Удаление растворенного кислорода и свободной углекислоты из подпиточной воды водогрейных котельных и закрытых тепловых сетей Алматы при температуре теплоносителя +70…+95 °C исключает использование классических атмосферных деаэраторов. Нагрев сотен тонн подпиточной воды до точки кипения +104,2 °C с последующим ее охлаждением в теплообменниках приводит к перерасходу природного газа и перегрузке котлов в межсезонье. Вакуумный деаэратор серии ДВ (ДВ-15, ДВ-25, ДВ-50, ДВ-100, ДВ-200) осуществляет термическую дегазацию при глубоком разрежении (абсолютное давление 0,007–0,035 МПа) и температуре воды от +40 °C до +70 °C, не требуя перегрева сетевой воды.

Однако эксплуатация деаэрационной колонки под вакуумом до 0,93–0,96 кгс/см² предъявляет предельные требования к пространственной жесткости и абсолютной герметичности подводящих, опускных и выпарных трубопроводов. Если в напорных контурах незначительная неплотность проявляется видимой капельной течью, то в вакуумном тракте микросвищ работает на постоянный подсос атмосферного воздуха. Это сводит эффективность деаэрации к нулю и насыщает котловую воду агрессивным кислородом со скоростью до 2,5–4,0 мг/дм³. Стальная водогазопроводная труба (ВГП) по ГОСТ 3262-75 обычной и усиленной серий выступает безальтернативным материалом для трубной обвязки вакуумных деаэрационных установок благодаря высокой кольцевой жесткости толстой монолитной стенки (3,2–4,5 мм), исключающей овализацию и схлопывание магистрали при предельном разрежении.

Гидравлический расчет барометрической опускной трубы деаэратора

Отвод деаэрированной подпиточной воды из нижней части колонки или бака-накопителя, находящегося под разрежением 0,07–0,09 МПа, самотеком в приемный резервуар либо напрямую на всас подпиточных насосов требует создания гидростатического столба, уравновешивающего разницу между атмосферным давлением в машинном зале и вакуумом в аппарате. Барометрическая труба представляет собой вертикальный герметичный опускной стояк, опущенный нижним концом под уровень воды в барометрическом гидрозатворе (промежуточном бачке-ловушке).

Минимальная геометрическая высота барометрического столба $H_{\text{бар}}$ (в метрах) от расчетного уровня зеркала воды в гидрозатворе до нижнего патрубка деаэратора вычисляется с учетом предельного разрежения и запаса на динамические потери:

$$H_{\text{бар}} = \frac{P_{\text{атм}} - P_{\text{вак}}}{\rho \cdot g} + \Delta h_{\text{дин}} + H_{\text{зап}}$$

где $P_{\text{атм}}$ — барометрическое давление в Алматы (с учетом абсолютной высоты города 750–900 м над уровнем моря принимается в среднем 92,0–94,5 кПа); $P_{\text{вак}}$ — минимальное абсолютное давление в деаэраторе (для температуры кипения +50 °C составляет 12,3 кПа); $\rho$ — плотность деаэрированной воды при рабочей температуре (для +50 °C равна 988 кг/м³); $g$ — ускорение свободного падения (9,81 м/с²); $\Delta h_{\text{дин}}$ — суммарные гидравлические потери на трение и местные сопротивления по длине стояка (обычно 0,35–0,60 м); $H_{\text{зап}}$ — нормативный запас высоты на колебания вакуума при переключениях ступеней водоструйных эжекторов (принимается не менее 1,5–2,0 м).

Для условий котельных Алматы расчетная высота барометрической опускной трубы из стальной трубы ВГП составляет 10,2–11,5 метров. Если отметка пола котельного зала не позволяет поднять деаэратор на расчетную высоту 11 метров, откачка воды из вакуумного аппарата выполняется специализированными бескавитационными насосами с предвключенными шнеками либо насосами с подпором от гидроаккумуляторов, однако опускной стояк из трубы ВГП Ду 80–150 сохраняет строго вертикальную конфигурацию с минимальным количеством поворотов.

Подбор диаметров обвязки вакуумного деаэратора по ГОСТ 3262-75

Трубная обвязка вакуумной деаэрационной установки включает пять основных функциональных линий: подачу исходной химически очищенной воды (ХОВ), подвод греющей деаэрированной воды или пара, барометрическую опускную трубу, отвод парогазовой смеси (выпара) на водоструйный эжектор и циркуляционный контур эжекторной рабочей воды.

