机组极热态启动时旋膜式除氧器振动分析及处理

吴小雷　郑国强

摘 要：该文主要分析旋膜式除氧器在机组极热态启动过程中发生剧烈振动的原因，利用膜相换热原理，通过改变旋膜式除氧器运行方式，在不影响该设备除氧和加热效果的前提下，有效解决了机组极热态启动时因旋膜式除氧器振动原因延长机组启动时间和影响设备安全问题。该方法构思巧妙、简单实用，极大地增强了设备的安全性，避免了因除氧器振动造成设备损坏事故的发生，同时也缩短了机组极热态启动时间，提高了机组快速响应电网启动命令的灵活性。

关键词：振动 除氧器 旋膜式 启动 极热态

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（a）-0065-02

除氧器是大型火力发电机组的重要辅机，也是回热系统的重要组成部分，其运行的可靠性直接关系到机组的安全及经济性运行，目前大型机组配备的除氧器有喷雾淋盘式除氧器、旋膜式除氧器、无头除氧器等。某电厂200 MW机组配备有一台高压除氧器，型号为YGXC-708，为青岛磐石容器制造有限公司生产，属于旋膜式除氧器。当机组正常运行时，利用汽轮机组的四段抽气作为除氧器的加热汽源，通过热力除氧的原理，消除锅炉给水中含有的氧气，同时有效利用抽气的热量给锅炉给水加热，即保证了炉水品质，又提高了机组的经济性。

机组投入商业运行后，每当机组跳闸后需进行极热态启动时，旋膜式除氧器的凝结水母管、除氧头都会发生剧烈振动，严重影响设备的安全，并对相关操作人员形成安全隐患。通常情况下，都待除氧器内水温降至100 ℃以下时再大量向除氧器内补冷水，从而迫使机组极热态启动时间延长，不能快速响应电网启动命令。

1 设备简介

某电厂200MW机组旋膜式除氧器结构简图如图1所示。

如图1所示，除氧器是由除氧头⑦及除氧器水箱⑩组成；而除氧头⑦是其重要组成部分，其由外壳、旋膜管⑥、淋水蓖子⑧、蓄热填料液汽网⑨等组成。凝结水经凝结水母管①进入除氧头⑦，通过旋膜管⑥呈螺旋状按一定的角度喷出，形成水膜裙，由初始加热蒸汽门⑤和蓄热填料液汽网⑨、淋水篦子⑧上升的蒸汽充分接触加热到接近除氧器工作压力下的饱和温度，进行初始除氧。一般经旋膜管段可除去给水中含氧量的90%～95%左右。经初始除氧的水经淋水蓖子⑧呈均匀淋雨状落到蓄热填料液汽网⑨和深度除氧加热蒸汽④充分接触，加热到饱和温度进行深度除氧，经此除氧后的水含气量≤5PPb。除氧头⑦内的水汇集经一根除氧头下水管管落至除氧器水箱⑩。

2 机组极热态启动引起旋膜式除氧器振动的原因

机组跳闸后重新启动，要2～4 h启动并网发电，属于极热态启动。在机组启动时，锅炉点火后给水泵要向锅炉补充给水，引起除氧器水位低，要维持除氧器水位势必要向除氧器补充凝结水维持除氧器水位正常。该机组极热态启动时，在向除氧器补水过程中曾发生过如下几种振动情况。

（1）发生除氧头和凝结水至除氧头进水管道振动。由于机组是极热态启动，当除氧器要维持水箱水位时需要的水量较少，在凝结水进入旋膜管⑥后不能像设计那样形成向下的水膜，而是形成向下的水珠，如果此时开加热蒸汽进入，可能有部分蒸汽进入旋膜管⑥或至除氧器的凝结水管道①，当较高温度的过热蒸汽和较低温度的水接触使得低温度的水激烈加热而瞬间产生汽泡，从而发生至除氧器的凝结水管道①的激烈振动。

（2）发生除氧器水箱和给水前置泵进口管道振动。为了防止除氧头和凝结水至除氧头进水管道振动，此时向除氧器补充水维持除氧器水位正常不开加热蒸汽，使得进入除氧器水箱的水位较低（约40 ℃左右），而原来除氧器水箱的水温在130 ℃～140 ℃左右，由于除氧头下水管的排水口离给水前置泵进口管道较近，大量的冷水同原来除氧箱的高温水混合后进入给水前置泵进口管道内，冷水在给水前置泵进口管道内急剧加热产生汽泡，当汽泡在管内破裂时引起给水前置泵进口管道发生剧烈振动。

