電廠除氧器含氧量超標(biāo)問(wèn)題的處理

紀(jì)烈鵬

（中國(guó)石化天津分公司熱電部，天津 300271）

火力發(fā)電廠入爐給水的含氧量符合規(guī)定指標(biāo)要求是保證鍋爐設(shè)備不發(fā)生氧化腐蝕，從而安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件，除氧器能否正常運(yùn)行成為關(guān)鍵。最近一年來(lái)，某熱電廠三期高壓除氧器均不同程度出現(xiàn)了除氧效果不太理想的狀況，含氧量指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，威脅生產(chǎn)安全運(yùn)行。

1 除氧器故障現(xiàn)象

1.1 除氧器基本情況

某熱電廠三期工程高壓除氧器于2009年投運(yùn)，總共安裝有3臺(tái)，編號(hào)分別為#10、#11、#12。除氧器結(jié)構(gòu)為壓力旋膜式，設(shè)計(jì)壓力為0.88 MPa、溫度350℃，工作容積為20.6 m3，運(yùn)行時(shí)最高壓力為0.65 MPa。

1.2 故障現(xiàn)象

3臺(tái)除氧器安裝運(yùn)行幾年來(lái)，均出現(xiàn)了一些運(yùn)行異常和設(shè)備故障。

1）含氧量嚴(yán)重超標(biāo)

運(yùn)行1年以后，3臺(tái)高壓除氧器分別出現(xiàn)了除氧水水質(zhì)化驗(yàn)不合格現(xiàn)象，含氧量平均為68 μg/L、50 μg/L、35 μg/L，#10除氧器最高時(shí)含氧量達(dá)100 μg/L，遠(yuǎn)高于合格標(biāo)準(zhǔn)，而且#10除氧器除氧效果最差。

2）運(yùn)行中出現(xiàn)振動(dòng)和異音

個(gè)別除氧器在運(yùn)行中除氧頭內(nèi)部時(shí)有撞擊聲響。除氧頭與高加疏水管道、除鹽補(bǔ)水管道的連接管段出現(xiàn)振動(dòng)；頂部人孔及側(cè)面人孔有泄漏。

3）除氧頭溫度升高

與最初投運(yùn)調(diào)試時(shí)數(shù)據(jù)相比，除氧頭溫度經(jīng)常出現(xiàn)不同程度地攀升現(xiàn)象，最高時(shí)達(dá)195℃，已超工藝要求的上限，無(wú)法保障除氧器長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

1.3 除氧器檢修

除氧器發(fā)生故障后，陸續(xù)進(jìn)行了下線檢修，#10除氧器除氧效果最差，首先進(jìn)行了檢修。

1）#10除氧器停運(yùn)檢修情況

#10除氧器除氧頭內(nèi)部旋膜管脫落3根，其中2根完全掉下來(lái)，另一根懸掛在水室下層隔板上。此旋膜管距上端約5 cm部分碎裂，水室空氣排空管5根脫落，同時(shí)，填料層的淋水孔板已被吹翻，雜亂陳列，大量Ω形填料被吹上來(lái)，少量部分被吹散至水室上層頂部等部位。

2）#12除氧器停運(yùn)檢修故障情況

旋膜管掉落2根，其中一根旋膜管齊著水室上蓋板焊接處呈圓形切面斷裂。水室上蓋板靠近北側(cè)約1/6面積塌陷，塌陷部分焊口開(kāi)裂，蓋板與原位置平面約呈40°角，塌陷部分下沉高度大約70 mm。填料層上的淋水孔板周邊有許多缺失螺栓，填料孔板無(wú)錯(cuò)位和翻起。

#11除氧器解體檢查故障類(lèi)似，但程度較輕。

綜合幾臺(tái)除氧器的故障特征：旋膜管開(kāi)焊掉落或斷裂；水室蓋板均出現(xiàn)不同程度的毀壞，水室上蓋板被沖裂開(kāi)；填料層淋水孔板（填料壓板）螺栓被吹松脫或淋水壓板被吹翻，Ω形填料填部分吹散。