Функциональный контур обвязки ДВТипоразмер трубы ВГП (ГОСТ 3262-75)Наружный диаметр $\times$ стенка, ммРабочая среда и параметрыРасчетная скорость потока, м/с
Барометрический опуск ДВ-25 (до 25 т/ч)Ду 80 (обыкновенная)88,5 $\times$ 4,0Деаэрированная вода, $T = +45…+65$ °C, вакуум1,0–1,2
Барометрический опуск ДВ-50 (до 50 т/ч)Ду 100 (обыкновенная)114,0 $\times$ 4,5Деаэрированная вода, $T = +45…+65$ °C, вакуум1,2–1,4
Барометрический опуск ДВ-100 (до 100 т/ч)Ду 150 (усиленная)165,0 $\times$ 4,5Деаэрированная вода, $T = +45…+65$ °C, вакуум1,4–1,6
Тракт отсоса выпара на эжектор (ЭВ)Ду 50–Ду 80 (усиленная)60,0 $\times$ 4,0 / 88,5 $\times$ 4,0Парогазовая смесь ($O_2, CO_2$), вакуум до 0,01 МПа15,0–25,0
Подача исходной ХОВ на форсункиДу 50–Ду 100 (обыкновенная)60,0 $\times$ 3,5 / 114,0 $\times$ 4,5Сырая/очищенная вода, $P = 0,25–0,40$ МПа1,5–2,0
Напорный контур эжекторных насосовДу 65–Ду 125 (усиленная)75,5 $\times$ 4,0 / 140,0 $\times$ 4,5Рабочая вода эжектора, $P = 0,45–0,65$ МПа2,0–2,5
Слив водовоздушной смеси из эжектораДу 80–Ду 150 (обыкновенная)88,5 $\times$ 4,0 / 165,0 $\times$ 4,5Вода с выделившимися газами, самотек в бак0,8–1,2

Тракт отсоса выпара и обвязка водоструйных эжекторов

Создание и поддержание глубокого вакуума в корпусе деаэратора ДВ осуществляется двух- или трехступенчатыми водоструйными эжекторами типа ЭВ (ЭВ-30, ЭВ-60, ЭВ-120) либо водокольцевыми вакуум-насосами (ВВН). Водоструйные аппараты получили наибольшее распространение в котельных благодаря отсутствию подвижных механических узлов, абсолютной надежности и способности одновременно конденсировать унесенный с неконденсирующимися газами пар, возвращая его теплоту в рабочий контур эжектора.

При проектировании магистрали выпара от верхнего штуцера колонки ДВ к приемной камере эжектора критически важно соблюдать следующие правила:

  • Уклон в сторону деаэратора: магистраль выпара из стальной трубы ВГП Ду 50–80 прокладывается с постоянным уклоном не менее $i = 0,02$ (2 см на 1 метр) в сторону деаэрационной колонки, чтобы капли сконденсировавшегося в трубе пара свободно стекали обратно в аппарат, не перегружая диффузор эжектора;
  • Исключение мешочных карманов: на линии выпара категорически запрещается устройство П-образных прогибов или U-образных ловушек, в которых скапливается конденсат, образующий водяную пробку и вызывающий циклическую пульсацию вакуума;
  • Антикавитационный монтаж эжекторных насосов: насосы рабочей воды эжекторов забирают воду из безнапорного бака эжекторной установки с обязательным положительным подпором (не менее 1,2–1,5 м), а напорная линия обвязывается трубами ВГП усиленной серии с толщиной стенки 4,0–4,5 мм, рассчитанными на непрерывное давление 0,6 МПа и гидродинамические пульсации струйных сопел;
  • Отвод газов в атмосферу: сливная труба водовоздушной смеси от эжектора погружается под уровень воды в баке эжектора с устройством вентиляционной трубы Ду 50–80 для непрерывного отвода десорбированного кислорода и углекислоты за пределы кровли котельного зала.

Сварка неповоротных стыков и гидропневматические испытания вакуумных контуров

Монтаж трубопроводов, работающих под вакуумом, требует принципиально иного качества сварных соединений по сравнению с напорными водоводами. В вакуумной магистрали атмосферное давление действует снаружи внутрь: любая поверхностная пора, микрошлаковое включение или непровар корня шва становятся каналом для проникновения воздуха. При этом стандартный визуальный осмотр или простейшая опрессовка водой давлением 0,6 МПа часто не выявляют дефектов, так как избыточное внутреннее давление расклинивает мелкие поры, а внешнее разрежение, напротив, засасывает атмосферный воздух.

Сварка труб ВГП по ГОСТ 3262-75 на вакуумных линиях выполняется ручной дуговой сваркой электродами с основным типом покрытия (УОНИ-13/55, LB-52U) минимум в два прохода с полной выборкой корневого шлака абразивным кругом. Фланцевые соединения собираются исключительно с применением приварных плоских или воротниковых фланцев с проточкой уплотнительной поверхности «шип-паз» (Исполнение C/D по ГОСТ 33259-2015) либо гладких зеркал с прокладками из вакуумной листовой резины толщиной 3–4 мм или безасбестового паронита, обработанного графитовой смазкой.

