電廠除氧器含氧量超標問題的處理

紀烈鵬

（中國石化天津分公司熱電部，天津 300271）

火力發電廠入爐給水的含氧量符合規定指標要求是保證鍋爐設備不發生氧化腐蝕，從而安全穩定運行的重要條件，除氧器能否正常運行成為關鍵。最近一年來，某熱電廠三期高壓除氧器均不同程度出現了除氧效果不太理想的狀況，含氧量指標嚴重超標，威脅生產安全運行。

1 除氧器故障現象

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，總共安裝有3臺，編號分別為#10、#11、#12。除氧器結構為壓力旋膜式，設計壓力為0.88 MPa、溫度350℃，工作容積為20.6 m3，運行時最高壓力為0.65 MPa。

1.2 故障現象

3臺除氧器安裝運行幾年來，均出現了一些運行異常和設備故障。

1）含氧量嚴重超標

運行1年以后，3臺高壓除氧器分別出現了除氧水水質化驗不合格現象，含氧量平均為68 μg/L、50 μg/L、35 μg/L，#10除氧器最高時含氧量達100 μg/L，遠高于合格標準，而且#10除氧器除氧效果最差。

2）運行中出現振動和異音

個別除氧器在運行中除氧頭內部時有撞擊聲響。除氧頭與高加疏水管道、除鹽補水管道的連接管段出現振動；頂部人孔及側面人孔有泄漏。

3）除氧頭溫度升高

與最初投運調試時數據相比，除氧頭溫度經常出現不同程度地攀升現象，最高時達195℃，已超工藝要求的上限，無法保障除氧器長期安全運行。

1.3 除氧器檢修

除氧器發生故障后，陸續進行了下線檢修，#10除氧器除氧效果最差，首先進行了檢修。

1）#10除氧器停運檢修情況

#10除氧器除氧頭內部旋膜管脫落3根，其中2根完全掉下來，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，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，少量部分被吹散至水室上層頂部等部位。

2）#12除氧器停運檢修故障情況

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約1/6面積塌陷，塌陷部分焊口開裂，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，填料孔板無錯位和翻起。

#11除氧器解體檢查故障類似，但程度較輕。

綜合幾臺除氧器的故障特征：旋膜管開焊掉落或斷裂；水室蓋板均出現不同程度的毀壞，水室上蓋板被沖裂開；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運行中產生的凝結水、高加疏水以及除鹽補水、鍋爐疏水等溫度較低的來水收集到水室中，通過均布的諸多旋膜管將混合水形成多層密布的水膜向下落，與進入除氧頭下部的加熱蒸汽進行逆向熱交換，從而在立體面上增加換熱面積加熱補水，除去水中的氧氣和不凝結空氣。析出的氧氣和空氣順著空氣排空管穿過水室進入頂端排氧室，由排氧門排空；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，經填料層滲入水箱。同時，進入除氧器水箱的二次加熱蒸汽和再沸騰蒸汽系統再將水箱中除氧后的水進一步加熱以排除殘余氧量，提高除氧水質量。

2.1 除氧頭超溫原因分析

結合運行中的故障現象以及停運檢修設備狀況來看，造成除氧頭超溫原因為：由于該除氧器運行中發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入水室或穿過水室直至除氧頭頂端，這樣會使水和蒸汽換熱極不充分，造成除氧頭超溫。

當機組停運切換操作時，除氧頭超溫現象更加明顯。2014年11月1日，#7機組停機操作時，運行中的#10除氧器除氧頭溫度突然升高。調取DCS運行過程中除氧器溫度變化曲線，見圖1。由圖1可見，#10除氧頭溫度在2014年11月1日12:38突然升高，最高達195℃，已超出了工藝控制范圍。

圖1 #10除氧器除氧頭溫度變化

再調出同一時間段#7機的凝結水退出時的流量變化曲線進行比對，見圖2。

圖2 #7機停機時凝結水退出時的流量變化

由圖1、2可知，由于#10除氧器的凝結水是由#7機來，當#7機組停機時凝結水退出，隨后除氧頭溫度急劇上升。除氧頭溫度上升的時間點剛好與#7機停機凝結水退出的時間相吻合。這表明凝結水的退出對除氧頭溫度的升高有直接的影響，從而說明運行操作的不當導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利用蒸汽做功過程中的不同階段的抽汽來加熱給水從而提高入爐水溫度。加熱過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，高加疏水的介質形態為水和少量蒸汽混合的紊流狀態，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，較易產生流體沖擊力和管道振動。

2.3 除氧頭水室破壞分析

在廠家原設計中，汽輪機組高加疏水來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除氧頭水室的凝結水、除鹽補水等溫度較低的來水相混合，由于混合水汽的溫差較大，補進同一容器內時，很容易產生水錘現象，即除氧頭有撞擊聲。

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

在運行方面，根據生產運行的負荷要求不斷調整（包括電負荷和熱負荷），以及操作工藝方面的不完善，造成除氧頭水室內溫度和壓力不穩甚至產生劇烈波動。

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力沖擊，引起水室結構部件破壞。

2.4 水室破壞使除氧效果進一步惡化

由于旋膜管脫落以及水室的損壞，進入水室內的混合補水直接由管板開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。因此嚴重降低了水與加熱蒸汽之間的換熱，表現為加熱蒸汽直接進入水室，除氧器頭部溫度升高。

由于關聯機組的停機，使進入除氧頭內的凝結水量突降，造成除氧頭溫度超限且波動劇烈，水膜的形成進一步遭到破壞，汽水換熱程度更加不充分，嚴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度不足，導致螺栓逐漸松脫或斷落所致。填料的吹散，導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間大大縮短，不利于除氧過程的完成。

經調查，除氧器運行工況符合設計要求，而3臺除氧器先后出現的故障狀況類似，因此，除氧器在結構設計方面或存在一定問題，考慮對除氧器進行技術改造。

3 故障處理及措施

經過與生產廠家多次探討，根據實際運行工藝參數，出具了技改變更圖，見圖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，同時將高加疏水進水管頭加裝穩流孔罩，通過計算打孔位置、合理設計穩流罩管的長度，使高加疏水來水均勻散開落下，與進入除氧頭的加熱蒸汽進行逆向有效熱交換。

4 改造效果

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

改造后，3臺除氧器均能保持長期穩定運行，除氧頭撞擊聲、管道振動消失，各項參數運行正常。通過連續化驗檢測和跟蹤觀察，3臺除氧器除氧水含氧量指標均小于7 μg/L。

5 結論

除氧器一定要設計合理、使用規范，維護得當，這樣才能保證除氧器含氧量指標合格。經過對除氧器故障狀態的分析和逐臺改造，以及對投運后的含氧量指標化驗結果的跟蹤監測表明，該熱電廠對三臺除氧器的技術改造和檢修非常成功。除氧器能夠長期穩定運行，為該熱電廠安全生產運行奠定了良好的基礎。