張金華(神華包頭煤化工有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古包頭014010)

低壓鍋爐內(nèi)置式除氧器在運(yùn)行中存在的問(wèn)題及改造

張金華
(神華包頭煤化工有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古包頭014010)

施托克內(nèi)置式除氧器是一種熱力除氧器，具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、操作過(guò)程簡(jiǎn)單、可滑壓運(yùn)行、除氧效果好、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著煤化工的發(fā)展，為了回收熱能，大量低壓鍋爐被使用，除氧器的規(guī)模越來(lái)越大，內(nèi)置式除氧器也開(kāi)始應(yīng)用于大流量低壓鍋爐水除氧。神華包頭煤化工有限責(zé)任公司在變換系統(tǒng)低壓鍋爐中首次使用了施托克內(nèi)置式除氧器，但開(kāi)車(chē)以來(lái)除氧器除氧效果不佳，除氧水中氧質(zhì)量濃度一直達(dá)不到要求。

1 施托克內(nèi)置式除氧器運(yùn)行情況

神華包頭煤化工有限責(zé)任公司甲醇裝置凈化系統(tǒng)的施托克內(nèi)置式除氧器設(shè)計(jì)最大處理量為1 400 t/h，額定處理量為1 000 t/h，設(shè)計(jì)溫度104 ℃，設(shè)計(jì)壓力0.12 MPa(絕壓)。除氧器進(jìn)水為脫鹽水，設(shè)計(jì)進(jìn)除氧器脫鹽水溫度90 ℃、氧質(zhì)量濃度10～20 mg/L，設(shè)計(jì)出口除氧水中氧質(zhì)量濃度15 μg/L。自2010年開(kāi)車(chē)以來(lái)，施托克內(nèi)置式除氧器出口除氧水氧質(zhì)量濃度一直居高不下，運(yùn)行時(shí)有明顯振動(dòng)。通過(guò)提高除氧器操作溫度、全開(kāi)除氧器開(kāi)工放空閥、除氧藥液添加量增加至設(shè)計(jì)值的 2～4倍，氧質(zhì)量濃度由原最高128 μg/L降至60～70 μg/L，再之后的調(diào)整沒(méi)有明顯效果。2012年 10月，打開(kāi)除氧器人孔檢查除氧器內(nèi)件，發(fā)現(xiàn)除氧器初級(jí)除氧區(qū)內(nèi)10根多孔蒸汽鼓泡管中有7根折斷脫落，還有1根焊口已產(chǎn)生裂紋；深度除氧區(qū)內(nèi)1根多孔蒸汽鼓泡管折斷脫落，6根焊口產(chǎn)生裂紋。經(jīng)檢修處理，裝置自2012年重新開(kāi)車(chē)后除氧水氧質(zhì)量濃度降至20～30 μg/L，增大除氧藥液添加量后，脫氧效果改善不明顯，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。2012年 11月20日起，除氧水中氧質(zhì)量濃度開(kāi)始上升并維持在60～80 μg/L；增大除氧藥液添加量后，無(wú)明顯改觀。除氧器振動(dòng)有所增大，懷疑有蒸汽鼓泡管再次脫落。除氧器除氧水氧質(zhì)量濃度維持在60～80 μg/L，溫度和壓力分別控制在 104 ℃ 左右和0.02 MPa，頂部放空閥全開(kāi)，除氧藥液(聯(lián)氨)添加量2.5～3.0 t/月，除氧蒸汽消耗30～40 t/h。由于除氧器運(yùn)行效果不好，造成變換單元各低壓廢熱鍋爐腐蝕泄漏，所產(chǎn)蒸汽品質(zhì)下降，并加劇了蒸汽用戶(hù)設(shè)備腐蝕，給裝置安全生產(chǎn)帶來(lái)重大隱患。

2 施托克內(nèi)置式除氧器工作原理

施托克內(nèi)置式除氧器采用物理方法進(jìn)行除氧，除氧過(guò)程分為初級(jí)除氧和深度除氧2步進(jìn)行。

(1)初級(jí)除氧過(guò)程

溫度較低的補(bǔ)水(脫鹽水)和凝結(jié)水混合后，通過(guò)噴嘴以霧狀細(xì)小水滴方式噴入除氧器。細(xì)小的水滴立即與來(lái)自水相和除氧器尾部的飽和蒸汽換熱，加熱至接近除氧器的工作溫度。而引入到除氧器內(nèi)的飽和蒸汽，在此被全部凝結(jié)成水后，重新返回水相。氧氣和不凝氣體伴隨著少量的蒸汽穿透細(xì)水珠薄層后排向大氣。

(2)深度除氧過(guò)程

由于水在噴霧箱區(qū)的氣相空間停留的時(shí)間少于1 s，所以要達(dá)到理想的100%的除氧是不可能的。為此，施托克內(nèi)置式除氧器在除氧器水箱下部的水相空間設(shè)計(jì)和布置了蒸汽鼓泡管。

飽和蒸汽通過(guò)水面下的蒸氣鼓泡管被均勻地分配到除氧器內(nèi)的各個(gè)區(qū)域。大部分蒸汽凝結(jié)成水，少量的蒸汽穿越水箱水層后，到達(dá)除氧器水面上方的氣相區(qū)。在此過(guò)程中，絕大部分氧氣和不凝氣體被攜帶入氣相，從而達(dá)到除氧目的。經(jīng)過(guò)二次除氧的水，其氧質(zhì)量濃度在1～5 μg/L。除氧器內(nèi)部示意見(jiàn)圖1。

