Деаэратор в котельной: что это такое и зачем он нужен

Деаэратор в котельной — узел водоподготовки, который убирает из питательной воды растворённые кислород и углекислый газ перед тем, как она попадёт в котёл. Без деаэрации кислород разъедает трубы и теплообменные поверхности изнутри, и котёл выходит из строя раньше расчётного срока.

Что такое деаэратор и зачем он нужен в котельной

Деаэратор — аппарат, который удаляет из воды растворённые газы: кислород и углекислый газ. Он стоит в цепочке водоподготовки котельной перед подачей воды в котёл.

Проблема — в самой воде. Обычная вода из скважины или водопровода при комнатной температуре содержит около 9 мг/л растворённого кислорода. Попадая в горячий контур котла, кислород вступает в реакцию с металлом труб и образует очаги точечной коррозии — питтинги. Со временем питтинги превращаются в свищи, и трубопровод или теплообменник начинает течь.

Углекислый газ действует иначе: растворяясь в воде, он образует угольную кислоту, которая разъедает металл равномерно по всей поверхности, а не точечно.

В схеме водоподготовки деаэратор стоит после умягчения воды и перед баком запаса: механический фильтр → умягчитель → деаэратор → бак-аккумулятор → питательные насосы → котёл. Каждый узел решает свою задачу: фильтр снимает механические примеси, умягчитель — соли жёсткости (кальций и магний), деаэратор — растворённые газы. Заменить один узел другим нельзя: умягчённая вода без деаэрации всё равно содержит кислород и продолжает разъедать металл.

Как работает деаэратор: принцип термической деаэрации

Деаэраторы в котельных — почти всегда термические. В основе работы — физический закон: чем выше температура воды и ближе она к кипению при данном давлении, тем меньше в ней может раствориться газа. При нагреве до температуры кипения растворимость кислорода и углекислого газа падает почти до нуля.

Внутри деаэрационной колонки вода разбрызгивается через форсунки или стекает тонкой плёнкой по тарелкам навстречу потоку греющего пара. Пар нагревает воду до кипения и одновременно уносит выделившиеся газы наверх, к штуцеру выпара. Деаэрированная вода стекает вниз, в бак-аккумулятор.

Бак-аккумулятор решает две задачи: хранит запас деаэрированной воды на случай пиковой подпитки и выравнивает давление перед питательными насосами, чтобы они работали без кавитации. Из бака насосы подают воду в котёл под рабочим давлением.

Остаточное содержание кислорода на выходе из деаэратора нормирует ПТЭ тепловых энергоустановок — точное значение для конкретной схемы проверяет наладочная организация по паспорту оборудования. Для атмосферных деаэраторов рабочая температура — около 104 °C при давлении чуть выше атмосферного.

Виды деаэраторов: атмосферные, вакуумные, повышенного давления

Три типа деаэраторов отличаются рабочим давлением в колонке — а давление задаёт, при какой температуре закипает вода внутри.

Атмосферные деаэраторы работают при давлении около 0,12 МПа — это чуть выше атмосферного, вода закипает при 104 °C. Это самый распространённый тип для водогрейных котельных и систем ГВС.

Вакуумные деаэраторы работают при пониженном давлении, вода закипает при 40–90 °C. Их ставят там, где воду нельзя сильно греть — например, если схема ограничена температурой обратки теплосети.

Деаэраторы повышенного давления работают при давлении заметно выше атмосферного, вода закипает выше 130 °C — точное значение зависит от рабочего давления конкретной схемы. Их применяют для питания паровых котлов.

По конструкции колонки деаэраторы делятся на струйные (вода стекает каплями через форсунки), плёночные (вода стекает тонкой плёнкой по насадке или тарелкам) и барботажные (пар продувается через слой воды). На практике часто встречаются комбинированные, струйно-барботажные колонки.

Когда деаэратор обязателен в котельной по нормам

Требования к водоподготовке котельных задаёт СП 89.13330.2016 «Котельные установки» — актуализированная редакция СНиП II-35-76. Свод правил обязывает проектировщика считать схему водоподготовки, включая деаэрацию, исходя из типа котла, его мощности и качества исходной воды. Точный порог, при котором деаэратор становится обязательным для конкретной схемы, определяет проектная документация, а не общее правило «на глаз».

Требования к самому оборудованию — конструкции, производительности, качеству деаэрации — задаёт ГОСТ 16860 «Деаэраторы термические. Технические условия». Актуальность редакции стоит проверить перед проектированием.

