機組極熱態啟動時旋膜式除氧器振動分析及處理

吳小雷　鄭國強

摘 要：該文主要分析旋膜式除氧器在機組極熱態啟動過程中發生劇烈振動的原因，利用膜相換熱原理，通過改變旋膜式除氧器運行方式，在不影響該設備除氧和加熱效果的前提下，有效解決了機組極熱態啟動時因旋膜式除氧器振動原因延長機組啟動時間和影響設備安全問題。該方法構思巧妙、簡單實用，極大地增強了設備的安全性，避免了因除氧器振動造成設備損壞事故的發生，同時也縮短了機組極熱態啟動時間，提高了機組快速響應電網啟動命令的靈活性。

關鍵詞：振動 除氧器 旋膜式 啟動 極熱態

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（a）-0065-02

除氧器是大型火力發電機組的重要輔機，也是回熱系統的重要組成部分，其運行的可靠性直接關系到機組的安全及經濟性運行，目前大型機組配備的除氧器有噴霧淋盤式除氧器、旋膜式除氧器、無頭除氧器等。某電廠200 MW機組配備有一臺高壓除氧器，型號為YGXC-708，為青島磐石容器制造有限公司生產，屬于旋膜式除氧器。當機組正常運行時，利用汽輪機組的四段抽氣作為除氧器的加熱汽源，通過熱力除氧的原理，消除鍋爐給水中含有的氧氣，同時有效利用抽氣的熱量給鍋爐給水加熱，即保證了爐水品質，又提高了機組的經濟性。

機組投入商業運行后，每當機組跳閘后需進行極熱態啟動時，旋膜式除氧器的凝結水母管、除氧頭都會發生劇烈振動，嚴重影響設備的安全，并對相關操作人員形成安全隱患。通常情況下，都待除氧器內水溫降至100 ℃以下時再大量向除氧器內補冷水，從而迫使機組極熱態啟動時間延長，不能快速響應電網啟動命令。

1 設備簡介

某電廠200MW機組旋膜式除氧器結構簡圖如圖1所示。

如圖1所示，除氧器是由除氧頭⑦及除氧器水箱⑩組成；而除氧頭⑦是其重要組成部分，其由外殼、旋膜管⑥、淋水蓖子⑧、蓄熱填料液汽網⑨等組成。凝結水經凝結水母管①進入除氧頭⑦，通過旋膜管⑥呈螺旋狀按一定的角度噴出，形成水膜裙，由初始加熱蒸汽門⑤和蓄熱填料液汽網⑨、淋水篦子⑧上升的蒸汽充分接觸加熱到接近除氧器工作壓力下的飽和溫度，進行初始除氧。一般經旋膜管段可除去給水中含氧量的90%～95%左右。經初始除氧的水經淋水蓖子⑧呈均勻淋雨狀落到蓄熱填料液汽網⑨和深度除氧加熱蒸汽④充分接觸，加熱到飽和溫度進行深度除氧，經此除氧后的水含氣量≤5PPb。除氧頭⑦內的水匯集經一根除氧頭下水管管落至除氧器水箱⑩。

2 機組極熱態啟動引起旋膜式除氧器振動的原因

機組跳閘后重新啟動，要2～4 h啟動并網發電，屬于極熱態啟動。在機組啟動時，鍋爐點火后給水泵要向鍋爐補充給水，引起除氧器水位低，要維持除氧器水位勢必要向除氧器補充凝結水維持除氧器水位正常。該機組極熱態啟動時，在向除氧器補水過程中曾發生過如下幾種振動情況。

（1）發生除氧頭和凝結水至除氧頭進水管道振動。由于機組是極熱態啟動，當除氧器要維持水箱水位時需要的水量較少，在凝結水進入旋膜管⑥后不能像設計那樣形成向下的水膜，而是形成向下的水珠，如果此時開加熱蒸汽進入，可能有部分蒸汽進入旋膜管⑥或至除氧器的凝結水管道①，當較高溫度的過熱蒸汽和較低溫度的水接觸使得低溫度的水激烈加熱而瞬間產生汽泡，從而發生至除氧器的凝結水管道①的激烈振動。

（2）發生除氧器水箱和給水前置泵進口管道振動。為了防止除氧頭和凝結水至除氧頭進水管道振動，此時向除氧器補充水維持除氧器水位正常不開加熱蒸汽，使得進入除氧器水箱的水位較低（約40 ℃左右），而原來除氧器水箱的水溫在130 ℃～140 ℃左右，由于除氧頭下水管的排水口離給水前置泵進口管道較近，大量的冷水同原來除氧箱的高溫水混合后進入給水前置泵進口管道內，冷水在給水前置泵進口管道內急劇加熱產生汽泡，當汽泡在管內破裂時引起給水前置泵進口管道發生劇烈振動。

3 降低旋膜式除氧器振動方法研究與應用

機組極熱態啟動時，旋膜式除氧器劇烈振動，嚴重影響了機組設備安全，同時會貽誤機組啟動。因此，我們先后采取多種方案來解決此問題。

方案一：如果在機組極熱態啟動過程中除氧器進冷水不投入加熱蒸汽，除氧頭⑦和凝結水母管至除氧器管道①不會發生振動，根據旋膜式除氧器結構可知，將除氧頭至水箱的下水管提升至除氧器水箱水位接近的地方，那么冷水進入除氧器水箱后可以同除氧器水箱原來的熱水充分混合加熱后再進入給水前置泵進口管道，就可以避免給水前置泵進水管道因冷水在給水前置泵進水管道內劇烈加熱而發生管道振動，這方案可以解決上述除氧器兩個振動問題。經去函咨詢設備廠家是否可以將除氧頭至水箱的下水管提升至除氧器水箱水位接近的地方，廠家復函不可以，原因是該設計是在機組極熱態啟動或除氧器壓力下降較快時防止給水泵汽化，因此，該方案不能實施。

