Klíčová fakta
- Voda nasycená vzduchem obsahuje při 20 °C přibližně 9 mg/l rozpuštěného kyslíku.
- Teplota sytosti v odplyňováku: 0,1 bar přetlaku 102,6 °C, 0,2 bar 105,1 °C, 0,3 bar 107,4 °C, 0,5 bar 111,6 °C.
- Doporučené hodnoty (APAVE, ABMA) uvádějí po fyzikálním odplynění kyslík kolem 0,02 mg/l; závazné jsou hodnoty výrobce kotle a ČSN EN 12953-10 / 12952-12.
- Na vázání 1 mg kyslíku je stechiometricky potřeba asi 7,9 mg siřičitanu sodného; chemie proto odplyňovák nenahradí.
- Oxid uhličitý vzniká v kotli rozkladem hydrogenuhličitanů a v kondenzátu tvoří kyselinu uhličitou, která koroduje kondenzátní potrubí.
Proč napájecí voda nesmí obsahovat kyslík
Voda, která přišla do styku se vzduchem, obsahuje rozpuštěné plyny. Při 20 °C je to přibližně 9 mg kyslíku na litr. Pro parní kotel je to obrovské množství: kyslík napadá ocel ekonomizéru, napájecího potrubí i kotle a typicky vytváří důlkovou korozi. Ta je zrádnější než rovnoměrné rezavění, protože se soustředí do malých míst a stěnu může provrtat dřív, než si toho kdokoli všimne.
Druhým problematickým plynem je oxid uhličitý. Ten nepochází ani tak ze vzduchu, jako z rozkladu hydrogenuhličitanů z doplňovací vody, ke kterému dochází v kotli. Odchází s párou a v kondenzátu tvoří kyselinu uhličitou – viz kapitola o kondenzátu níže.
Jak funguje termický odplyňovák
Rozpustnost plynů ve vodě klesá s rostoucí teplotou a při teplotě varu se blíží nule. Termický odplyňovák toho využívá: napájecí vodu (vrácený kondenzát a upravenou doplňovací vodu) rozstřikuje nebo rozvádí po vestavbě v páře, ohřeje ji na teplotu sytosti a uvolněné plyny odvádí odvětráním spolu s malým množstvím páry. Pod odplyňovací hlavou je napájecí nádrž, ze které berou vodu napájecí čerpadla.
Odplyňovák pracuje obvykle při mírném přetlaku. Teplota vody v něm má odpovídat teplotě sytosti při jeho tlaku:
| Přetlak v odplyňováku | Teplota sytosti |
|---|---|
| 0,1 bar | 102,6 °C |
| 0,2 bar | 105,1 °C |
| 0,3 bar | 107,4 °C |
| 0,5 bar | 111,6 °C |
Pokud je voda v napájecí nádrži znatelně chladnější, než odpovídá tlaku, není ohřátá na bod varu a plyny se z ní neuvolní. Jde o nejjednodušší a nejcennější provozní kontrolu odplyňováku.
Co na odplyňováku sledovat
- Tlak a teplota. Porovnejte naměřenou teplotu vody s teplotou sytosti podle tabulky. Rozdíl větší než jednotky kelvinů je důvod k prověření ohřevu, regulace topné páry nebo samotného měření.
- Odvětrání. Z odvětrání má trvale odcházet malý, viditelný oblak páry. Zavřené nebo ucpané odvětrání znamená, že se plyny hromadí v hlavě odplyňováku a vracejí se do vody. Naopak zbytečně otevřené odvětrání plýtvá párou.
- Stabilita tlaku. Velký přítok studené doplňovací vody nebo studeného kondenzátu tlak propadne. To zhorší odplynění a ohrozí sání napájecích čerpadel.
- Hladina v napájecí nádrži a její vazba na doplňování vody.
- Zbytkový kyslík a dávkování chemie podle režimu úpravy vody a doporučení dodavatele chemie.
Doporučené hodnoty napájecí vody publikované například v přehledech APAVE a ABMA uvádějí po fyzikálním odplynění obsah kyslíku kolem 0,02 mg/l. Závazné jsou ale hodnoty výrobce kotle a příslušné normy – pro válcové kotle ČSN EN 12953-10, pro vodotrubné ČSN EN 12952-12.