2 故障原因分析

除氧器的工作原理是將生產(chǎn)運(yùn)行中產(chǎn)生的凝結(jié)水、高加疏水以及除鹽補(bǔ)水、鍋爐疏水等溫度較低的來(lái)水收集到水室中，通過(guò)均布的諸多旋膜管將混合水形成多層密布的水膜向下落，與進(jìn)入除氧頭下部的加熱蒸汽進(jìn)行逆向熱交換，從而在立體面上增加換熱面積加熱補(bǔ)水，除去水中的氧氣和不凝結(jié)空氣。析出的氧氣和空氣順著空氣排空管穿過(guò)水室進(jìn)入頂端排氧室，由排氧門(mén)排空；而被充分熱交換加熱后的除氧水膜則向下形成水滴落向淋水孔板，經(jīng)填料層滲入水箱。同時(shí)，進(jìn)入除氧器水箱的二次加熱蒸汽和再沸騰蒸汽系統(tǒng)再將水箱中除氧后的水進(jìn)一步加熱以排除殘余氧量，提高除氧水質(zhì)量。

2.1 除氧頭超溫原因分析

結(jié)合運(yùn)行中的故障現(xiàn)象以及停運(yùn)檢修設(shè)備狀況來(lái)看，造成除氧頭超溫原因?yàn)椋河捎谠摮跗鬟\(yùn)行中發(fā)生水室旋膜管和空氣排空管脫落，水室遭到破壞，使除氧頭內(nèi)水室與其他部分連通，造成混合水未能形成均勻的水膜與加熱蒸汽進(jìn)行換熱除氧，混合水匯集成水柱由孔洞瀉下，而加熱蒸汽可直接進(jìn)入水室或穿過(guò)水室直至除氧頭頂端，這樣會(huì)使水和蒸汽換熱極不充分，造成除氧頭超溫。

當(dāng)機(jī)組停運(yùn)切換操作時(shí)，除氧頭超溫現(xiàn)象更加明顯。2014年11月1日，#7機(jī)組停機(jī)操作時(shí)，運(yùn)行中的#10除氧器除氧頭溫度突然升高。調(diào)取DCS運(yùn)行過(guò)程中除氧器溫度變化曲線，見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，#10除氧頭溫度在2014年11月1日12:38突然升高，最高達(dá)195℃，已超出了工藝控制范圍。

圖1 #10除氧器除氧頭溫度變化

再調(diào)出同一時(shí)間段#7機(jī)的凝結(jié)水退出時(shí)的流量變化曲線進(jìn)行比對(duì)，見(jiàn)圖2。

圖2 #7機(jī)停機(jī)時(shí)凝結(jié)水退出時(shí)的流量變化

由圖1、2可知，由于#10除氧器的凝結(jié)水是由#7機(jī)來(lái)，當(dāng)#7機(jī)組停機(jī)時(shí)凝結(jié)水退出，隨后除氧頭溫度急劇上升。除氧頭溫度上升的時(shí)間點(diǎn)剛好與#7機(jī)停機(jī)凝結(jié)水退出的時(shí)間相吻合。這表明凝結(jié)水的退出對(duì)除氧頭溫度的升高有直接的影響，從而說(shuō)明運(yùn)行操作的不當(dāng)導(dǎo)致除氧頭溫度急劇變化也是除氧頭損壞的因素之一。

2.2 高加疏水的影響

高壓加熱器是指汽輪機(jī)利用蒸汽做功過(guò)程中的不同階段的抽汽來(lái)加熱給水從而提高入爐水溫度。加熱過(guò)程中的高加疏水排向除氧頭水室。由于高加疏水使用的是汽液兩相流疏水器，高加疏水的介質(zhì)形態(tài)為水和少量蒸汽混合的紊流狀態(tài)，溫度和壓力都比較高（溫度大約170℃，壓力0.8～1.0 MPa），且流量較大，較易產(chǎn)生流體沖擊力和管道振動(dòng)。

2.3 除氧頭水室破壞分析

在廠家原設(shè)計(jì)中，汽輪機(jī)組高加疏水來(lái)水直接接入除氧頭水室，夾帶部分蒸汽的溫度較高的高加疏水與同進(jìn)除氧頭水室的凝結(jié)水、除鹽補(bǔ)水等溫度較低的來(lái)水相混合，由于混合水汽的溫差較大，補(bǔ)進(jìn)同一容器內(nèi)時(shí)，很容易產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，即除氧頭有撞擊聲。

由于除氧頭內(nèi)部的水室并非壓力容器，凝結(jié)水、除鹽水、高加疏水等均匯入該水室，流量較大，壓力升高，水室內(nèi)承壓超限。

在運(yùn)行方面，根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行的負(fù)荷要求不斷調(diào)整（包括電負(fù)荷和熱負(fù)荷），以及操作工藝方面的不完善，造成除氧頭水室內(nèi)溫度和壓力不穩(wěn)甚至產(chǎn)生劇烈波動(dòng)。