方案二：除氧器在機組極熱態啟動過程中由于除氧器內壓力和水溫較高的情況下，進入除氧器內的冷水加熱和不加熱都會引起除氧器振動，因此，有兩個方法可以解決：一是維持較低的除氧器水位運行，當除氧器水箱水位下降至一定位置時再向除氧器補冷水，當除氧器發生輕微振動時再減少補充冷水，當除氧器內水溫降至100 ℃以下時再大量向除氧器內補冷水。二是繼續向除氧器內補充較少流量的冷水，當發生除氧器輕微振動時再減少補充冷水，重復上述方法，讓除氧器內的水溫和壓力逐漸降低，當除氧器內水溫降至100 ℃以下時再大量向除氧器內補冷水。上述兩種方法都使用過，可以減少除氧器的劇烈振動，但都會發生輕微的振動，兩種方法都使機組啟動時間延長，但第一方法使機組啟動時間比第二種方法的啟動時間稍為縮短一些，但最少也要5 h以上，且第一種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溫差太大，對除氧器水箱的使用壽命有影響。

方案三：以上解決旋膜式除氧器在機組極熱態啟動過程中消除旋膜式除氧器振動的方案都不十分完美，還存在缺陷。因此，經過不斷地總結和嘗試，最終找出了如下的解決方案，該方案的要點是在機組極熱態啟動過程中旋膜式除氧器的補充水要加熱，還要維持除氧器內部的壓力正常，且除氧器內的水溫要達到除氧器內壓力相應的飽和溫度，根據機組極熱態啟動引起旋膜式除氧器振動的原因分析第一點可知，引起旋膜式除氧頭⑦和凝結水至除氧頭管道①振動的原因是由蒸汽進入到冷水管道中，從旋膜式除氧器的結構中可知，進入除氧頭的蒸汽有兩個路徑，第一路蒸汽是加熱旋膜管⑥下來的水，第二路蒸汽是加熱淋水蓖子⑧下來的水。因此，為了防止有蒸汽進入旋膜管⑥和凝結水至除氧頭的管道①，當機組極熱態啟動過程中，將至除氧頭旋膜管下的初始除氧加熱蒸汽門⑤全關，將至除氧頭淋水蓖子下的深度除氧加熱蒸汽門全開④，這樣做主要是在凝結水流量少的情況下防止加熱蒸汽進入到除氧頭旋膜管⑥內或凝結水母管至除氧器管道①內造成除氧頭和管道發生劇烈振動，進入除氧頭淋水蓖子下的水和進入除氧頭淋水蓖子下的蒸汽完全混合加熱，主要調節好加熱蒸汽量（控制好加熱蒸汽調節閥的開度），讓加熱蒸汽完全混合到淋水蓖子下來的水里面，不讓多余的蒸汽穿越過淋水蓖子，就不會發生因凝結水量少除氧頭旋膜管⑥或凝結水至除氧頭管道①進入蒸汽而發生除氧器劇烈振動。經過多次機組極熱態啟動，旋膜式除氧器使用該方案后除氧器沒有發生過劇烈的振動問題，該方案解決了機組極熱態啟動中旋膜式除氧器的振動問題，縮短了機組極熱態啟動的時間，使機組極熱態啟動時間控制在2 h以內，比以上的方案縮短了3 h以上，提高了機組的安全性和經濟性，徹底解決了困擾十多年機組極熱態啟動中旋膜式除氧器的振動問題。

4 結語

第三種方案實用、有效，它利用膜相換熱原理，通過運行方式的轉變，一舉解決了機組極熱態啟動時旋膜式除氧器因振動原因延長機組啟動時間和設備安全問題。它在為電廠創造經濟利潤的同時，極大地提高了設備的安全性，避免了因除氧器振動造成設備損壞事故的發生，延長了設備的使用壽命，具有較大的經濟和社會意義。國內有相當一部分火力發電機組使用旋膜式除氧器，由于先天的設計缺陷，造成該類除氧器在機組極熱態啟動的時候發生劇烈振動，既危害了壓力容器的使用壽命，又延誤了機組極熱態啟動。根據國內旋膜式除氧器使用情況來看，該創新方法構思巧妙、簡單有效，很好地解決旋膜式除氧器的振動問題。

參考文獻

[1] 青島磐石容器制造有限公司旋膜式除氧器廠家說明書[Z].

[2] 劉杰，耿艷君.除氧器振動的原因分析及預防措施[J].中國高新技術企事業，2014（12）：113-114.

[3] 陳功.除氧器補水管振動原因探討及改造[J].甘肅電力技術，2006（5）：42-43.

[4] 李云虎.除氧器振動的處理[J].電力技術，2009（3）：45-46.

[5] 戴生明.K-500-165汽輪機組除氧器振動原因分析及改進[J].電力學報，2006，21（3）：407-408.