

S

S

w

w

d

lA

TT

TT. (3.14)

Pentru curgerea în echicurent se recomandă relaţia:

2

12ln

TT

TTcmS

S

Sp

17

17

3,0

0

5,0

2

1 0586,0lg wd

l

TT

TT

S

S

, (3.15)

unde: A este un coeficient care depinde de presiunea din degazor (fig. 3.12); d –

diametrul găurilor din taler, în m; l – lungimea şuviţelor, în m; 0w - viteza medie

de scurgere a apei din găurile talerului, în m/s; nw - viteza medie a aburului prin

fasciculul de şuviţe, în m/s. Se recomandă 0w = 0,4 ... 1,2 m/s.

În cazul relaţiilor (3.14) şi (3.15), valoarea maximă a presiunii dinamice a

curentului de abur 2

nnw este determinată din diagrama prezentată în fig. 3.13,

funcţie de lungimea şuviţei.

Figura 3.12. Dependenţa coeficientului A de

presiunea din degazor

Figura 3.13. Dependenţa presiunii dinamice

a aburului de lungimea şuviţei

Viteza medie de scurgere a apei se determină cu formula:

ghw 20 [m/s], (3.16)

în care este coeficientul de îngustare a şuviţei (se recomandă =0,65); h – nivelul

apei pe taler, în m.

Calculul degazării (desorbţiei) oxigenului într-un compartiment, cu

circulaţie apă-abur transversală, se face cu relaţia:

5,0

1

2

3,0

07,0

12

10

t

nB

m

m

w

w

d

l

CC

[mg/kg], (3.17)

unde: 21,CC sunt concentraţiile de O2 la începutul, respectiv sfârşitul şuviţei, în

mg/kg; B – coeficient care depinde de presiunea din degazor (fig. 3.14); tm1 -

debitul de abur care a condensat în compartiment.

Relaţia (3.17) se utilizează pentru apă nesaturată în oxigen.

18

18

Figura 3.14. Dependenţa coeficientului B de presiunea din degazor

Debitul de gaze care urmează a fi desorbit se calculează cu formula:

212 xxmmg [kg/s], (3.18)

unde x1 , x2 reprezintă fracţia molară iniţială şi finală a gazului (vezi formula 3.3.).

Debitul de abur care trebuie să circule prin degazor se determină cu relaţia:

evv

mhh

hhmm

1

1221 [kg/s], (3.19)

în care: h1, h2 sunt entalpiile apei la intrare respectiv ieşire, în [J/kg]; hv – entalpia

aburului la intrare, în [J/kg]; evm - debitul de abur care se elimină odată cu gazele

desorbite, în [kg/s].

În general, evm = 1,5 ... 5 kg pe tona de apă degazată.

Pentru degazorul cu şuviţe, suprafaţa unei şuviţe se determină cu formula:

1/12,44/3 hlhds [m

2], (3.20)

Suprafaţa de contact dintre apă şi abur, la nivelul unui taler, St este:

St = n s [m2], (3.21)

unde n – numărul de găuri în taler.

Suprafaţa totală de contact, S devine:

S = z St [m2], (3.22)

în care z este numărul de talere (site) din coloană.

Numărul găurilor din sită trebuie să asigure curgerea prin ele a debitului de

apă 2m , el calculându-se cu una din relaţiile (fig. 3.15):

19

19

Figura 3.15. Schema de principiu a unei coloane cu şuviţe (compartimentul 1)

hd

mn

2

2

27900

sau

hd

vm

wd

vmn

2

22

02

22

4775,375,0

. (3.23)

Debitul de apă care trece printr-o gaură a talerului, gm2 se determină

astfel:

hdm g2

2 27900 sau hdm g 222 4775,3 [kg/s], (3.24)

unde: v2 este volumul specific al apei, în [m3/kg]; 2 - densitatea apei, în kg/m

3.

Diametrul rândului interior de găuri, D2 se alege. Cu n şi D2 cunoscute, se

poate calcula numărul de rânduri de găuri pe taler (K) şi diametrul ultimului rând,

D1:

12

4 2

2

2

2

2

s

snDssDsDK

, (3.25)

sKDD 1221 [m]. (3.26)

Numărul de găuri pe rândurile cu diametrele D1 şi D2 sunt:

20

20

s

Dn 1

1

;

s

Dn 2

2

. (3.27)

Recomandări: valorile K, n1 şi n2 se rotunjesc la valori imediat superioare;

d = 5–8 mm; pentru găuri de 0,005–0,008 m şi grosimea talerului de 0,004–0,006

m, se recomandă un coeficient de îngustare = 0,65. Nivelul apei pe taler, h = 0,06

– 0,08m, cu condiţia să nu depăşească valoarea de 0,1 m la sarcina maximă şi să nu

scadă sub 0,01 m la sarcina minimă. Pentru lungimea şuviţelor, l = 0,4-0,6 m şi să

nu depăşească 0,8–0,9 m. Viteza aburului nu trebuie să depăşească 15 m/s.

