Дегазацией называют процессы связывания или удаления из обрабатываемой воды растворенных в ней углекислого газа, кислорода, радиоактивных благородных газов (РБГ), к которым относятся, в частности, криптон и ксенон, йода и некоторых других, например водорода, образующегося при радиолизе воды. Углекислый газ и кислород вызывают коррозию оборудования (см. § 2.1).
В практике ТЭС и АЭС применяются химический и термический методы дегазации. Химический метод заключается в связывании в неагрессивное состояние кислорода и углекислого газа добавлением гидразина и аммиака (см. § 5.3 и 5.5). Термический метод заключается в удалении из воды растворенных газов посредством нагревания ее до кипения.
В практике обработки радиоактивных вод АЭС удаляются в основном агрессивные газы — кислород и углекислый газ, РБГ и радионуклиды йода.
Термическая дегазация воды основана на законе Генри, согласно которому растворимость газа пропорциональна его парциальному давлению над поверхностью воды,
С = аРг, (10.15)
где С — содержание газа в воде; α — коэффициент абсорбции; Рг — парциальное давление.
Коэффициент абсорбции зависит от температуры воды; с повышением температуры он вначале снижается, а затем растет. Так как над уровнем воды находятся не только газы, но и пары воды, парциальное давление газов
(10.16)
где Р — суммарное давление над уровнем воды; РН2О —парциальное давление водяных паров. Таким образом,
(10.17)
Из (10.17) следует, что для удаления из воды растворенных газов необходимо, чтобы давление над уровнем воды было равно парциальному давлению водяных паров, что выполнимо только при кипении воды.
При кипении происходит выделение образующихся в объеме жидкости пузырьков газа, а также разложение связанного углекислого газа. Нагрев воды осуществляется паром, получившим название греющего.
Для обеспечения надежной термической дегазации необходимо увеличение поверхности соприкосновения воды и греющего пара, что достигается дроблением воды на струи и пленки.
Перед дегазацией вода должна быть предварительно подогрета. Допускается недогрев воды до температуры насыщения при давлении в дегазаторе не более 40°C. В противном случае потребуется большой расход греющего пара в дегазатор, что может вызвать захват паром капелек воды, снижение эффекта дегазации и появление весьма опасных для дегазатора гидравлических ударов.
Процесс дегазации в большой степени зависит и от недогрева воды в самом дегазаторе. Снижение температуры воды на выходе из дегазатора относительно температуры насыщения на 3°С приводит к увеличению содержания кислорода примерно в 2 раза. Температура воды в свою очередь находится в зависимости от постоянства уровня воды и давления пара в дегазаторе. Оба параметра, как правило, поддерживаются в заданном диапазоне автоматически.
Выделившиеся из воды газы удаляются вместе с частью пара. Для надежного удаления кислорода вместе с газами необходимо отводить 1—2 кг пара на 1 м3 дегазируемой воды, а для удаления СО2 — не менее 3—4 кг/м3.
Для эффективного удаления углекислого газа прибегают к двухступенчатой дегазации, в качестве второй ступени применяют пропуск пара через слой воды (барботаж), в результате чего достигают значительного увеличения площади поверхности контакта пара и воды.
Термическая дегазация происходит не только при нагревании воды до кипения, но и при конденсации пара, например, в конденсаторах турбин и конденсаторах-дегазаторах выпарных аппаратов. В этом случае также в качестве второй ступени дегазации применяют барботаж с целью более полного удаления газов, в основном углекислого газа.
Термическая дегазация является эффективным способом удаления растворенных в воде газов. При налаженной работе дегазаторов остаточное содержание кислорода в воде составляет 10—20 мкг/л, углекислого газа и РБГ — следы.
На АЭС в отличие от ТЭС термической дегазации подвергаются не только конденсат турбин и питательная вода парогенераторов, но и добавочная вода (дистиллят) после очистки радиоактивных сточных вод в основном для удаления из нее углекислого газа и РБГ.
