大小修期間除氧器上水引發(fā)振動(dòng)的原因及應(yīng)對(duì)策略

酈煜

【摘 要】本文通過(guò)對(duì)我廠大小修期間多次發(fā)生除氧器上水引發(fā)振動(dòng)的事件進(jìn)行分析研究，闡述了除氧器振動(dòng)的原因，重點(diǎn)給出了不同工況下的應(yīng)對(duì)策略，另外也在設(shè)備的改進(jìn)和振動(dòng)過(guò)后的處理上給出了建議。

【關(guān)鍵詞】除氧器振動(dòng);引發(fā)振動(dòng)的原因;應(yīng)對(duì)策略

中圖分類(lèi)號(hào)： TM619 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）05-0144-002

1 概述

1.1 原理

除氧器的基本功能是將給水中的不凝結(jié)性氣體除去，以保護(hù)蒸汽發(fā)生器、給水泵、管道以及其他設(shè)備，避免給水中的氧對(duì)這些設(shè)備的腐蝕，同時(shí)除氧器也是1級(jí)混合式加熱器，能夠提高給水溫度，另外除氧器也可以作為儲(chǔ)水箱，維持電廠中給水平衡。

1.2 結(jié)構(gòu)

在正常液位時(shí)，水箱的容量為338m3，我廠除氧器為直接接觸水平盤(pán)型，除氧器由除氧頭和水箱組成。除氧頭是由堅(jiān)固的鋼板焊接而成，在除氧頭內(nèi)部的頂端有一個(gè)噴霧室，在中部有一個(gè)噴淋盤(pán)，在噴霧室有一些噴霧頭，在噴淋盤(pán)上配有用于分配給水和除氧的配水盤(pán)。除氧器水箱是一個(gè)帶園穹形封頭的圓筒形碳鋼壓力容器，在負(fù)荷的變化，它的結(jié)構(gòu)及容量選擇應(yīng)能夠保證水位的變化迅速而平穩(wěn)。水箱中的水由不斷進(jìn)入的經(jīng)過(guò)加熱和除氧的新的給水代替，因此始終維持著飽和狀態(tài)，在機(jī)組負(fù)荷突降時(shí)，能夠在一定程度上抑制內(nèi)部壓力的下降。為了防止除氧器超壓，除氧器都設(shè)有安全閥，安全閥的動(dòng)作壓力一般為除氧器最高工作壓力的110%，當(dāng)汽輪機(jī)在滿(mǎn)負(fù)荷情況下突然跳閘，而反應(yīng)堆繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)超壓的情況。

1.3 我廠除氧器振動(dòng)的歷史和現(xiàn)狀

大小修期間給除氧器上水而造成除氧器振動(dòng)的情況從機(jī)組商運(yùn)開(kāi)始到現(xiàn)在一直時(shí)有發(fā)生，對(duì)我們電廠設(shè)備和人員有潛在的嚴(yán)重的威脅。早在2004年就有停機(jī)期間除氧器上水管道振動(dòng)大的現(xiàn)象并有系統(tǒng)瞬態(tài)分析報(bào)告單;2011年機(jī)組處于小修期間，在除氧器上水后發(fā)生除氧器上水管道振動(dòng);最近一次2014年機(jī)組處于小修期間達(dá)臨界往上走過(guò)程中，在除氧器上水時(shí)都發(fā)生過(guò)除氧器上水管道振動(dòng);另?yè)?jù)值長(zhǎng)反饋，我們機(jī)組這些年在大小修期間不時(shí)都會(huì)發(fā)生除氧器的振動(dòng)，程度輕重，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短有所不同而已。

從歷史的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)來(lái)看，我們機(jī)組很多次除氧器振動(dòng)都是給除氧器上水導(dǎo)致的，除氧器上水因低功率下除氧器控制器無(wú)法在自動(dòng)模式較好控制除氧器液位，所以按規(guī)程要求在15%FP以下都采用手動(dòng)控制給除氧器上水。本文將就大小修期間除氧器上水引發(fā)振動(dòng)的原因展開(kāi)分析，并探討減輕振動(dòng)的應(yīng)對(duì)措施。