Pozor na odběr vzorku: měření kyslíku v napájecí vodě je velmi citlivé na kontaminaci vzduchem. Vzorek se odebírá přes chladič vzorků, s trvalým průtokem a bez kontaktu se vzduchem. Vzorek nabraný do kádinky změří hlavně kyslík ze vzduchu.
Chemické vázání zbytkového kyslíku
Ani dobrý odplyňovák neodstraní kyslík úplně. Zbytek se váže chemicky, v průmyslových kotelnách nejčastěji siřičitanem sodným:
Z výpočtu je vidět, proč chemie nemůže nahradit odplyňovák. Kdyby se do kotle dodávala voda nasycená vzduchem s 9 mg/l kyslíku, bylo by teoreticky potřeba přes 70 mg siřičitanu na každý litr napájecí vody – a to jen na vázání kyslíku. Siřičitan se přitom mění na síran, který zvyšuje obsah solí v kotelní vodě a tím i potřebu odluhu. Rostoucí spotřeba siřičitanu bez změny výkonu je proto dobrý nepřímý signál, že odplyňovák nepracuje správně.
Režim dávkování a cílové hodnoty určuje dodavatel úpravy vody a odpovědná osoba provozovatele. Změna chemického režimu bez nich nepatří k provozním zásahům obsluhy.
Oxid uhličitý a korozní kondenzát
Hydrogenuhličitany z doplňovací vody se v kotli při vysoké teplotě rozkládají a uvolňují oxid uhličitý. Ten odchází s párou, a jakmile pára zkondenzuje, rozpustí se v kondenzátu a sníží jeho pH. Výsledkem je typická koroze kondenzátního potrubí – zeslabení a rýhování ve spodní části trubek, kudy kondenzát teče. Produkty koroze se vracejí s kondenzátem do kotle jako železo a usazeniny.
Odplyňovák odstraní volný oxid uhličitý z napájecí vody, ale nezabrání jeho vzniku v kotli. Proti tomu pomáhá snížení alkality doplňovací vody (dealkalizace, reverzní osmóza), vyšší podíl vraceného kondenzátu a podle doporučení dodavatele chemie neutralizační aminy. Ekonomickou stránku vracení kondenzátu rozebírá průvodce ztráty kondenzátu.
Odplyňovák a napájecí čerpadla
Voda v napájecí nádrži je na bodu varu. Napájecí čerpadlo proto nemá k dispozici žádnou rezervu z teploty vody – jeho sání chrání před kavitací jen výška nádrže nad čerpadlem po odečtení tlakových ztrát sacího potrubí.
Kritický okamžik nastává při rychlém poklesu tlaku v odplyňováku, například po velkém přítoku studené vody. Voda v sacím potrubí má ještě původní, vyšší teplotu, ale tlak nad ní už klesl – začne se odpařovat a čerpadlo kavituje. Projeví se kolísáním výtlačného tlaku, hlukem a kolísáním napájení kotle. Proto je stabilní tlak v odplyňováku důležitý nejen pro odplynění, ale i pro spolehlivé napájení – souvislost s hladinou kotle rozebírá článek kolísání hladiny v parním kotli.
Napájecí nádrž: hladina, kondenzát a přívod páry
Odplyňovák a napájecí nádrž jsou místem, kde se potkává vrácený kondenzát, upravená doplňovací voda a topná pára. Kolísání kteréhokoli z těchto toků se přenáší dál – do odplynění, do sání čerpadel a nakonec do hladiny kotle.
| Projev | Možná příčina | Důsledek |
|---|---|---|
| teplota vody pod teplotou sytosti | nedostatečný přívod topné páry, vadná regulace tlaku, chyba měření | horší odplynění, koroze |
| kolísá hladina v nádrži | nerovnoměrný návrat kondenzátu, regulace doplňování, nestálý odběr kotlů | horší sací podmínky čerpadel, kavitace |
| tlak v odplyňováku propadá | velký jednorázový přítok studené doplňovací vody nebo kondenzátu | kavitace čerpadel, kolísání napájení |
| teplota a hladina se změnily po úpravě kondenzátu | změna množství nebo teploty vraceného kondenzátu | změna bilance a chemického režimu |
| z odvětrání nejde pára | zavřené nebo ucpané odvětrání | plyny se vracejí do vody |
Doplňovací voda by měla přitékat co nejrovnoměrněji – plynulou regulací místo velkých dávek – a studené proudy je výhodné předehřát, například teplem z odluhu, jak ukazuje modelový výpočet v průvodci kotelní voda, odluh a odkalování. Sací podmínky napájecích čerpadel a výpočet potřebné výšky hladiny rozebírá průvodce napájecí systém parního kotle.
