張春偉

(哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，哈爾濱 150046)

某大氣式自除氧器運行問題淺析

張春偉

(哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，哈爾濱 150046)

文中主要分析了某大氣式自除氧器在安裝及運行過程中出現(xiàn)的問題，給出解決方案，并針對現(xiàn)場運行出現(xiàn)的問題提出優(yōu)化改進及設計意見。

自除氧器；運行問題；自動調(diào)節(jié)

0 引 言

某廠2010初投產(chǎn)了一臺大氣式立式自除氧設備，型號為DMC-166/40，除氧器外徑1 820 mm，總高4 194 mm。工作壓力為0.02 MPa，熱源為高溫高壓熱水，壓力在3.18～3.21 MPa，溫度163～169 ℃，設計流量為67.01 t/h。該除氧器與一臺直徑為2 800 mm，有效容積為40 m3的臥式水箱直接焊接連接。

1 運行出現(xiàn)的問題

該除氧器運行期間由于熱源不穩(wěn)定及達不到設計要求，因此除氧效果一直不佳。在2011年下半年該公司進行了自行改造，投入一股加熱蒸汽，改造后除氧器溫度升至99～100 ℃時，除氧器壓力非常不穩(wěn)定，超過30 kPa排氣孔就出現(xiàn)噴水現(xiàn)象，含氧量忽高忽低，在20～400 ppb之間波動。

現(xiàn)場具體情況如下：

(1)當除氧器運行工況溫度95 ℃，壓力0.01 MPa(g)時，除氧器無明顯振動；但此時除氧器出水含氧量為0.4～0.7 mg/L，遠超按技術(shù)協(xié)議要求的0.05 mg/L；

(2)除氧器溫度達到98 ℃時，除氧器出現(xiàn)明顯振動，當爐窯換火時，除氧器內(nèi)溫度至98 ℃時振動強烈；(除氧器上部排汽閥處于開啟位置)；

(3)除氧器內(nèi)部溫度及壓力均未能建立，溫度無法超過98 ℃，壓力無法超過0.01 MPa(g)，如果繼續(xù)提高壓力，溢流口開始噴水。

現(xiàn)場調(diào)試時，通過分析發(fā)現(xiàn)除氧器出現(xiàn)問題的焦點是上述提到的管路振動、壓力溫度未能建立以及含氧量不合格等問題。但同時發(fā)現(xiàn)除氧器設備改造后出現(xiàn)如下問題：

(1)除氧器電動排汽門處于全開狀態(tài)，且排汽節(jié)流孔板被截止閥代替，壓力自動調(diào)節(jié)裝置及水位自動調(diào)節(jié)裝置并未投用；

(2)輔助加熱蒸汽入口及二次熱源水入口4被封死；#1、#2、#3、#4鍋爐熱水均為一次熱源，且進口溫度均未達到設計參數(shù)。見表1。

表1 除氧器進口設計參數(shù)與實際進口參數(shù)對比

(3)熱水入口電動調(diào)節(jié)閥離除氧器入口管距離較遠；造成管內(nèi)汽水兩相。

(4)超壓泄壓口以φ108管子代替φ273管子；

(5)壓力表顯示溫度為98 ℃，并未出現(xiàn)明顯振動，只有#3、#4鍋爐熱水進口管在輕微顫動。

(6)現(xiàn)場在上述工況下運行時，出水含氧量為300～400 ppb，遠超規(guī)定的50 PPb的要求。

(7)投入加熱蒸汽未設置任何調(diào)節(jié)裝置，壓力不穩(wěn)定。

2 問題分析

(1)除氧器排汽閥的開度應嚴格控制，為了有效的除氧，必須將水中分離出來的氣體，經(jīng)排氣閥及時排出，閥門開度大小對溶解氧是有影響的，閥門開度小，不利于氣體排出，開度大，汽、水損失和熱量損失大，因此，兩者一定要兼顧。

對于熱源不能調(diào)節(jié)情況，除氧器內(nèi)部壓力的穩(wěn)定需要通過電動排汽閥門來調(diào)節(jié)，排汽閥處于除氧器頂部，壓力訊號從除氧頭取得。正常情況允許壓力穩(wěn)定在0.02±0.02 MPa的范圍內(nèi)。因此壓力控制與調(diào)節(jié)一定要投入自動，這樣，器內(nèi)壓力和溫度能都及時匹配，不至于超壓或壓力在大范圍內(nèi)波動。

