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为什么气体需要从锅炉给水删除

氧是热井储罐、给水管、给水泵和锅炉腐蚀的主要原因。如果二氧化碳也存在，那么pH值就会很低，水就会呈酸性，腐蚀的速度就会加快。通常腐蚀是点蚀型，虽然金属损失可能不大，但可以在短时间内发生深度穿透和射孔。

消除溶解氧可以用化学或物理方法，但通常是两种方法的结合。

减少腐蚀的基本要求是保持给水的pH值不低于8.5至9，这是不含二氧化碳的最低水平，并清除所有的氧气痕迹。从工厂返回的凝结水将对锅炉给水处理产生重大影响——凝结水是热的，并且已经经过化学处理，因此，由于返回的凝结水越多，所需的给水处理就越少。

水暴露在空气中，氧会饱和，浓度会随温度变化:温度越高，氧含量越低。

在给水处理的第一步是加热水以驱除氧气。典型地，锅炉给水箱应在85℃C到90°。这留下约2毫克/升（PPM）的氧含量。在大气压下，较高温度下比该操作可以是困难的，因为饱和温度的紧密接近和空化在给水泵的概率，除非给水箱被安装在非常高的水平的锅炉给水泵的上方。

氧清除化学品的加入（亚硫酸钠，肼或单宁）将除去剩余的氧和防止腐蚀。

这是英国工业锅炉厂的正常治疗。然而，存在植物，因为它们的尺寸，特殊应用或局部标准，需要减少或增加所用化学品的量。对于需要减少化学处理量的植物，常常使用加压的脱水剂是常规做法。

加压除氧器的工作原理

如果液体是在其饱和温度，气体在其中的溶解度是零，虽然液体必须强烈搅拌的或煮沸以确保它被完全脱气。

这是在除氧器的头部通过将水分解成尽可能多的小液滴，并在这些液滴周围以蒸汽的气氛来实现的。这提供了一个高的表面积与质量比，并允许快速传热从蒸汽到水，迅速达到蒸汽饱和温度。这就释放了溶解的气体，然后这些气体和多余的蒸汽一起被排放到大气中。(这种气体和蒸汽的混合物低于饱和温度，排气口将恒温运行)。然后脱氧水落入容器的储存部分。

在储存的水上面保留一层蒸汽，以确保气体不会被重新吸收。

水分布

进入的水必须被分解成小滴，最大限度地水的表面积与质量之比。这是为了提高水的温度，并且在在脱气装置圆顶（或头）的非常短的停留期间释放的气体是至关重要的。

将水分解成小水滴可以使用圆顶蒸汽环境中所采用的方法之一来实现。

当然，每种供水方式都有优点和缺点，还有成本影响。表3.21.1比较和总结了一些最重要的因素:

控制系统

控水

调制控制阀用于维持容器的存储部分中的水位。调制控制需要提供稳定的操作条件，因为突然涌入与ON / OFF控制水控制系统可能对压力控制产生深远的影响，也能够迅速响应需求变化的能力。

由于需要调节控制，因此电容式电平探针可以提供水位所需的模拟信号。

蒸汽控制

调制控制阀调节蒸汽供应。该阀通过压力控制器调制以保持容器内的压力。精确的压力控制非常重要，因为它是脱水机中温度控制的基础，因此将使用快速作用，气动致动控制阀。注意：试验操作压力控制阀可用于较小的应用，并且当保证相当恒定时，可以使用自行膜片致动控制阀。

蒸汽注入可能发生在水头的底部，并以与水相反的方向流动(逆流)，或从侧面穿过水流(交叉流)。无论蒸汽来自哪个方向，其目的是提供最大的搅动和蒸汽与水流之间的接触，将水提高到所需的温度。

蒸汽经由扩散注入，以提供除氧圆顶内的蒸汽良好分布。

进入的蒸汽还提供:

• 输送气体到空气排出的装置。
• 在储存的除气水上方需要一层蒸汽。

除氧器排气能力

在以前的模块中，给水温度通常在85°C左右报价，这是在常压下运行的通风锅炉给水罐的实际最大值。众所周知，在85°C的水中，每1000千克水中含有大约3.5克氧气，而正是氧气导致了蒸汽系统的主要破坏，原因有两个。首先，它附着在管道和设备内部，形成氧化物、锈和水垢;其次，它与二氧化碳结合产生碳酸，碳酸具有天然亲和力，一般腐蚀金属和溶解铁。正因为如此，在锅炉给水进入锅炉之前，将氧气从给水中除去是很有用的。使用壳式锅炉的饱和蒸汽供应的低压和中压装置，如果有一个精心设计的带有常压除氧器(称为半除氧器)的给水罐，将会运行得非常顺利。任何残留的氧都要用化学方法除去，这对于这种蒸汽装置通常是经济的。然而，对于高压水管锅炉和处理过热蒸汽的蒸汽装置来说，至关重要的是要保持锅炉水中的氧气水平较低(通常低于7ppb - 7ppb)，因为溶解气体的腐蚀速率随着温度的升高而迅速增加。为了达到这样低的含氧量，可以使用加压除氧器。

如果给水是在大气给水箱加热到100℃的饱和温度，氧气在水中保持的量理论上是零;虽然在实践中，很可能是少量的氧气将保留。它也是情况下蒸汽从排气式给水箱损失将是相当高的，经济上是不可接受的，这就是为什么加压脱气剂优选用于较高压力装置开工通常高于20巴克的主要原因。

增压除氧器的工作温度通常为0.2 bar g，相当于105°C的饱和温度，尽管仍有一定量的蒸汽通过节流通风口流失到大气中，但损失将远远小于从通风的进料罐流失的蒸汽。

需要排出的不仅仅是氧气;其他不凝性气体将同时排出。除氧器因此将排出空气的其他成分，主要是氮气，以及一定量的蒸汽。因此，从水中截留空气的速率必须略高于每1 000公斤水含3.5克氧。事实上，在80°C的大气条件下，水中的空气量是每1000千克水5.9克。因此，每1000千克水需要排出5.9克空气，以确保释放所需的3.5克氧气。当这种空气与水面以上的空间中的蒸汽混合时，它可以从除氧器拒绝的唯一方法是通过同时释放蒸汽。

通过考虑Dalton的部分压力和亨利法律的影响，可以估计需要释放的蒸汽/空气混合物的量。

考虑安装除氧器的可行性。在安装之前，锅炉厂的给水来自80°C的通风给水罐。这本质上意味着每1000公斤给水含有5.9克空气。建议的除氧器将在0.2 bar g的压力下运行，这对应于105°C的饱和温度。

因此，假定所有的空气都将从除氧器中的水中排出。由此可知，排气口必须每1 000公斤给水能力排出5.9克空气。

考虑从水中释放的空气与水面上的蒸汽混合。尽管除氧器操作压力为0.2 bar g (1.2 bar a)，蒸汽/空气混合物的温度可能只有100°C。

因此，来自道尔顿的法律： -

如果除氧器内的蒸汽空间充满纯蒸汽，蒸汽压力将为1.2 bar a。由于蒸汽空间的实际温度为100℃，蒸汽造成的分压仅为1.013 25 bar a。

因此，由不凝气体(空气)引起的分压是这两个数字之间的差= 1.2 - 1.013 25 = 0.186 75 bar a。

但是：

• 因为没有简单的方法来准确测量放电温度;
• 因为除氧器与大气压力之间只有很小的压差;
• 因为排气速率很小，

．..除氧器排气管道上很少有自动排气机构，通常由手动调节的球阀、针阀或孔板来完成。同样重要的是要记住除氧器的主要目的是除去气体。因此，至关重要的是，一旦这些气体被分离出来，就必须尽快清除，以免再次夹带。