На необходимость деаэратора влияют три фактора:

• тип котла — паровым котлам деаэрация нужна почти всегда, водогрейным — по расчёту;
• мощность котельной — чем крупнее котельная и выше суммарный расход воды, тем весомее последствия коррозии;
• качество исходной воды — жёсткая или насыщенная кислородом вода повышает нагрузку на металл.

Для типового настенного или напольного газового котла частного дома с закрытой системой отопления деаэратор обычно не нужен. Система заполняется водой один раз, контакт с новым кислородом минимальный, объём теплоносителя небольшой. Деаэратор становится нужен, когда котельная обслуживает несколько домов или посёлок, работает на паровом котле, либо использует воду с постоянной высокой жёсткостью и большим расходом подпитки.

Место деаэратора в схеме водоподготовки котельной

Деаэратор — не отдельный прибор, а звено цепочки. Порядок узлов от источника воды до котла обычно такой:

1. Механический фильтр — снимает песок, ржавчину, взвеси.
2. Умягчитель (Na-катионирование) — убирает соли жёсткости.
3. Деаэратор — удаляет растворённые газы.
4. Бак-аккумулятор — хранит запас деаэрированной воды.
5. Питательные насосы — подают воду в котёл под рабочим давлением.

Обвязка деаэратора включает подвод греющего пара или горячей воды на подогрев, линию выпара — трубу, по которой выделившиеся газы уходят наружу или в конденсатор выпара, и регулятор уровня в баке-аккумуляторе.

Деаэратор участвует и в подпитке теплосети: вода, которая восполняет утечки в системе отопления, проходит тот же путь — фильтр, умягчение, деаэрацию — прежде чем попасть в контур. Чем больше утечек в системе и чем чаще она требует подпитки, тем выше постоянная нагрузка на деаэратор.

Как выбрать и рассчитать деаэратор

Производительность деаэратора считают по максимальному часовому расходу питательной воды котла плюс расход на подпитку теплосети. Для котельной с несколькими котлами берут сумму их номинальной тепло- или паропроизводительности, приведённую к расходу воды.

К расчётной производительности закладывают запас — на пиковую подпитку при аварийном заполнении системы после ремонта. Конкретный процент запаса определяет проектировщик расчётом, а не берёт произвольно. Объём бака-аккумулятора рассчитывают так, чтобы он закрывал разрыв между пиковым потреблением и производительностью источника подпитки.

В опросный лист для поставщика оборудования обычно включают:

• расчётную производительность, м³/ч;
• рабочее давление и температуру пара или теплоносителя для подогрева;
• требуемое остаточное содержание кислорода на выходе;
• качество исходной воды — жёсткость, содержание солей;
• объём бака-аккумулятора.

При выборе готового деаэратора смотрят на четыре параметра:

• тип — атмосферный, вакуумный или повышенного давления, исходя из схемы котельной;
• материал колонки и бака — нержавеющая сталь или углеродистая сталь с антикоррозийным покрытием;
• наличие автоматики уровня и температуры;
• габариты — деаэратор с баком занимает заметный объём в котельной.

Частые ошибки при монтаже и эксплуатации деаэратора

Недогрев воды в колонке. Если температура ниже расчётной, часть газов остаётся в воде растворённой, и кислородная коррозия продолжается — просто медленнее и незаметно для персонала.

Неправильно организованный выпар. Если труба выпара перегорожена, слишком узкая или без клапана, часть выделившихся газов возвращается обратно в бак-аккумулятор вместе с конденсатом.

Деаэратор без запаса по подпитке. Если производительность считали по среднему расходу, а не по пиковому, при аварийном заполнении системы после ремонта деаэратор не справляется, и в котёл попадает недодеаэрированная вода.

Экономия там, где деаэратор обязателен по нормам. Отказ от деаэрации в котельной, где она нужна по расчёту, ускоряет коррозию котла и трубопроводов — ремонт и замена оборудования обходятся дороже узла деаэрации.

Коротко: когда деаэратор нужен, а когда без него можно обойтись

Деаэратор обязателен: паровые котлы, крупная автономная котельная на несколько домов или посёлок, повышенные требования к качеству воды по проекту.

Деаэратор не нужен: типовой настенный или напольный газовый котёл частного дома с закрытой системой отопления — контакт воды с кислородом там разовый и небольшой.

Если сомневаетесь, нужен ли деаэратор в вашей схеме, — расчёт водоподготовки делает проектировщик котельной по фактическим параметрам котла и воды, а не «на глаз». Общую логику водоподготовки, отопления и других инженерных систем загородного дома смотрите в справочнике по инженерным системам загородного дома «Инж·Гид». Если нужен расчёт или подбор оборудования для конкретной котельной — оставьте заявку, разберём схему и подскажем, что учесть.