2 大小修期間除氧器上水引發(fā)振動(dòng)的原因

（1）機(jī)組停運(yùn)后，凝結(jié)水補(bǔ)水不是連續(xù)補(bǔ)水，在除氧器補(bǔ)水前，除氧器內(nèi)部是一個(gè)穩(wěn)態(tài)，汽水飽和，當(dāng)大量凝結(jié)水進(jìn)入除氧器后，除氧器內(nèi)溫度迅速下降，壓力降低，則除氧水箱內(nèi)的水會(huì)劇烈汽化，沸騰。水汽反沖到除氧器，進(jìn)入除氧器后，又被冷卻，一直反復(fù)。直到補(bǔ)水停止后一段時(shí)間，再恢復(fù)到另一個(gè)平衡點(diǎn)。因抽汽電動(dòng)閥離除氧頭有幾十米距離，主要振動(dòng)區(qū)域在除氧器抽汽管道上。

（2）除氧器上水的逆止閥也距除氧頭有幾十米的距離，補(bǔ)水后這段管道是低溫的，除氧頭上部壓力是200KPa以上，溫度是超過(guò)140度的蒸汽，查焓熵圖其比容約為0.6m3/kg，這些蒸汽遇冷水急劇降溫凝結(jié)，凝結(jié)成0.001m3/kg的水滴，比容相差600倍，汽團(tuán)凝結(jié)成水后突然形成局部真空，周?chē)鷫毫φ羝畛湟蚰Y(jié)而形成的真空空間，形成巨大的沖擊，如此反復(fù)的凝結(jié)與沖擊。這個(gè)過(guò)程造成了連續(xù)的振動(dòng)，這種聲音與振動(dòng)在主控室都能清晰地感覺(jué)到，這種沖擊據(jù)計(jì)算力量可達(dá)數(shù)十噸。主要振動(dòng)區(qū)域在除氧器上水的逆止閥后的管道。

（3）溫差導(dǎo)致的振動(dòng)。除氧器凝結(jié)水上水管靠近除氧器的一端溫度高，遠(yuǎn)離除氧器一端的溫度低，因除氧器溫度高對(duì)除氧器相聯(lián)的上水管道進(jìn)行加熱，由于管道本身冷熱不均，再進(jìn)行加熱時(shí)，管道冷熱不均加劇，引起管道振動(dòng)。這當(dāng)然主要也在是補(bǔ)水管線(xiàn)振動(dòng)。

（4）機(jī)組也不止一次出現(xiàn)除氧器液位高隔離的事件而引發(fā)振動(dòng)，由于設(shè)備故障或備用液位控制閥意外投運(yùn)。這兩類(lèi)事件的特點(diǎn)均為有大量的冷水進(jìn)入到除氧器中，除氧器無(wú)法維持在正常壓力。這種情況下從頂部進(jìn)入到除氧器的凝結(jié)水無(wú)法被加熱到正常的飽和溫度，所以在除氧器水面附近還存在劇烈的熱交換，從而在除氧器水面和除氧器頂部實(shí)際上的壓力并不一樣（除氧器頂部的壓力要高于水面壓力），這導(dǎo)致了測(cè)量的液位比實(shí)際液位要低。而測(cè)得液位低又會(huì)導(dǎo)致除氧器上水閥進(jìn)一步開(kāi)大，更多的冷水進(jìn)入到除氧器后，除氧器實(shí)際液位進(jìn)一步升高，實(shí)際液位已接近除氧器的頂部（越接近頂部區(qū)域，除氧器水汽分界面越小，換熱越小，從而頂部和液面的壓差越?。?，這時(shí)液位測(cè)量開(kāi)始反映除氧器的真實(shí)液位，一般在這時(shí)液位已經(jīng)超過(guò)極高值，上水電動(dòng)閥開(kāi)始關(guān)閉。

3 除氧器振動(dòng)的應(yīng)對(duì)策略

3.1 廣播撤離

對(duì)于出現(xiàn)這種劇烈振動(dòng)的情況，主控室能夠明顯地感覺(jué)到，應(yīng)該先廣播除氧器區(qū)域振動(dòng)，汽輪機(jī)廠房人員撤離。