尽管理论表明每吨除氧器容量需要22.4克蒸汽/空气混合物，但在实践中这是不可能成功监测或调节的。

因此，基于实践经验，脱象制造商将倾向于推荐0.5至2公斤蒸汽/空气混合物的通风率，每1000千克/小时的脱气剂容量达到安全侧。有人建议采取脱水机构制造商的建议。

控制排气率的一种典型方法是使用额定压力合适的DN20蒸汽负载球阀，该球阀可以在部分开启状态下固定。

加压脱水机的典型操作参数

以下信息是典型的任何实际安装可能从一些适合该设备的个性化需求方式的变化如下：

• 操作压力通常约为0.2 bar (3 psi)，饱和温度为105°C(221°F)。
• 容器将含有10至20分钟的储水量，用于满载的锅炉。
• 脱水机的供水压力应至少为2杆，以确保喷嘴处的良好分配。
• 这意味着要么在工厂的疏水阀上有反压，要么需要泵送冷凝液回流。
• 压力控制阀的蒸汽供应压力将在5到10 bar范围内。
• 除氧器的最大转速大约为5:1。
• 在从处理低于该流速，可以存在压力不足，得到与喷嘴或喷雾型水分配器良好雾化。
• 这可以通过在单位上具有多于一个圆顶来克服。TheDomes的总容量将等于锅炉额定值，但是在低需求时可能会关闭一个或多个圆顶。
• 可能需要在容器的存储区域加热，以满足启动条件;这可能是通过线圈或直接注入。
• 然而，最可能配备增压除氧器的设备类型将是连续运行的，操作人员可能认为偶尔冷启动期间的低性能是可以接受的。

船舶的设计、材料、制造、建造和认证将符合一个公认的标准，例如:在英国的标准是PD 5500。

除氧器上的热平衡通常(但不总是)是在入水温度升高20°C时计算出来的。

这是正常的水在85℃下将被供应到脱气器。如果引入水温度低于该显著高，则蒸汽量需要达到设定压力会少一些。这，反过来，意味着蒸汽阀将节流向下和蒸汽流量可能太低，以确保在蒸汽喷嘴适当分散。

这可能表明，要退回冷凝的比例非常高，为了适当的排气可能需要一些替代的作用。

在这种情况下，除气器的热平衡可使用不同的参数来计算，或脱气器可以在更高的压力下操作。

成本和理由

成本

存在与操作相关联的除氧器没有额外的能量成本，并且蒸汽出口到植物的最大量是具有相同的，或不具有除氧器，因为蒸汽用来增加给水温度来自更高锅炉输出。

但是：

• 将有来自脱气器的一些热量损失（这将通过适当的绝缘最小化）。
• 在给料罐和除氧器之间运行输送泵还有额外的费用。
• 一些蒸汽随着排出的不凝性气体流失。

的理由

选择增压除氧器的主要原因有:

• 在不使用化学物质的情况下将氧气含量降低到最低水平(<十亿分之20)。这将消除锅炉给水系统的腐蚀。
• 在化学品方面可以实现成本节约——这一论点在大型水管型锅炉上变得越来越有效，这些锅炉的流量较高，锅炉给水中需要保持较低的TDS水平(< 1 000 ppm)。
• 为了控制锅炉水中的氧含量而添加的化学药剂本身也需要吹除。因此，通过减少/消除化学品的添加，将降低排放速率，并节约相关成本。
• 防止蒸汽与产品直接接触的污染，例如:

食品或灭菌用途。

除气器热平衡

为了实现正确的系统设计和尺寸蒸汽供应阀，重要的是要知道加热脱水机需要多少蒸汽。该蒸汽用于从在将脱水剂安装之前经历的通常温度加热给水，以将溶解氧降低到所需水平所需的温度。

所需的蒸汽流量是通过质量/热量平衡来计算的。质量/热量平衡的原理是:给水中的初始热量加上注入蒸汽质量所增加的热量，必须等于给水中的最终热量加上过程中冷凝的蒸汽质量。

式2.11.3为用于此目的的质量/热平衡方程。

现有锅炉厂的给水温度为85°C。由于化学处理成本上升，建议安装增压除氧器，在0.2 bar g下运行，将给水温度提高到105°C，将氧的溶解度降低到十亿分之一。锅炉中产生的10bar g蒸汽用作加热剂。如果锅炉厂的额定输出功率和额定输出功率为10吨/小时，请确定加热除氧器所需的蒸汽流量。

在进行任何计算以估计除氧器的尺寸之前，重要的是要知道可能的最大给水需求。这是通过计算锅炉的最大有效蒸汽速率来确定的，而这个速率又取决于初始给水温度。通过确定锅炉蒸发系数来确定最大蒸汽量。

