Иван Тихонов - Сборник статей по организации водно-химического режима теплоэнергообъектов

Необходимо рассмотреть еще один момент, связанный с работой обратноосмотических систем обессоливания. Это почему пермеат имеет низкое значение рН и как это отражается на ВХР котельной.

При фильтровании через полупроницаемую мембрану ионы, растворенные в воде, практически не переходят через мембрану, т.к. они находятся в гидратированном состоянии, т.е. имеют связь с молекулами воды. В результате диаметр гидратированного иона получается больше диаметра поры в мембране, с учетом связанного слоя воды на поверхности мембраны гидратированный ион не переносится через мембрану и остается в концентрате. Растворенные в воде газы свободно проходят через мембрану, т.к. они не имеют заряда и не подвержены гидратированию водой. Размер молекулы газа меньше размера поры в мембране. Таким образом, в пермеате содержится тоже количество углекислого газа, что и в исходной воде, а количество бикарбонат-иона существенно меньше. Порядка 1—5% от исходного количества бикарбоната. В физическом смысле можно сказать, что бикарбонат-ион – это щелочной остаток от растворения угольной кислоты. Соответственно, убирая щелочную составляющую за счет фильтрации, но оставляя кислотную (углекислый газ проходит через мембрану), значение рН фильтрата существенно падает. Это хорошо показывается уравнением Хендерсона-Хассельбальха для диссоциации угольной кислоты H 2CO 3 = H+НCO 3

К примеру, если содержание бикарбоната в исходной воде 2,0 ммоль/л, в пермеате 0,12 ммоль/л, содержание углекислоты в исходной воде 10 мг/л (0,227 ммоль/л), то значение рН можно рассчитать по формуле (1)

При этом значение рН исходной воды равно

Как видим, за счет уменьшения содержания бикарбоната и неизменного содержания угольной кислоты пермеат имеет низкое значение рН. При этом общее количество связанной угольной кислоты в виде бикарбонат-иона уменьшилось с 2 ммоль/л до 0,12 ммоль/л. Это значит, что в паре и конденсате будет содержаться примерно на 70—80 мг/л углекислоты меньше. Что и является важным преимуществом работы осмотических систем в схеме ВХР котельных.

Остается только избежать углекислотной коррозии питательного тракта парового котла. Для этого осмотическую воду необходимо направлять в колонку деаэратора на отгонку углекислоты и кислорода. При этом термический деаэратор должен работать надлежащим образом, а не просто как бак запаса воды.

Если значение рН деаэрированной воды менее 8,4—8,5, необходимо выяснить причины этого, а не начинать дозировать едкий натр в деаэрированную воду. Едкий натр свяжет свободную углекислоту в бикарбонат, который в котле перейдет в углекислоту и уйдет с паром. Причинами низкого значения рН деаэрированной воды могут быть:

– недостаточный нагрев подпиточной воды перед деаэраторной колонкой;

– недостаточный расход пара на зеркало;

– недостаточный расход пара на барботаж;

– возврат конденсата не в деаэраторную колонку, а в деаэраторный бак.

Зная особенности работы обратноосмотических систем обессоливания воды, можно предложить 2 принципиальные схемы их применения в структуре ВХР паровых котельных низкого давления.

В первом варианте исходная вода, проходя фильтр осветления, поступает на установку Na-катионирования, затем умягченная вода поступает на обратноосмотическое обессоливание. После осмоса пермеат поступает в термический деаэратор (рис. 1).

Во втором варианте исходная вода, проходя фильтр осветления, сразу направляется на обратноосмотическое обессоливание, затем пермеат подается на установку Na-катионирования. После умягчения вода поступает в термический деаэратор (рис. 2). В этом варианте требуется дополнительная емкость и насосная станция.

В обоих вариантах получаемый состав подпиточной воды полностью соответствует требованиям НД и позволяет вести ВХР с минимальным содержанием углекислоты в конденсате и очень низкими потерями тепла с продувкой котла.

Тем не менее эти два варианта принципиально отличаются с точки зрения организации работы системы обратного осмоса.