圖1 除氧器內(nèi)部示意

3 除氧水微氧含量超標(biāo)原因分析

通過(guò)對(duì)設(shè)備、設(shè)計(jì)偏差、工藝條件、操作、進(jìn)料位置、排氣配管等各方面進(jìn)行分析排查，造成除氧水中氧質(zhì)量濃度超標(biāo)的主要原因如下。

(1)蒸汽鼓泡管斷裂

在正常工況下，除氧器實(shí)際進(jìn)水溫度約為76 ℃，與設(shè)計(jì)值偏差14 ℃，由于進(jìn)水溫度偏低，加熱所需飽和蒸汽量增大，蒸汽鼓泡管上小孔的蒸汽流速已超過(guò)80 m/s，產(chǎn)生振動(dòng)。另外，蒸汽鼓泡管上小孔僅布置在管上方一側(cè)，蒸汽噴出后的反沖力也是單向的，鼓泡管焊接根部長(zhǎng)期處于疲勞受力狀況，容易引起鼓泡管的根部斷裂、脫落。蒸汽鼓泡管斷裂造成初級(jí)除氧區(qū)內(nèi)蒸汽分布不均，除氧效果差。

(2)除氧器進(jìn)水溫度偏離設(shè)計(jì)值

除氧器進(jìn)水溫度偏離設(shè)計(jì)值(90 ℃)。由于變換系統(tǒng)廢熱鍋爐的換熱效率設(shè)計(jì)余量比較大，

出廢熱鍋爐的工藝氣溫度為154 ℃，低于設(shè)計(jì)值(169 ℃)，變換系統(tǒng)整體熱負(fù)荷前移，導(dǎo)致后工段給脫鹽水加熱的工藝氣溫度比較低。另外，實(shí)際工藝流程比設(shè)計(jì)工藝流程增加1臺(tái)甲醇鍋爐給水加熱器，除氧器實(shí)際運(yùn)行進(jìn)水溫度為76 ℃左右，與設(shè)計(jì)值偏差14 ℃。若進(jìn)除氧器脫鹽水溫度降低，不僅除氧器初級(jí)除氧區(qū)除氧效率下降，而且脫鹽水溫度來(lái)不及升高至要求指標(biāo)就進(jìn)入深度除氧區(qū)會(huì)增大深度除氧區(qū)負(fù)荷，同時(shí)造成蒸汽鼓泡管振動(dòng)增大。

(3)進(jìn)料及排氣配管

原設(shè)計(jì)蒸汽冷凝液收集罐閃蒸氣進(jìn)入除氧器氣相空間，影響除氧效果。

4 改造措施

(1)重新對(duì)除氧器除氧能力進(jìn)行核算后，于2013年6月大修期間對(duì)除氧器蒸汽鼓泡管進(jìn)行了更換。新蒸汽鼓泡管開(kāi)孔由單向布置改為周向布置，開(kāi)孔數(shù)增加至108個(gè)，長(zhǎng)度縮短300 mm。更換蒸汽鼓泡管后，除氧器于2013年7月開(kāi)車(chē)，氧質(zhì)量濃度最低56 μg/L，仍未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

(2)2013年7月19日，在低壓鍋爐給水換熱器鍋爐水進(jìn)口閘閥前至鍋爐水出口管線之間增加了2根Φ152 mm的旁路管線(圖2)，將進(jìn)除氧器脫鹽水溫度提高至85～90 ℃，同時(shí)加強(qiáng)微氧含量分析檢測(cè)環(huán)節(jié)控制。7月22日完成旁路管線改造。投用后，除氧器出口除氧水氧質(zhì)量濃度逐漸下降至15 μg/L，達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)行要求。

圖2 工藝改造流程

(3)原蒸汽冷凝液收集罐閃蒸氣進(jìn)入除氧器氣相空間，影響除氧效果。通過(guò)配管將蒸汽冷凝液收集罐閃蒸氣改至進(jìn)入鍋爐排污閃蒸氣管線，避免蒸汽在排氧氣管內(nèi)凝結(jié)，降低對(duì)除氧器除氧效果的影響。

施托克內(nèi)置式除氧器標(biāo)準(zhǔn)排汽裝置見(jiàn)圖3。

圖3 施托克內(nèi)置式除氧器標(biāo)準(zhǔn)排汽裝置

(4)將除氧器操作溫度提高至105 ℃，壓力提高至0.022 MPa(表壓)，將除氧器水封堵住，加強(qiáng)對(duì)除氧器操作管理，嚴(yán)格控制升、降溫速率，減

少對(duì)除氧器影響。

5 改造效果

改造后，凈化系統(tǒng)除氧器除氧效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，出口除氧水氧質(zhì)量濃度在10 μg/L以下，除氧藥液月添加量由2.2 t降至1.0 t以下，消除了影響除氧裝置安全運(yùn)行的隱患，保障了各廢熱鍋爐的安全運(yùn)行，保證了蒸汽品質(zhì)，為裝置的安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行創(chuàng)造了有利條件。

施托克內(nèi)置式除氧器與傳統(tǒng)的噴霧填料式除氧器相比，具有處理能力大、除氧效果好、運(yùn)行成本較低、排放量少、消耗低、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、檢修成本低等優(yōu)點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景，但是由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)操作要求較高，制造成本較高，同時(shí)除氧器的設(shè)計(jì)必須與生產(chǎn)實(shí)際情況相結(jié)合，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)用領(lǐng)域情況不斷改進(jìn)完善。

2014- 05- 05)