除氧器振动的原因分析及预防措施

史东旺

【摘 要】除氧器是常规岛的重要热力设备，其运行是否正常将直接影响电力生产的安全性与经济性。我厂除氧器在机组启动初期和机组停运过程中曾出现过多次剧烈振动现象，不仅会造成除氧器上水管线断裂，也是除氧器水箱壁产生裂纹的原因之一。严重影响设备和机组的安全，针对这一现象进行了现场调查，分析除氧器振动的根本原因，并提出了有效的预防振动的措施，对电厂的实际运行和异常响应有很好的借鉴作用。

【关键字】除氧器;振动;水锤

中图分类号： TM621 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）24-0040-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.020

0 概述

除氧器是蒸汽发电机组中重要的热力设备，其运行是否正常将直接影响电厂生产的安全性与经济性。但是除氧器在运行中存在诸多问题，如汽水振荡、除氧器振动、自生沸腾等，其中尤以除氧器的过度振动最为常见，除氧器振动不仅使除氧器的运行存在安全隐患，降低其可靠性，而且导致其加热投运时间长，满足不了机组经济、快速启动的需要。因此，引起了电力行业人员的广泛重视。针对我厂除氧器在机组启动初期和机组停运过程中曾出现过数次剧烈振动现象，分析除氧器振动的根本原因，并提出了有效的预防振动的措施。

1 除氧器结构及参数

1.1 除氧头

除氧头是由坚固的钢板焊接而成，在除氧头内部的顶端有一个喷雾室，在中部有一个喷淋盘，在喷雾室有一些喷雾头，在喷淋盘上配有用于分配给水和除氧的配水盘。

1.2 喷雾头

喷雾头在除氧头内沿长度方向均匀布置。它的作用是将低压加热器来的冷凝水雾化，增加冷凝水与加热蒸汽之间的接触面积，强化换热和除氧效果。凝结水通过喷雾头进入除氧器，喷雾装置由一叠不锈钢盘组成，它们在内部水压的作用下开启，内部水压将薄钢片张开，并将凝结水以很细的雾滴喷出。在正常运行工况下，雾滴与加热蒸汽逆向流动，充分接触，对雾滴进行加热和除氧，当雾滴层被加热到饱和温度时，能达到很好的除氧效果。

1.3 淋水盘

除氧器在喷雾层后再串联一个淋水盘层，使水再分散成极薄的水膜减小表面张力，以完成深度除氧的任务。淋水盘是由不锈钢板制成，淋水盘呈长长的、薄形结构，将给水分成薄的水膜，以利于完全除氧。

1.4 水箱

除氧器水箱是一个带园穹形封头的圆筒形碳钢压力容器，在负荷的变化，它的结构及容量选择应能够保证水位的变化迅速而平稳。水箱中的水由不断进入的经过加热和除氧的新的给水代替，因此始终维持着饱和状态，在机组负荷突降时，能够在一定程度上抑制内部压力的下降。水箱上安装有水位测量仪表。

1.5 安全阀

为了防止除氧器超压，除氧器设有安全阀，安全阀的动作压力一般为除氧器最高工作压力的110%，当汽轮机在满负荷情况下突然跳闸，而反应堆继续运行时，可能会出现超压的情况。

1.6 参数

2 除氧器工作原理

来自低压加热器的冷凝水进入除氧头上部的喷雾层，经过喷雾头后的冷凝水表面积增大很多，这些雾化后的小水滴以高速与加热蒸汽接触，迅速被加热到除氧器压力下的饱和状态，给水中的不凝结性气体集聚到水滴表面，喷雾层可以将给水中的大部分氧除去，被雾化的冷凝水通过喷雾层，降落到下部的配水盘上，冷凝水通过配水盘的V型凹槽均匀分散开来，并沿齿型边缘流出，依次落入下面交替放置的环形和圆形淋水盘，进一步除氧，经过两次除氧的给水落入除氧头下部的水箱。

加热蒸汽从蒸汽入口进入除氧器，随后进入淋水盘层，向上流动，带着从给水中逸出的不凝结气体一起向上流动，在流动过程中，通过各层淋水盘时，与通过淋水盘小孔的水膜换热。在通过配水盘后，蒸汽进入喷雾层，继续与雾化的给水换热，此时，大部分蒸汽都已凝结为水滴，与给水混合在一起落下。不凝结气体通过除氧头顶部的排气管排出，从而完成除氧过程。