Контроль герметичности смонтированной обвязки деаэратора ДВ проводится в два последовательных этапа:

  1. Гидравлическая опрессовка на прочность: заполнение смонтированных трубопроводов водой с подъемом давления до 0,75 МПа ($1,5 P_{\text{раб}}$) и выдержкой не менее 15 минут для проверки механической прочности стыков и фланцев;
  2. Вакуумные испытания на плотность (падение вакуума): откачка воздуха из системы штатными эжекторами до остаточного давления 0,01 МПа (вакуум 90%), отключение эжектора и контроль падения вакуума по образцовому вакуумметру. Согласно нормам СН РК, скорость падения разрежения в отключенной системе не должна превышать 0,002 МПа (15 мм рт. ст.) за 1 час испытаний. Поиск микротечей осуществляется обмазкой стыков мыльной эмульсией либо с помощью галогенных и гелиевых течеискателей.

Типичные ошибки при обвязке вакуумных деаэраторов

  • Использование тонкостенной прямошовной трубы вместо ВГП: замена стальной трубы ВГП со стенкой 4,0–4,5 мм на облегченную круглую трубу со стенкой 1,5–2,0 мм приводит к потере устойчивости круглого сечения (схлопыванию стояка в эллипс) при резком гидроударе в момент пуска подпиточных насосов;
  • Занижение высоты барометрического столба: монтаж барометрической трубы высотой менее 10 метров от уровня гидрозатвора вызывает подъем уровня воды в деаэрационную колонку, затопление барботажных тарелок и аварийный срыв вакуума;
  • Отсутствие антикавитационного байпаса на подпиточных насосах: прямой забор воды насосом из вакуумного бака без барометрического подпора приводит к мгновенному закипанию воды в проточной части рабочего колеса насоса при температуре +50…+60 °C, вызывая кавитационный срыв подачи и эрозионный износ лопаток;
  • Монтаж резьбовых муфтовых кранов на вакуумных линиях: применение стандартной латунной муфтовой арматуры с резьбовым уплотнением льном приводит к постоянному микроподсосу воздуха по резьбе; на вакуумном тракте допускается только цельносварная или фланцевая стальная арматура с подпружиненными сальниками.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Почему для вакуумных деаэраторов нельзя использовать трубы из полиэтилена (ПЭ-100)?

Полиэтилен низкого давления марки ПЭ-100 обладает низким модулем упругости при повышенных температурах: уже при нагреве до +50…+65 °C его кольцевая жесткость падает более чем в 3 раза. Под действием постоянного наружного атмосферного давления 0,1 МПа полимерная труба, находящаяся под глубоким вакуумом, сплющивается и теряет геометрию сечения. Стальная труба ВГП по ГОСТ 3262-75 сохраняет абсолютную жесткость и расчетную пропускную способность при любых температурных и вакуумных перегрузках.

Какая толщина стенки трубы ВГП требуется для барометрической трубы Ду 100?

Для барометрических опускных стояков Ду 100 рекомендуется использовать трубу ВГП по ГОСТ 3262-75 с толщиной стенки не менее 4,0–4,5 мм (обыкновенная или усиленная серия). Это обеспечивает необходимый запас жесткости против внешнего сдавливающего давления атмосферы и гарантирует устойчивость 11-метрового вертикального стояка к вибрациям при пульсациях деаэратора.

Как защитить внутреннюю поверхность труб ВГП на линии выпара от коррозии?

Линия выпара транспортирует парогазовую смесь с предельной концентрацией свободного кислорода ($O_2$) и углекислого газа ($CO_2$). Для предотвращения ускоренной кислородной коррозии на линии отсоса выпара монтируют стальные трубы ВГП усиленной серии с запасом на коррозионный износ 1,0–1,5 мм либо используют оцинкованные трубы ВГП, а внешнюю поверхность изолируют минераловатными цилиндрами для снижения интенсивности паразитной конденсации пара в тракте.

Что взять с собой к закупке

Для надежной и долговечной обвязки вакуумной деаэрационной установки в котельной или тепловом пункте сформируйте спецификацию со следующими позициями:

  • Трубы стальные ВГП по ГОСТ 3262-75: типоразмеры Ду 50, Ду 80, Ду 100 и Ду 150 обычной и усиленной серии со стенкой 3,5–4,5 мм с заводскими сертификатами соответствия;
  • Соединительные детали трубопроводов: стальные бесшовные крутоизогнутые отводы по ГОСТ 17375-2001, концентрические и эксцентрические переходы по ГОСТ 17378-2001;
  • Фланцевая арматура и уплотнения: стальные плоские и воротниковые фланцы по ГОСТ 33259-2015 (Исполнения B и C), прокладки из вакуумной листовой резины толщиной 3–4 мм, крепеж класса прочности 5.8/8.8;
  • Запорная арматура для вакуума: стальные фланцевые задвижки с невыдвижным шпинделем, дисковые затворы с уплотнением EPDM/PTFE и мембранные вакуумные клапаны.

На складах компании ATLANT MARKET в Алматы, Каскелене и Талдыкоргане всегда в наличии полный сортамент стальных водогазопроводных труб ВГП по ГОСТ 3262-75, стальных отводов, переходов и фланцев для комплектации котельных любой тепловой мощности с оперативной резкой в размер и доставкой по всему Казахстану.