Pentru degazoarele cu peliculă, suprafaţa de contact dintre apă şi abur este

egală cu dublul suprafeţei corpurilor pe care se formează pelicula.

Aceste corpuri pot fi table cilindrice sau ţevi. Distanţa dintre table sau ţevi se ia de

20-30 mm,iar înălţimea lor de 500-1000 mm.

În acest caz suprafaţa apei care curge în peliculă pe ţevile concentrice şi pe

mantaua interioară se determină cu relaţia:

sndnhSc

215,02 [m

2], (3.28)

unde: d este diametrul ţevii interioare, în m; h – înălţimea ţevilor, în m; s – distanţa

dintre ţevi, în m; n – numărul ţevilor.

Diametrul interior al mantalei degazorului se determină cu formula:

12 nsdDi [m]. (3.29)

Se recomandă ca viteza aburului să nu depăşească 25 m/s.

Repartizarea apei în degazorul cu peliculă se face cu ajutorul sitelor sau al

ajutajelor prevăzute cu rozete. Diametrul ajutajului se calculează cu relaţia:

4

22100

16,0p

mda

[m], (3.30)

în care p[Pa] este presiunea disponibilă la ajutaj; de obicei, se ia p=20000-60000 Pa.

3.4.2. Calculul hidrodinamic al degazoarelor termice

Calculul hidrodinamic al coloanei de degazare se efectuează pentru

controlul stabilităţii hidrodinamice.

Pentru degazorul cu şuviţe, nivelul hidrostatic al apei pe taler, la sarcina

nominală se stabileşte, plecând de la condiţia ca la sarcina minimă nivelul să nu

coboare sub 5 – 10 mm:

mnd

vm

gh 01,0

785,02

12

2

2min2min

, (3.31)

unde min2m este debitul minim de apă, în kg/s.

Stabil, din punct de vedere hidraulic, se numeşte acel regim de lucru la

care nu apare recirculare locală a apei sub influenţa jetului de abur; de aceea,

trebuie respectate vitezele admisibile ale aburului. Antrenarea apei poate duce la

umplerea şi revărsarea în talerul de mai sus.

Căderea de presiune pe traseul aburului, corespunzător unui compartiment,

este:

21

21

n

i

ippp1

21 [Pa], (3.32)

unde: 1p este căderea de presiune la trecerea aburului prin fasciculul de şuviţe;

n

i

ip1

2- pierderile locale de presiune în compartimentul considerat.

Se poate considera o cădere de presiune de 1mm H2O (9,8066 Pa) pe

fiecare rând de şuviţe, deci 98071 Kp .

Pierderile locale de presiune se pot calcula cu relaţia:

n

i

nii

n

i

i

wp

1

2

1

22

[Pa]. (3.33)

Coeficientul de pierdere locală, la întoarcerea cu 180°, în dreptul talerului,

se poate considera T = 3,5 – 4, iar la gâtul talerului se poate determina cu relaţia:

4

2

22

2

2

2

2

2

2

1707,0

C

G

C

G

G

C

G

C

GD

D

D

D

D

D

D

D , (3.34)

unde: DC este diametrul interior al coloanei, în m; DG – diametrul gâtului talerului,

în m.

Aceste elemente pot fi urmărite pe schema din fig. 3.15.

Rezistenţa hidraulică a trecerii aburului prin instalaţia de barbotare se

determină cu relaţia [3.10]:

321 ppppB [Pa], (3.35)

unde: 1p este rezistenţa hidraulică a instalaţiei de barbotare uscate; 2p -

rezistenţa hidraulică a coloanei de lichid pe placa de barbotare, proporţională cu

suma înălţimilor stratului de lichid peste pragul de deversare a apei şi cea a

pragului; 3p - rezistenţa hidraulică datorată tensiunii superficiale a apei.

Pierderea 1p se calculează cu formula:

1

2

12 n

BR

wp [Pa], (3.36)

în care BR este coeficientul de rezistenţă locală redusă: wn – viteza medie a

aburului prin placa de barbotare, în m/s

Pierderea 3p se poate considera [3.3]:

odp

43 [Pa], (3.37)

unde: este tensiunea superficială a amestecului abur-apă, în [kg/m]; do –

diametrul găurilor din placa de barbotare, în m.

22

22

3.5. Construcţia şi funcţionarea coloanei de degazare

La degazoarele cu şuviţe, între talere şi manta nu trebuie să existe, în

corpul coloanei de degazare, nici un spaţiu liber pentru ca apa să nu curgă pe

pereţii recipientului care sunt subrăciţi, cu toate că sunt izolaţi termic.