Příznaky nefunkčního odplynění
- teplota vody v napájecí nádrži je pod teplotou sytosti odpovídající tlaku,
- z odvětrání neodchází pára, nebo je odvětrání zavřené,
- roste obsah kyslíku v napájecí vodě nebo spotřeba siřičitanu,
- roste obsah železa v napájecí vodě a kondenzátu,
- při prohlídkách se nachází důlková koroze v ekonomizéru nebo napájecím potrubí,
- napájecí čerpadla kavitují při změnách provozu.
Postup kontroly
- Ověřit měření tlaku a teploty v odplyňováku a porovnat teplotu s teplotou sytosti.
- Zkontrolovat odvětrání a regulaci topné páry.
- Vyhodnotit trend tlaku při změnách přítoku doplňovací vody a kondenzátu.
- Porovnat rozbory napájecí a kotelní vody a spotřebu chemie za delší období.
- Při podezření nechat změřit kyslík správně odebraným vzorkem.
- Zjištění zapracovat do provozního předpisu a odstávkového plánu – vnitřní prohlídka odplyňováku a nádrže patří k odstávce.
Časté otázky
Na jakou teplotu má být voda v odplyňováku?
Na teplotu sytosti odpovídající tlaku v odplyňováku – při 0,2 bar přetlaku asi 105 °C, při 0,5 bar asi 112 °C. Je-li voda znatelně chladnější, než odpovídá tlaku, plyny se z ní neuvolní.
Proč musí z odvětrání odplyňováku trvale unikat pára?
Odvětráním odcházejí uvolněné plyny. Malé množství páry je nosné médium, které je vynáší ven. Zavřené odvětrání znamená, že se plyny hromadí v hlavě odplyňováku a vracejí se do vody.
Stačí chemické odkysličení bez odplyňováku?
U parních kotlů s větším podílem doplňovací vody ne. Voda nasycená vzduchem obsahuje asi 9 mg/l kyslíku a na jeho vázání by bylo teoreticky potřeba přes 70 mg siřičitanu na litr; vzniklý síran navíc zvyšuje zasolení kotelní vody a potřebu odluhu.
Proč koroduje kondenzátní potrubí?
Nejčastěji kvůli oxidu uhličitému, který vzniká v kotli rozkladem hydrogenuhličitanů a v kondenzátu tvoří kyselinu uhličitou. Typické je zeslabení a rýhování spodní části trubek. Často se přidává i kyslík z netěsností a otevřených nádrží.
Jak správně odebrat vzorek pro měření kyslíku?
Přes chladič vzorků, s trvalým průtokem a bez kontaktu se vzduchem, ideálně přímo do měřicí cely nebo průtokové nádobky. Vzorek nabraný do otevřené nádoby obsahuje kyslík ze vzduchu a výsledek je nepoužitelný.
Zdroje, předpisy a normy
- IAPWS-IF97 – teploty sytosti
- USGS: DOTABLES – rozpustnost kyslíku ve vodě – nasycení vody kyslíkem
- Lenntech: Boiler feedwater characteristics (doporučené hodnoty APAVE a ABMA) – směrné hodnoty kyslíku v napájecí vodě
- ČSN EN 12953-10 Válcové kotle – Část 10: Požadavky na kvalitu napájecí a kotelní vody – normové požadavky pro válcové kotle
Článek je obecný technický přehled. Pro konkrétní zařízení jsou závazné dokumentace výrobce, místní provozní předpis a platné právní předpisy v aktuálním znění.
Potřebujete obsluhu kotelny nebo zástup v topné sezóně?
Zajistím externí obsluhu plynových kotelen všech kategorií, zástup obsluhy v topné sezóně a obsluhu parních a horkovodních kotlů na plyn. Osvědčení TIČR, Brno a Jihomoravský kraj.