由于該除氧器電動排汽門處于全開狀態(tài)，導致大量蒸汽損耗，壓力自動調(diào)節(jié)裝置并未投用，因此，器內(nèi)壓力溫度不能正常建立。

(2)對于填料式除氧器，合理分配一、二次汽是除氧的關鍵。設備二次熱水入口4是作為二次加熱蒸汽使用，輔助加熱蒸汽入口作為輔助熱源入口使用。該除氧器運行情況表明其正常熱源溫度不達標，見表2。因此，應該投入輔助加熱蒸汽或調(diào)節(jié)二次熱水入口4增加熱量，而現(xiàn)場安裝時卻把此二者都封死了，無法實現(xiàn)該功能。

由于除氧設備距熱源較遠，鍋爐熱水從出口到除氧器入口，大部分熱量都散失掉了，從表1可以看出，實際除氧器入口熱源溫度遠遠未達到設計參數(shù)，這樣如果要達到同樣的除氧效果，就必須增大熱源流量或降低設備出力。實際運行增加了一次熱源流量，導致#3、#4鍋爐熱水進口管段流量過大，流速過高，從而引起管路輕微振動。

(3)熱水管道入口處電動調(diào)節(jié)閥距離除氧器熱水入口較遠。因此，經(jīng)過電動調(diào)節(jié)閥的節(jié)流降壓作用，閥后壓力降低，導致部分熱水閃蒸，造成了熱水入口管內(nèi)汽水兩相，流速很高，加上流量過大，管道有輕微振動。

除氧器蒸汽入口采用的是固定式噴嘴，高速兩相流介質(zhì)經(jīng)過噴嘴以百米以上流速噴出，打在設備殼體上，發(fā)出噼噼啪啪的響聲。此種情況若長期運行，會導致設備的嚴重沖蝕。

(4)超壓泄壓口以φ108管子代替φ273管子；

由于大氣式除氧器的壓力約為0.02 MPa，屬于常壓容器，不屬于壓力容器，不受《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的限制，且一般安全閥的起跳壓力在0.1 MPa以上，安全閥的靈敏度很難達到要求，所以，大氣式除氧器采用的是水封裝置。其作用相當于溢流及泄壓。

水封裝置是經(jīng)過計算能安全排放的。而實際工程現(xiàn)場將φ273的管子擅自改為φ108，并且繞了很多彎道才排放到疏水箱，因此，其溢流泄壓能力將大大減弱，一旦超壓，而不能及時排放，將會造成嚴重后果。

實際運行時，經(jīng)常有水從此管排出是由于除氧器熱源極不穩(wěn)定，該廠自行改造后投入一股加熱蒸汽，該蒸汽未裝設任何調(diào)節(jié)裝置，且設備未投入壓力自動調(diào)節(jié)。因此，壓力波動范圍較大。超過了30 kPa后，溢流泄壓管路就會排水。對于水封裝置而言，壓力允許波動范圍在±0.02 MPa，且排放在大氣空間，該廠自行改造后，將此管路由φ273改為φ108管子，加設多個彎頭后排進疏水箱。運行時，由于疏水箱運行壓力及管道阻力損失造成設備壓力實際波動范圍減小，因此，設備超過30 kPa后，該水封就會排水。同時，由于排水后，運行人員不及時對水封裝置進行補水，導致水封高度減少，實際壓力波動范圍更小，因此，經(jīng)常會破水封。

3 解決方案

針對以上分析，對該除氧器進行了如下調(diào)整：

(1)關閉電動排汽調(diào)節(jié)閥PN1.6;DN200，打開排汽截止閥，PN1.6;DN25，減少對空排放量；但自動調(diào)節(jié)功能短時間內(nèi)無法實現(xiàn)。

(2)提高#3、#4鍋爐熱水進口流量，關閉蒸汽管路閥門，使除氧器溫度升高；

(3)校核壓力變送器，用電子壓力器監(jiān)視設備壓力。

在上述調(diào)試過程中，#3、#4管路流量分別達到了35.67 t/h、30 t/h，溫度分別為136.6、137.7 ℃。流量超過了設計流量的2～3倍，管道振動較明顯。除氧器無振動，但是內(nèi)部有噼噼啪啪的響聲。經(jīng)過一段時間運行后，除氧器遠傳溫度顯示達到101.37 ℃，出水含氧量從調(diào)試前幾百ppb迅速下降到9.5 ppb，出水含氧量符合運行要求。除氧器壓力顯示在16～30 kPa之間，在設計范圍內(nèi)波動，水封無噴水，只是有少量的水流出，這是由于壓力波動造成的。由于此設備并未投運壓力自動調(diào)節(jié)裝置和水位自動調(diào)節(jié)裝置，壓力變化幅度和頻率都比較高，有少量水從泄壓口流出屬于正常情況。