Talerele orizontale se deformează în timpul funcţionării coloanei de

degazare, de aceea trebuie menţinute în stare bună.

Amestecarea apelor cu temperaturi diferite şi cu conţinut diferit de O2 în

coloană este dăunătoare, mai ales când apa se introduce brusc.

Coloanele de degazare care lucrează în paralel necesită o distribuţie a

debitului, care trebuie menţinut în intervalul corespunzător unei bune degazări.

Exploatarea sigură a degazoarelor termice este realizabilă numai printr-o

reglare automată a debitului de abur care intră în degazor, pentru menţinerea

constantă a presiunii sau temperaturii din degazor şi a nivelului apei în rezervorul

de acumulare. În cazul unei reglări manuale este practic imposibil să se evite

oscilaţiile temperaturii apei, ale presiunii şi ale nivelului. Reglarea manuală

favorizează şi pătrunderea periodică de oxigen în apa de alimentare.

Regulatorul de presiune menţine constantă presiunea în degazor,

independent de sarcina lui termică şi hidraulică. Prin aceasta se asigură un regim

constant pentru degazare. Regulatorul trebuie să aibă o mare sensibilitate la

variaţiile de presiune ( 0,01 – 0,02 bar). Regulatorul automat de presiune devine

absolut necesar în cazul când alimentarea cu abur a degazorului se face de la o

priză de abur nereglabilă a turbinei, unde presiunea depinde de sarcina turbinei.

Dacă priza turbinei este reglabilă, acţiunea principală de reglare va fi dirijată în

acest loc.

Regulatorul de temperatură se utilizează relativ rar în cazul degazoarelor.

În cazul ând există, acţiunea lui se exercită tot asupra supapei care comandă

intrarea aburului în degazor. Regulatorul de temperatură are însă o inerţie mai

mare, aşa că se preferă regulatorul de presiune, care este mult mai sensibil.

Regulatoarele de nivel se construiesc de obicei, cu flotor, care comandă

supapa de pe conducta de intrare a apei de degazat [3.8]. Dacă se măreşte debitul

de apă care trece prin degazor peste cel nominal, apa va depăşi marginea cutiilor cu

site şi se va revărsa sub formă de vâne groase, care oferă suprafaţă prea mică de

contact cu aburul. Din timp în timp este necesar să se scoată degazorul din

funcţiune, pentru a se verifica starea dispozitivului de distribuţie a apei, a sitelor şi

a dispozitivului de intrare a aburului. Găurile sitelor se pot astupa cu nămol sau cu

piatră.

Dacă este vorba de gaze agresive, cum este totdeauna oxigenul în amestec

cu vaporii de apă, se pot produce coroziuni în interiorul degazorului. Pentru a

proteja de coroziuni dispozitivele din interiorul degazorului şi mantaua sa, acestea

se confecţionează din oţel inoxidabil.

Controlul conţinutului de oxigen din apa degazată se face cu aparate

chimice sau electrice deosebit de sensibile, având în vedere conţinutul foarte mic

de oxigen existent în mod normal în apa degazată.

23

23

BIBLIOGRAFIE [3.1] Badea, A., Instalaţii termice industriale. Curs pentru subingineri. Institutul

Politehnic Bucureşti, 1981.

[3.2] Carabogdan, I.G., ş.a., Instalaţii termice industriale. Editura Tehnică,

Bucureşti, 1978.

[3.3] Carabogdan, I.G., ş.a., Instalaţii termice industriale. Culegere de probleme

pentru ingineri. Vol. II., Editura Tehnică, Bucureşti, 1983.

[3.4] Florea, O., ş.a., Operaţii şi utilaje în industria chimică. Probleme. Ed.

Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980.

[3.5] Fodor, C., Probleme legate de proiectarea instalaţiilor de demineralizare a

apei pentru centralele electrice. Energetica, nr. 2, 1963, pag. 64.

[3.6] Fodor, C., Negulescu, L., Tratarea apei, Institutul Politehnic Bucureşti, 1976.

[3.7] Schröder, K., Centrale termoelectrice de putere mare. Vol. III, traducere din

limba germană. Editura Tehnică, Bucureşti, 1971.

[3.8] Vlădea, I., Instalaţii şi utilaje termice. Editura Tehnică, Bucureşti, 1976.

[3.9] *** Manualul inginerului termotehnician, Editura Tehnică, Bucureşti, 1986.

[3.10] *** Metodologie unică de calcul şi proiectare a degazoarelor termice,

CAER, Camera Permanentă de Construcţii de Maşini, Secţia 13, Tema 13,

1/77, 1978.

`