3.2 大修時(shí)策略

對(duì)于除氧器上水振動(dòng)，最好的方法就是降低除氧器的水溫。大修的專(zhuān)用規(guī)程中一般都要求停機(jī)后，凝結(jié)水給水走大循環(huán)，將除氧器水溫降到60攝氏度以下的要求[1]。把除氧器的溫度降下來(lái)，最快速的方法就是停運(yùn)電加熱器，系統(tǒng)走大循環(huán)，循環(huán)路線(xiàn)為：凝汽器——凝泵——低加——除氧器——給水泵——高加——大旁路——凝汽器。機(jī)組啟動(dòng)階段先建立對(duì)除氧器上水后再投入加熱器及啟動(dòng)一臺(tái)主給水泵對(duì)除氧器升溫，緊接著對(duì)主系統(tǒng)升溫升壓。我們要避免因各種原因先啟動(dòng)主給水泵對(duì)除氧器升溫，導(dǎo)致后續(xù)上水時(shí)可能引起振動(dòng)。

3.3 小修時(shí)策略

3.3.1 與大修時(shí)的區(qū)別

對(duì)于小修，出于經(jīng)濟(jì)考慮，我們多數(shù)時(shí)候不會(huì)那么做，尤其在主要是一回路設(shè)備故障導(dǎo)致的小修。因?yàn)樵趩闻_(tái)主給水泵運(yùn)行時(shí)，除氧器的升溫速率為4度每小時(shí)，可能會(huì)延緩小修啟動(dòng)的進(jìn)度。同樣過(guò)早啟動(dòng)主給水泵是不合適的，這次小修沒(méi)有意識(shí)到過(guò)早啟動(dòng)主給水泵對(duì)除氧器升溫的影響，加劇了后續(xù)上水過(guò)程中產(chǎn)生的強(qiáng)烈的振動(dòng)。

3.3.2 小流量連續(xù)補(bǔ)水

在這種小修模式下，我們應(yīng)該采取停運(yùn)電加熱器，采用手動(dòng)小流量連續(xù)的補(bǔ)水方式，實(shí)踐證明一邊緩慢上水，一邊緩慢出水，使除氧器的水流動(dòng)起來(lái)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)能有效防止振動(dòng)。盡管規(guī)程在通過(guò)主凝泵給除氧器上水中增加注釋在小修期間除氧器溫度高于60攝氏度時(shí)應(yīng)盡量減小上水流量的方式避免管道振動(dòng)，但并沒(méi)能有效地幫助運(yùn)行人員來(lái)避免除氧器上水時(shí)的振動(dòng)。首先每個(gè)人的理解不一樣，到底多小的上水流量為小，每個(gè)人的答案都不相同，而且目前凝結(jié)水上水流量在除氧器控制器手動(dòng)輸出到8%之前是沒(méi)有讀數(shù)的（這是由于上水流量取自的變送器有測(cè)量信號(hào)偏低的缺陷和低流量時(shí)本身測(cè)量不準(zhǔn)造成的）。如果看著上水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，在初期上水階段開(kāi)到8%以上，那顯然是太大了，一定會(huì)引起振動(dòng)。所以不應(yīng)該看著流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，而是根據(jù)控制器的輸出，以0.5%為一個(gè)臺(tái)階，在觀察無(wú)振動(dòng)后再緩慢開(kāi)大，上水盡可能地慢，管道中的水少蒸汽遇冷凝結(jié)也少，進(jìn)入除氧器的水少，對(duì)除氧器壓力和溫度的變化也小。

3.3.3 建立除氧器連續(xù)出水的方案

但無(wú)論從振動(dòng)產(chǎn)生的原理還是實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)分析，起初上水時(shí)流量再小可能還是會(huì)引起振動(dòng)，最好的方式是先給除氧器建立一個(gè)小流量的出水，然后再進(jìn)行緩慢補(bǔ)水操作，建立小流量連續(xù)補(bǔ)水。而在小修期間，就算是啟堆初期，蒸發(fā)器不怎么需要上水，怎么建立除氧器的連續(xù)出水呢？

