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(zé)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(zé)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(dāng)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(dāng)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(shè)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(shè)計參數(shù)。見表1。

表1 除氧器進口設(shè)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(shè)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(yīng)嚴(yán)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(dǎo)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(guān)鍵。設(shè)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(biāo)，見表2。因此，應(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)備出力。實際運行增加了一次熱源流量，導(dǎo)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(dǎo)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(shè)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(dǎo)致設(shè)備的嚴(yán)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(dāng)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(yán)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(shè)任何調(diào)節(jié)裝置，且設(shè)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(shè)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(shè)備壓力實際波動范圍減小，因此，設(shè)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(dǎo)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(guān)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(guān)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(dǎo)致給水泵電機軸承溫度達到由55 ℃上升到了69 ℃。運行人員擔(dān)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(rèn)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(shè)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(guān)閉電動排汽閥，通過排汽截止閥或節(jié)流孔板排汽。當(dāng)負(fù)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(shè)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(shè)計參數(shù)，除氧器內(nèi)部未達到飽和狀態(tài)。因此，應(yīng)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(yīng)恢復(fù)原設(shè)計

為了保證超壓能夠及時排放蒸汽，避免造成超壓，影響設(shè)備安全運行，溢流泄壓管路應(yīng)恢復(fù)原設(shè)計要求。為了避免事故發(fā)生，溢流泄壓口應(yīng)引向無人區(qū)，但應(yīng)注意保證管路在同一標(biāo)高位置，且盡量減少彎管。如若引向其它設(shè)備內(nèi)部，應(yīng)注意保持除氧器內(nèi)部壓力與另一設(shè)備之間的壓差在設(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)計提提供了堅實的設(shè)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(shè)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(yīng)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(xué)會.火力發(fā)電設(shè)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(xué)位，2008年畢業(yè)于華中科技大學(xué)，主要從事火電及核電汽輪機輔機、壓力容器設(shè)計研發(fā)工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.04.005

TK229.4

B

1009-3230(2015)04-0016-04