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浅析除氧器振动原因及缓解措施
发表时间：2021/3/25
来源：《中国电业》2021年1期
作者：赵崇寅
[导读]
除氧器是重要热力设备，其运行是否正常将直接影响电力生产的安全性与经济性。
赵崇寅
大唐辽源发电厂
摘要：除氧器是重要热力设备，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。经过深入分析和试验，提出了有效的优化措施，有效缓解振动问题。
关键词：除氧器；振动
引言
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。
1除氧器介绍
1.1除氧器结构
除氧器由除氧头和水箱组成。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，在喷雾室布置喷雾头，在喷淋盘上配有用于分配给水和除氧的配水盘。喷雾头的作用是将来水雾化，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。给水通过喷雾头进入除氧器，喷雾头在内部水压的作用下开启，将凝结水以很细的雾滴喷出。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。除氧器水箱是一个带圆穹形封头的圆筒形碳钢压力容器，负荷变化时，其容量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，维持着饱和状态，机组负荷突降时，能够在一定程度上抑制内部压力的下降,除氧器还设有安全阀以防止超压。
1.2除氧器功能
我厂除氧器的主要作用是除去给水中的氧气及其他不凝结性气体，保证给水的品质，减少腐蚀，提高传热效率。同时，除氧器本身又是给水加热系统中的一个混合式加热器，起到加热给水，提高给水温度的作用。除氧器的工作原理是：一是物理除氧，即利用气体的平衡溶解度和气体转移动力学特性，分别利用享利定律和道尔顿分压定律进行除气。二是热力除氧，水中其他气体的溶解度随温度的升高而降低。
1.3除氧器压力控制原理
除氧器运行方式分为滑压运行和定压运行。定压运行时供除氧器的回热抽气压力高于除氧器的工作压力，并设置专门的压力调节阀来节流调整。若汽轮机负荷降低到该级抽汽不能满足除氧器定压运行要求时，需切换到高一级抽汽，停止原来的抽汽,这种运行方式可以使除氧效果和给水泵的安全运行都得到保证，但是这是以牺牲热经济性为代价的。我厂除氧器采用两种方式结合运行。除氧器压力太高导致除氧效果变差，压力低导致汽水共振，主给水泵入口可能压力低汽蚀损坏。除氧器顶压蒸汽的压力控制系统由2个压力控制器和3个压力控制阀以及压力变送器组成。其中，控制器1控制5%容量控制阀，控制器2控制2个50%容量蒸汽控制阀。机组低负荷启动时压力控制器控制除氧器的压力在设定值（173kPa）。当汽轮机负荷升高到75％-85％时，汽轮机抽气供应到除氧器并维持除氧器的压力。随着汽轮机抽气的供应，控制阀缓慢全关，操纵员再根据电厂总体控制程序调整除氧器压力控制器设定值（235kPa）。此次小修启动期间，主蒸汽还未投运，除氧器压力是利用主给水泵自循环加热给水维持除氧器压力。
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2除氧器振动危害
2.1?除氧器管线振动的危害
除氧器上部水管道是碳钢材质，虽然存在相当的强度以及韧性，不过，因为管道分布较长，自三号低压加热装置凝结水（94.7米标高）出口至除氧器除氧头（标高为125.25米），而且中途历经12个直角弯道，在振动到了一定程度，外共振的原因，管道所承受交变应力，造成金属管道损坏的要素，就会在管道焊连处等薄弱区域发生裂纹甚至整体断裂，致使除氧器无效。
2.2?除氧头振动危害
除氧头连接了喷雾头，振动致使喷雾头和冷凝水分配管道焊连处裂开，致使除氧器内的喷雾头掉落，产生水柱，导致蒸汽的快速冷凝，产生了水击，造成了振动，长时间振动会造成别的喷头掉落，致使振动严重，造成恶性循环。一样使用喷雾压力的方式除氧器的山西神头第二发电厂的500MW捷制K-500-165型四缸双背压凝汽式汽轮机组以前出现过除氧器内部的喷雾头掉落，因此，对除氧器振动一定要重视。
3除氧器本体振动原因
（1）除氧器内发生的汽锤。在除氧器加水前，除氧器内部是一个平稳的状态，汽水饱和情况，在冷凝水进到除氧器以后，除氧器内部温度快速降低，压力下降，就会使除氧水箱内的水快速汽化、沸腾。水汽反冲至除氧器，进到除氧器以后，直接冷却，不断反复。直至补水结束后，在回到另一个平衡点。（2）温差造成振动。除氧器冷凝水供水管挨近除氧器一侧温度高，距离除氧器远的温度低，会发生振动，振动声音大，主要是供水管道振动。（3）加热蒸汽配备不全，在除氧头产生水阻气情况。因为启动的时候，顶压蒸汽压力过低，无法达到在温度较低的供水加热到接近饱和温度的规定，下落时的水流中含有大量未凝结的气体。加热以后解析出的不凝结气体，产生层状气模，组织了蒸汽以及水的回流，致使蒸汽流动被阻，往蒸汽的入口处产生压力波。伴随蒸汽凝聚，压力渐渐加大，从而突破气模产生强烈的震荡波。这样不断地反复，致使除氧器发生剧烈振动。（4）高压加热装置和除氧器连接的排水管道内产生汽水两相流。机组运转时，高压加热装置到除氧疏水开关异常，管道支吊架不够，高压加热装置的水位以及堵管数量等，都会造成高压加热装置和除氧器连接的疏水管道中产生汽水两相流，造成管道振动。并且因为汽水两相流界面不稳定，在疏水处，气泡破损时候，极易造成振动。
4缓解措施
（1）低功率期间除氧器上水期间加强现场对除氧器的巡视，如果发生震动现象，立即暂停补水；（2）机组启动时避免过早投入主给水泵自循环导致除氧器温度过高，如果除氧器已经温度过高，那么在对其上水前，采取措施给除氧器降温减压，打开除氧气排气阀，排除一部分热量到大气或凝汽器（凝汽器真空投入的话）。（3）采用手动非常小流量连续的补水方式，避免除氧器温度迅速下降，确认无振动后再加大到下一个台阶，此次出现振动停止后采用通过手动缓慢每0.5%为一个输出台阶对除氧器进行补水，已证明此法可行。必要时先停运主给水泵，待除氧器降温降压后对除氧器补水。（4）机组停运检修时，重点对除氧器内部的喷雾头、挡汽板等易引起振动的焊接构件的焊缝连接处进行检查，必要时进行金相检查，有裂缝时及时挖补焊接。（5）针对可能的除氧器上水管道水锤导致振动原因，机组检修时，对除氧器每一个喷雾装置进行检查，防止上水管线不满水。（6）对上水管线的所有固定支架检查评估与改进，在此次振动幅度最大的地方进行加固。
结束语
除氧器运转是在一个复杂环境下，可靠性较低的换热装置，不过，是在电厂汽水循环之中必不可少的。除氧器振动是较为常见、多原因造成的情况，如果不进行管理，就会对除氧器工作能力有所损害，严重的会造成事故。所以运转的时候，要严格监控除氧装置的运转情况，出现振动，快速地进行处置。
参考文献
[1]邹正宇.CANDU-6核电厂系统与运行.常规岛系统高级课堂教材，北京：中国原子能出版社，2012:126-156页.
[2]臧希年.核电厂蒸汽动力转换系统，北京：原子能出版社，2010：166-177页.
[3]阮於珍，核电厂材料，出版地：北京：原子能出版社，2010：47-48页.
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