При эксплуатации систем водо- и теплоснабжения наиболее острой проблемой является внутренняя коррозия, которая приводит к сокращению срока эксплуатации оборудования и трубопроводов под действием циркулирующей в них воды, содержащей растворенные газы. К наиболее распространенным и опасным коррозионно-агрессивным газам относится СО2 (в литературе можно встретить названия: диоксид углерода, углекислый газ, свободная углекислота и т.п.).
Большое количество СО2, значительно превышающее равновесное, образуется за счет разрушения бикарбонатных ионов при умягчении или деминерализации воды с использованием Н-катионирования, подкисления или обратного осмоса.
Декарбонизация воды – это процесс удаления из нее СО2 до остаточной концентрации, близкой к равновесной в системе «вода-воздух».
Поскольку парциальное давление СО2 в воздухе значительно меньше равновесного давления этого газа в воде, СО2 может десорбироваться (выделяться) из воды в воздух. Чем больше поверхность соприкосновения фаз вода/воздух, тем эффективнее десорбция СО2.
Принцип действия декарбонизатора заключается в обеспечении большой поверхности соприкосновения фаз вода/воздух и десорбции СО2 из воды в воздух.
В качестве декарбонизаторов могут использоваться практически любые устройства, обеспечивающие высокую степень диспергирования исходной воды и большую площадь контакта ее с воздухом (противотоком или прямотоком).
Декарбонизаторы часто классифицируют по способу контакта фаз вода/воздух:
1. пленочные (с упорядоченной или неупорядоченной насадкой),
2. барботажные, капельные (вакуумно-эжекционные или распылительные),
3. мембранные.
Следует отметить, что, например, в технологии водоподготовки для теплоэнергетики, декарбонизация является сложнейшим процессом, поскольку растворимость СО2 в воде зависит от множества изменяющихся факторов (содержание СО2 в воздухе; температура, рН, минерализация, щелочность воды и т.п.).
Расчет параметров процесса декарбонизации и выбор типа аппарата всегда индивидуальны, поскольку исходные данные и граничные условия в каждой отдельной технологической схеме варьируются, например:
- Исходная концентрация CO2 (Прямоточные водоструйные эжекторы не эффективны при концентрации СО2 в воде более 20 мг/л, а часто она на порядок выше)
- Требуемая остаточная концентрация СО2 (Достижение остаточной концентрации СО2 3‑5 мг/л возможно только на противоточных насадочных декарбонизаторах).
- Требуемая энергетическая и массообменная эффективность (Противоточные насадочные аппараты в 4-6 раз энергоэффективнее прямоточных) и т.п.
Наиболее распространенным типом декарбонизаторов воды являются противоточные пленочные аппараты с неупорядоченной насадкой, которые имеют высокую массообменную эффективность и низкие эксплуатационные затраты.
Реже применяют прямоточные распылительные декарбонизаторы — в тех случаях, когда сложно обеспечить работу пленочных аппаратов без засорения насадки и в установках водоподготовки котельных с высокой щелочностью воды после Н-катионитовых фильтров , когда требования к остаточной концентрации СО2 перед вакуумной деаэрацией относительно невелики.
Другие типы декарбонизаторов применяют значительно реже и обоснование их выбора носит, как правило, индивидуальный характер.
Противоточные пленочные декарбонизаторы с неупорядоченной насадкой.
Это цилиндрические аппараты, заполненные так называемой «насадкой» — специальными объемными фигурами из нержавеющего материала, которые имеют большую удельную поверхность (керамические кольца
Рашига, Палля, седла Инталокс и др.)
В таком декарбонизаторе исходная вода поступает в верхнюю часть, где струями равномерно падает на насадку, по поверхности которой стекает тонкой пленкой в нижнюю часть аппарата. Снизу аппарата, навстречу водному потоку подается воздух, который увлекает за собой выделяющийся из воды углекислый газ и выходит через верхние патрубки.
Остаточная концентрация СО2 в жидкой фазе зависит от температуры, скорости потока воды, типа и объема насадки, а также от расхода воздуха.
Прямоточные распылительные декарбонизаторы.
При разработке прямоточных распылительных декарбонизаторов предполагалось создать аппараты, отличающиеся от насадочных декарбонизаторов меньшими габаритами и материалоемкостью.
При большом разнообразии конструкций этих аппаратов, все они основаны на создании высокоскоростного потока капель воды в эжекторном устройстве для обеспечения контакта воды с большим количеством воздуха.
Принцип работы (на рисунке показан двухсторонний двухсекционный аппарат): Обрабатываемая вода распыляется форсунками в щелевую рабочую зону, эжектируя за собой воздух и обеспечивая большую поверхность взаимодействия фаз. СО2десорбируется из воды в воздух. Далее обработанная ввода поступает в накопитель и направляется потребителю, а воздух вместе с СО2через каплеуловитель рассеиваются в атмосферу.