方案一：通過(guò)投運(yùn)蒸發(fā)器排污，控制流量來(lái)達(dá)到，但需要關(guān)注蒸發(fā)器壓力以及排污箱的壓力。尤其在低功率下投運(yùn)蒸發(fā)器排污，需要密切關(guān)注蒸發(fā)器壓力，如果蒸發(fā)器壓力不能控制在設(shè)定值，則需要適當(dāng)降低蒸發(fā)器排污流量?，F(xiàn)場(chǎng)要對(duì)排污箱的液位和壓力進(jìn)行監(jiān)視，防止排水不暢導(dǎo)致液位過(guò)高，進(jìn)而將排污箱上部的壓力釋放閥頂開(kāi)。當(dāng)排水不暢時(shí)可手動(dòng)打開(kāi)排污箱本體疏水閥進(jìn)行疏水，控制疏水量和關(guān)注地漏承受能力。

方案二：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)打開(kāi)一個(gè)除氧器水箱本體的疏水閥，建立一個(gè)恒定的出水，要密切關(guān)注地漏的承受能力，防止廠房跑水。出水流量只能在現(xiàn)場(chǎng)控制，不如蒸發(fā)器排污可在主控直接調(diào)節(jié)來(lái)的更高效，個(gè)人認(rèn)為方案一更好。

3.4 設(shè)備的改進(jìn)建議

從設(shè)備的改進(jìn)上：在除氧器上水的逆止閥下游，在緊貼除氧頭處，加裝一U型水封，這樣補(bǔ)水時(shí)只有很短的的空管子空間，振動(dòng)能量將大為減少，另外，U型水封還可以吸收來(lái)自管道的冷熱膨脹，有效減輕由于溫差引起的振動(dòng)。查詢(xún)資料很多火電廠的除氧器有這樣的設(shè)置，能較好地達(dá)到減輕除氧器振動(dòng)的目的。[2]

3.5 振動(dòng)后的后續(xù)檢查

如果除氧器發(fā)生了振動(dòng)，振動(dòng)過(guò)后后續(xù)的檢查也很重要，應(yīng)立即對(duì)除氧器相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行全面的檢查。在下一次的除氧器檢修時(shí)，應(yīng)特別注意檢查除氧頭和水箱面板及焊縫處是否有開(kāi)裂、腐蝕等現(xiàn)象;檢查噴霧頭是否有損壞、是否有異物進(jìn)入堵塞、彈簧組的銷(xiāo)釘是否牢固;檢查淋水盤(pán)工作是否正常，各焊接點(diǎn)是否有損壞。因?yàn)橐坏┯挟愇锩撀溥M(jìn)入系統(tǒng)，可能比汽水振蕩對(duì)我們機(jī)組的危害更大。特別注意檢查安全閥工作是否正常，閥座是否有開(kāi)列，安全閥的故障打開(kāi)或泄漏，將使一切控制都無(wú)從談起。

4 結(jié)語(yǔ)

大小修期間除氧器上水引發(fā)的振動(dòng)危害不容小覷，作為運(yùn)行人員應(yīng)該盡自己最大的能力去避免這種情況的發(fā)生。在給除氧器上水的運(yùn)行手冊(cè)上，應(yīng)該部分加入本文應(yīng)對(duì)策略中提到的注意事項(xiàng)和解決方案，以便引起操作者足夠的重視。我們要加強(qiáng)學(xué)習(xí)，理解除氧器振動(dòng)發(fā)生的原因，了解應(yīng)對(duì)除氧器振動(dòng)的方法，使在不同工況下都能很好避免除氧器上水引發(fā)的振動(dòng)，為機(jī)組保駕護(hù)航。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鄒正宇，CANDU-6核電廠系統(tǒng)與運(yùn)行[M]，原子能出版院2010.

[2]羅存存，除氧器補(bǔ)水管道振動(dòng)分析及處理，西北電力技術(shù)4/2002.