在以上幾方面因素的綜合作用下，造成水室以及旋膜管、排氣管、水室管板等部件受熱沖擊和交變應(yīng)力沖擊，引起水室結(jié)構(gòu)部件破壞。

2.4 水室破壞使除氧效果進(jìn)一步惡化

由于旋膜管脫落以及水室的損壞，進(jìn)入水室內(nèi)的混合補(bǔ)水直接由管板開(kāi)裂處及旋膜管脫落破口噴瀉而下。由于水室壓力不能保持，也破壞了水室旋膜的形成。因此嚴(yán)重降低了水與加熱蒸汽之間的換熱，表現(xiàn)為加熱蒸汽直接進(jìn)入水室，除氧器頭部溫度升高。

由于關(guān)聯(lián)機(jī)組的停機(jī)，使進(jìn)入除氧頭內(nèi)的凝結(jié)水量突降，造成除氧頭溫度超限且波動(dòng)劇烈，水膜的形成進(jìn)一步遭到破壞，汽水換熱程度更加不充分，嚴(yán)重破壞了除氧頭的除氧功能。

另外，除氧填料層的壓板被吹起掀翻是由于填料壓板強(qiáng)度不足，導(dǎo)致螺栓逐漸松脫或斷落所致。填料的吹散，導(dǎo)致了填料層的減薄和不均勻，使淋水至該填料層的換熱和除氧滯留時(shí)間大大縮短，不利于除氧過(guò)程的完成。

經(jīng)調(diào)查，除氧器運(yùn)行工況符合設(shè)計(jì)要求，而3臺(tái)除氧器先后出現(xiàn)的故障狀況類(lèi)似，因此，除氧器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面或存在一定問(wèn)題，考慮對(duì)除氧器進(jìn)行技術(shù)改造。

3 故障處理及措施

經(jīng)過(guò)與生產(chǎn)廠家多次探討，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工藝參數(shù)，出具了技改變更圖，見(jiàn)圖3。

圖3 除氧頭高加疏水接管改造

如圖3所示，將除氧頭混合水室中的高加疏水來(lái)水接管從水室中移出，并垂直下移300 mm，接在水室下部淋水空間靠上部位，原位置加堵板焊牢，同時(shí)將高加疏水進(jìn)水管頭加裝穩(wěn)流孔罩，通過(guò)計(jì)算打孔位置、合理設(shè)計(jì)穩(wěn)流罩管的長(zhǎng)度，使高加疏水來(lái)水均勻散開(kāi)落下，與進(jìn)入除氧頭的加熱蒸汽進(jìn)行逆向有效熱交換。

4 改造效果

對(duì)#10、#11、#12三臺(tái)除氧器按方案分別進(jìn)行了改造，同時(shí)對(duì)除氧頭進(jìn)行了徹底檢修，將除氧頭內(nèi)損壞的水室、旋膜管、排空管等進(jìn)行恢復(fù)、加固、密封，補(bǔ)充填料層的填料，更換了填料層上部的淋水壓板高強(qiáng)度螺栓，并用〔10#槽鋼進(jìn)行了井字形加固，與筋板焊牢。另外，為消除運(yùn)行狀態(tài)變化時(shí)造成對(duì)除鹽水管的反流沖擊而引起的振動(dòng)，采取了在除鹽補(bǔ)水入口水平管道上加裝逆止閥等措施。

改造后，3臺(tái)除氧器均能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，除氧頭撞擊聲、管道振動(dòng)消失，各項(xiàng)參數(shù)運(yùn)行正常。通過(guò)連續(xù)化驗(yàn)檢測(cè)和跟蹤觀察，3臺(tái)除氧器除氧水含氧量指標(biāo)均小于7 μg/L。

5 結(jié)論

除氧器一定要設(shè)計(jì)合理、使用規(guī)范，維護(hù)得當(dāng)，這樣才能保證除氧器含氧量指標(biāo)合格。經(jīng)過(guò)對(duì)除氧器故障狀態(tài)的分析和逐臺(tái)改造，以及對(duì)投運(yùn)后的含氧量指標(biāo)化驗(yàn)結(jié)果的跟蹤監(jiān)測(cè)表明，該熱電廠對(duì)三臺(tái)除氧器的技術(shù)改造和檢修非常成功。除氧器能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，為該熱電廠安全生產(chǎn)運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。