3 除氧器的压力控制

主蒸汽集管通过两个50%容量的压力控制阀64333-PCV4111/4112和一个5%容量的压力控制阀64333-PCV4113将除氧器顶压蒸汽压力控制在设定值。这三个压力控制阀由主控室有两个压力控制器64333-PC4111/PC4113控制，有自动控制和手动控制2种模式，在自动模式时，压力控制器自动调节控制阀的开度以维持除氧器顶压蒸汽压力在设定值。当控制器自动控制出现异常时，需要对除氧器顶压蒸汽压力手动进行控制。操纵员将压力控制器切换到手动模式，手动调节控制器的输出信号来控制阀门的开度以维持除氧器顶压蒸汽压力。

除氧器顶压蒸汽压力投运过程：真空建立后除氧器排气切至凝汽器—>主系统升温至150摄氏度后手动打开电动隔离阀4333-MV4104，向除氧器供应主蒸汽，控制器64333-PC4113缓慢打开5%容量控制阀4333-PCV4113直到全开，然后通过压力控制器64333-PC4111缓慢打开2个50%容量控制阀64333-PCV4111/4112，控制除氧器的压力在设定值173kPa，将控制器置于自动—>汽轮机负荷升至15%后打开除氧器抽汽阀64311-HS4105—>78%后汽轮机抽汽供应到除氧器并维持除氧器的压力，随着汽轮机抽汽的供应，控制阀64333-PCV4111/4112/4113缓慢全关—>100%满功率后将PC4111的设定值设为DA压力（AI0754-25kPa）。

当汽轮机负荷降低到75%以下时，由于汽轮机抽汽压力降低而不足以维持除氧器的压力在设定值，控制阀64333-PCV4111/4112/4113逐渐打开以维持除氧器的压力在设定值。

當汽轮机事故保护停机时，没有汽轮机抽汽供应到除氧器，控制阀64333-PCV4111/4112/4113逐渐打开以维持除氧器的压力在设定值。

4 除氧器振动情况

2014年6月1#机组在安排小修过程中，除氧器在机组启动初期和机组停运时都出现过多次放炮似的连续间隔振动，整个管道从94.7m至除氧头补水管线处都在振颤。振动声音之响，就连主控室人员都能感受到。振动造成了除氧器上水管线摆动和保温层脱落（见图2），同时也可能造成除氧器结构部件损坏，如喷雾头的脱落、除氧盘的变形（见图3）、水箱壁的裂纹等。

5 除氧器振动原因

机组在功率运行时，由于除氧器的上水流量、抽气压力和温度较为稳定，很少发生除氧器振动的情况。但在变工况的情况下，如机组的启停过程中，除氧器产生振动的概率较大。根据机组启动时运行参数（见图4），对除氧器产生振动的原因进行分析。

机组启动前，除氧器水位为手动控制，上水流量为零。机组启动后，根据GOP-002，在机组准备升温升压前，需要启动一台主给水泵，主给水泵启动后走再循环，除氧器内的水温将以4℃/小时进行升温，约12小时水温从90℃上升至140℃，除氧器内的压力从0kPa上升至300kPa，高于正常启动时173KPA压力要求，随着给蒸发器上水和除氧器内产生的蒸汽排放，除氧器水位缓慢下降，在给除氧器手动上水过程中，除氧器和上水管线发生了剧烈的振动。

原因分析：

（1）除氧器内产生的汽锤。在除氧器上水前，除氧器内部是一个稳态，汽水饱和状态，当较冷的凝结水进入除氧器后，除氧器内温度迅速下降，压力降低，则除氧水箱内的水会剧烈汽化，沸腾。水汽反冲到除氧器，进入除氧器后，又被冷却，一直反复。直到补水停止后一段时间，再恢复到另一个平衡点。

（2）温差导致的振动。除氧器凝结水上水管靠近除氧器的一端温度高，远离除氧器一端的温度低，会产生振动，振动声音较大，主要是上水管线振动。

（3）加热蒸汽配入不足，在除氧头形成水阻气现象。由于启动阶段，顶压蒸汽压力不足，不能满足将温度较低的给水加热至或接近饱和温度的要求，下落过程中的水流中含有大量的不凝结气体。加热后析出的不凝结气体，形成层层气模，阻碍了蒸汽和水的逆流，导致蒸汽流动受阻，向蒸汽的入口方向产生压力波。随着蒸汽的集聚，压力逐渐增大，从而冲破气模形成剧烈的膨胀波。如此的交替往复，使除氧器产生剧烈的振动。