3 降低旋膜式除氧器振动方法研究与应用

机组极热态启动时，旋膜式除氧器剧烈振动，严重影响了机组设备安全，同时会贻误机组启动。因此，我们先后采取多种方案来解决此问题。

方案一：如果在机组极热态启动过程中除氧器进冷水不投入加热蒸汽，除氧头⑦和凝结水母管至除氧器管道①不会发生振动，根据旋膜式除氧器结构可知，将除氧头至水箱的下水管提升至除氧器水箱水位接近的地方，那么冷水进入除氧器水箱后可以同除氧器水箱原来的热水充分混合加热后再进入给水前置泵进口管道，就可以避免给水前置泵进水管道因冷水在给水前置泵进水管道内剧烈加热而发生管道振动，这方案可以解决上述除氧器两个振动问题。经去函咨询设备厂家是否可以将除氧头至水箱的下水管提升至除氧器水箱水位接近的地方，厂家复函不可以，原因是该设计是在机组极热态启动或除氧器压力下降较快时防止给水泵汽化，因此，该方案不能实施。

方案二：除氧器在机组极热态启动过程中由于除氧器内压力和水温较高的情况下，进入除氧器内的冷水加热和不加热都会引起除氧器振动，因此，有两个方法可以解决：一是维持较低的除氧器水位运行，当除氧器水箱水位下降至一定位置时再向除氧器补冷水，当除氧器发生轻微振动时再减少补充冷水，当除氧器内水温降至100 ℃以下时再大量向除氧器内补冷水。二是继续向除氧器内补充较少流量的冷水，当发生除氧器轻微振动时再减少补充冷水，重复上述方法，让除氧器内的水温和压力逐渐降低，当除氧器内水温降至100 ℃以下时再大量向除氧器内补冷水。上述两种方法都使用过，可以减少除氧器的剧烈振动，但都会发生轻微的振动，两种方法都使机组启动时间延长，但第一方法使机组启动时间比第二种方法的启动时间稍为缩短一些，但最少也要5 h以上，且第一种方法由于除氧器水位降得太低，使得除氧器上半水箱和下半水箱温差太大，对除氧器水箱的使用寿命有影响。

方案三：以上解决旋膜式除氧器在机组极热态启动过程中消除旋膜式除氧器振动的方案都不十分完美，还存在缺陷。因此，经过不断地总结和尝试，最终找出了如下的解决方案，该方案的要点是在机组极热态启动过程中旋膜式除氧器的补充水要加热，还要维持除氧器内部的压力正常，且除氧器内的水温要达到除氧器内压力相应的饱和温度，根据机组极热态启动引起旋膜式除氧器振动的原因分析第一点可知，引起旋膜式除氧头⑦和凝结水至除氧头管道①振动的原因是由蒸汽进入到冷水管道中，从旋膜式除氧器的结构中可知，进入除氧头的蒸汽有两个路径，第一路蒸汽是加热旋膜管⑥下来的水，第二路蒸汽是加热淋水蓖子⑧下来的水。因此，为了防止有蒸汽进入旋膜管⑥和凝结水至除氧头的管道①，当机组极热态启动过程中，将至除氧头旋膜管下的初始除氧加热蒸汽门⑤全关，将至除氧头淋水蓖子下的深度除氧加热蒸汽门全开④，这样做主要是在凝结水流量少的情况下防止加热蒸汽进入到除氧头旋膜管⑥内或凝结水母管至除氧器管道①内造成除氧头和管道发生剧烈振动，进入除氧头淋水蓖子下的水和进入除氧头淋水蓖子下的蒸汽完全混合加熱，主要调节好加热蒸汽量（控制好加热蒸汽调节阀的开度），让加热蒸汽完全混合到淋水蓖子下来的水里面，不让多余的蒸汽穿越过淋水蓖子，就不会发生因凝结水量少除氧头旋膜管⑥或凝结水至除氧头管道①进入蒸汽而发生除氧器剧烈振动。经过多次机组极热态启动，旋膜式除氧器使用该方案后除氧器没有发生过剧烈的振动问题，该方案解决了机组极热态启动中旋膜式除氧器的振动问题，缩短了机组极热态启动的时间，使机组极热态启动时间控制在2 h以内，比以上的方案缩短了3 h以上，提高了机组的安全性和经济性，彻底解决了困扰十多年机组极热态启动中旋膜式除氧器的振动问题。

4 结语

第三种方案实用、有效，它利用膜相换热原理，通过运行方式的转变，一举解决了机组极热态启动时旋膜式除氧器因振动原因延长机组启动时间和设备安全问题。它在为电厂创造经济利润的同时，极大地提高了设备的安全性，避免了因除氧器振动造成设备损坏事故的发生，延长了设备的使用寿命，具有较大的经济和社会意义。国内有相当一部分火力发电机组使用旋膜式除氧器，由于先天的设计缺陷，造成该类除氧器在机组极热态启动的时候发生剧烈振动，既危害了压力容器的使用寿命，又延误了机组极热态启动。根据国内旋膜式除氧器使用情况来看，该创新方法构思巧妙、简单有效，很好地解决旋膜式除氧器的振动问题。

参考文献

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