此時由于#3、#4鍋爐熱水進口給水泵在45 Hz下運行，導致給水泵電機軸承溫度達到由55 ℃上升到了69 ℃。運行人員擔心電機長時間高溫下運行會出現(xiàn)問題，因此，在運行了一段時間，在確認除氧器無振動，無噴水，含氧量合格后，調(diào)小了#3、#4鍋爐熱水進口流量，除氧器在較低溫度下運行，測定出水含氧量迅速上升至700～900 ppb，最高達1 000 ppb以上。

4 幾點建議

通過調(diào)試、說明除氧器設備本身無任何問題。針對該除氧器現(xiàn)狀，提出幾點建議：

(1)啟用壓力自動調(diào)節(jié)裝置

壓力自動調(diào)節(jié)裝置：啟動時，全開電動排汽閥，正常運行時關閉電動排汽閥，通過排汽截止閥或節(jié)流孔板排汽。當負荷變化時，用電動排汽閥自動調(diào)節(jié)排汽量的大小，保持設備內(nèi)部壓力的穩(wěn)定。

(2)提高鍋爐熱水進口溫度或啟用輔助加熱蒸汽及熱水入口4

除氧器含氧量不合格的主要原因就是因為鍋爐熱水溫度未達到設計參數(shù)，除氧器內(nèi)部未達到飽和狀態(tài)。因此，應提高鍋爐熱水進口溫度。如果無法實現(xiàn)，可以考慮使用加熱蒸汽等其它熱源進行加熱。且必須對熱源進行調(diào)節(jié)控制，保證壓力及流量的穩(wěn)定。

(3)溢流泄壓管路應恢復原設計

為了保證超壓能夠及時排放蒸汽，避免造成超壓，影響設備安全運行，溢流泄壓管路應恢復原設計要求。為了避免事故發(fā)生，溢流泄壓口應引向無人區(qū)，但應注意保證管路在同一標高位置，且盡量減少彎管。如若引向其它設備內(nèi)部，應注意保持除氧器內(nèi)部壓力與另一設備之間的壓差在設計范圍之內(nèi)，否則極易破水封。

(4)溢流泄壓裝置破水封后應及時補水至工作液位。否則，壓力不能維持在正常工作范圍內(nèi)。

(5)對#1、#2、#3、#4熱水管道重新進行保溫設計，更換保溫材料，以減少熱量損失，提高除氧器熱水進口溫度。

5 結(jié)束語

通過這次調(diào)試，為今后除氧器噴嘴設計提提供了堅實的設計數(shù)據(jù)：

(1)據(jù)觀測，#3、#4鍋爐熱水進口閥后壓力分別為0.23、0.24 MPa，除氧器內(nèi)部工作壓力為0.02 MPa，噴嘴壓差達到0.21～0.22 MPa，為今后噴嘴設計提供了數(shù)據(jù)。經(jīng)計算，此時噴嘴出口流速為90 m/s左右，由于流速過高，落在淋水盤上發(fā)出很大的響聲，另外，蒸汽迅速冷凝時也發(fā)出了爆凝聲。鑒于此，建議該噴嘴出口混合流速應加以控制。

(2)如前述，除氧器出水含氧量在升溫升壓過程中迅速從幾百至一千多ppb下降到10 ppb以下，彰顯旋膜管極強的除氧能力。建議除氧器深度除氧區(qū)，汽液過濾網(wǎng)高度從300 mm(雙層)減為150 mm(一層)，環(huán)形填料高度從300 mm減為200 mm，即可滿足除氧要求。環(huán)形填料高度沒有同步減為150mm是因為考慮到手孔的尺寸。此時手孔可考慮為除氧器直徑φ1800以下安置 2個，φ1800以上安置4個為宜。

[1] 蔡錫琮，蔡文鋼.火電廠除氧器[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2] 中國動力工程學會.火力發(fā)電設備技術(shù)手冊[J].第四卷.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

Analysis of Runing Problem about Atmospheric Self-deaerator

ZHANG Chun-wei

(Harbin Boiler Co.,Ltd., Harbin 150046, China)

This paper mainly analyzes the problems of atmospheric self-deaerator during installation and operation, put forward some design concepts and suggestions for optimize the structure and running of atmospheric self-deaerator.

Self-deaerator; Running problems; Automatic adjustment

2014-12-15

2015-02-21

張春偉(1982-)，男，工程師，碩士學位，2008年畢業(yè)于華中科技大學，主要從事火電及核電汽輪機輔機、壓力容器設計研發(fā)工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.04.005

TK229.4

B

1009-3230(2015)04-0016-04