因此，控制阀必须能够与的10巴克的供给压力供给334公斤/蒸汽的小时，并以0.2巴的下游压力。

例3.21.2

加压除氧器控制系统的选型和选择

本例中的选择并不是唯一的解决方案，设计师需要考虑单个站点对电动和气动服务的可用性的需求。

本节的目标是控制阀和系统的选择。为了澄清起见，省略了管道辅助设备，如过滤器和截止阀，然而，它们对于增压除氧器的平稳运行和运行是至关重要的。
数据

如图3.21.4加上实际输出如下图所示:

锅炉:

-工作压力(P1) = 10bar g

-'From和在”评级= 10000公斤/小时

- 输出= 9 311 kg / h，给水温度为85°C

除气器:

- 工作压力（P2）= 0.2巴克（饱和温度105℃）

蒸汽控制阀

上浆的控制阀为饱和蒸汽服务可以使用等式3.21.2确定：

但是，由于P2（1.2棒A）小于58％的P1（11巴A），因此蒸汽流量受到临界压降，因此可以根据用于临界流动的更简单方程（方程6.4.3）来计算KV条件。

所选控制阀的Kvs应该大于2.53，通常由标准Kvs为4的DN15阀门提供，并具有相同百分比的阀内件。

蒸汽控制设备选择

该控制需要快速响应脱气机中压力的变化，并准确地保持压力;具有气动致动器的阀门将以所需的方式操作。压力传感和控制功能可以通过气动或电子设备提供，并且控制信号输出（0.2至1巴或4-20 mA）应进入适当的定位器。

设备要求

• DN15两个端口阀，标准等百分比饰边（kVs = 4）。
• 气动执行器能够在10bar的压力下关闭DN15阀门。
• 带安装组件的气动定位器(或带安装组件的电动气动定位器)。
• 一个量程为0 - 7 bar的气动控制器(或者一个量程适当的电子控制器和传感器)。

如前所述，一个先导操作的自作用压力控制可能是可接受的。然而，如果除氧器负载发生很大变化，应避免采用直接作用膜片驱动的自作用压力控制，因为与此类阀门相关的宽p带可能不能在负载范围内提供足够精确的压力控制。

用于水系统控制（水平控制）

供水:

• 输送泵的排出压力= 2bar g
• 给料槽温度= 85°C
• 蒸汽流量流到脱绸剂（M_dot - Body Text.jpgs）已经在334 kg / h时计算。

在此实例中的最大水流量（锅炉的“实际”的能力），以除气器是9311千克/小时。水阀的尺寸上体积流速，因此有必要的9311公斤/ h的质量流转换为立方米/小时的体积流量。

泵对控制阀的排放压力为2bar g。从蒸汽表可知，在2bar g和85°C条件下，水的比体积为0.001 032 m3/ kg。

重要的是要确定配水喷嘴后所需的压力，以给予适当的配水;控制阀的选择必须考虑到这一点。对于这个例子，假设在分配器喷嘴的入口需要1.8 bar的压力。

水控制阀的施胶参数是：

V = 9 311 kg/h x 0.001 032 m3/kg = 9.6 m3/h

P1 = 2巴g

p2 = 1.8条

可通过计算Kv来确定用于液体应用的控制阀的选型，见式3.21.3:

水控制设备选择

由于除氧器中含有大量的水，控制信号响应的速度通常不是问题，而电动控制可能提供一个适当的解决方案。

然而，气动驱动的控制将同样提供良好的解决方案。

设备要求:

• 一个DN40双端口阀门，标准阀内件(Kvs = 25)。
• 电致动器，这将关闭阀DN40与最大传送泵压力。
• 执行器需要反馈电位器。
• 带有前置放大器的适当长度的电容电平探头。
• 液位控制器接受电容探头的信号，然后将调制信号传递给阀门执行器。

注意，这只给予水位控制加上高或低警报。如果需要额外的低或高警报，选项是:

1. 带有液位控制器的电容式液位探头，可提供两个额外的液位报警。
2. 一个四尖端电导率水平探针，与电平控制器，它可提供多达四个级的报警。

或者

3.单个尖端高完整性，自监控级探头和相关电平控制器，其将提供高电平或低级警报。

表3.21.2识别可能遇到的具有加压脱水机构的主要困难及其可能的原因。