（4）除氧器喷雾头的损坏，在上水管线形成水锤。从由于长时间未对除氧器进行上水，靠近除氧头顶部一段水平上水管线的水就会破损的喷雾头流出，造成该段管线不满水，当手动对除氧器上水时，在除氧器入口管线处形成水锤，造成上水管线的振动。

（5）随着除氧器的升温，靠着除氧头的上水管线被加热，液体沸腾也能够产生气泡，当给除氧器上水时，压力升高，气泡将溃灭或体积迅速减小，产生压力冲击，出现振动或噪声。

（6）加热蒸汽管线产生的振动。加热蒸汽管线投运时暖管不充分，管道中的疏水来不及排出，引起的水锤现象。

（7）给水管线产生的振动。反应堆提升功率后，除氧器顶压蒸汽未及时投入或压力控制阀控制异常，大量的凝结水进入除氧器导致除氧器压力急剧下降，除氧器和给水管线的水沸腾汽化，造成管线的振动，同时主给水泵的净正吸入压头的下降有气蚀的风险。

（8）高压加热器与除氧器相连的疏水管路中形成汽水两相流。机组运行过程中，高压加热器到除氧器疏水阀开关不灵活，管道支吊架不够，高加水位及高加堵管数量等，均会引起高加与除氧器相连的疏水管路中形成汽水两相流，引起管道的剧烈振动。同时由于汽水两相界面的不稳定性，在疏水出口，气泡破裂时，容易引发振动。

6 除氧器振动的预防措施

总结以上引发振动的诸多原因，提出以下防振的原则：

（1）尽量避免大温差的水在除氧器内大量掺混。

（2）尽量避免与除氧器连通管道内形成汽水两相流。

（3）尽量减少单个除氧器的负荷波动幅度和频率。

（4）保持蒸汽，疏水，补水管道的畅通，工质連续稳定的通入和输出。

（5）除氧器内汽水温度的变化应连续、稳定、均匀，合理选择汽水的引入方式和位置。

（6）增加管系结构的阻尼：该方案是通过提高管系刚度， 改变结构的固有频率，有效地防止管系结构发生共振破坏的可取方案。一般选择在管系中的悬空弯头处和振摆严重的管段处，根据实际振摆受力方向。结合周边环境许可条件，安装适当的阻尼器，以提高管系刚度。

根据以上防振原则和机组的实际运行情况，提出解决解决除氧器振动方案机组启停过程中的注意事项：

（1）机组停运后，当蒸发器压力降到200Kpa时，应对除氧器顶压蒸汽进行隔离，停运电加热器和将除氧器上水切换至手动，采用手动小流量连续的补水方式。

（2）机组启动后，不应过早投运除氧器电加热器和启动主给水泵对除氧器进行升温，因为升温后会造成除氧器压力缓慢上升，有可能造成除氧器超压，同时除氧器压力越高，当给除氧器上水时，除氧器振动越剧烈。

（3）除氧器升温过程中，如果除氧器排气至凝汽器，可将排气切至大气，减缓除氧器的压力上升。

（4）为减小除氧器由于长时间无上水的情况下，靠着除氧头的上水管线温度随着除氧器的升温逐渐升高，可间断性给除氧器少量上水，减小上下游管线的温差。

（5）针对靠近除氧器顶部的上水管线可能存在的气体，可以通到打开排气阀4321-V4893排除集聚在管线中的气体。

（6）当除氧器的保压蒸汽压力控制器在手动控制时，若减小D/A的凝结水上水流量时（特别是大幅度减少时），应先（或同时）适当关小保压蒸汽的压力控制阀，以免D/A超压而导致其安全阀起座。同样，在加大D/A上水流量时，应随之适当开大保压蒸汽的压力控制阀，以免D/A水温大幅度下降。

（7）在主系统升温至150℃后，在准备提升反应堆功率前，应投运除氧器顶压蒸汽，当主蒸汽系统压力已大于173kPa时，越早投入保压蒸汽越有利。

7 总结

论文针对实际运行过程中除氧器出现的振动进行了原因分析并提出了相应的对策，对现场运行工作具有一定的现实意义。由于本人水平有限，文中难免出现一些错误和不妥之处，敬请指正。

【参考文献】

[1]98-43122-5007-01-DM-A除氧器设计手册.

[2]98-43100-TMT-FA404给水加热和抽汽系统初级课堂培训教材.

[3]98-43210-OM-001凝结水系统运行手册.