除氧器振動的原因分析及預防措施

史東旺

【摘 要】除氧器是常規島的重要熱力設備，其運行是否正常將直接影響電力生產的安全性與經濟性。我廠除氧器在機組啟動初期和機組停運過程中曾出現過多次劇烈振動現象，不僅會造成除氧器上水管線斷裂，也是除氧器水箱壁產生裂紋的原因之一。嚴重影響設備和機組的安全，針對這一現象進行了現場調查，分析除氧器振動的根本原因，并提出了有效的預防振動的措施，對電廠的實際運行和異常響應有很好的借鑒作用。

【關鍵字】除氧器;振動;水錘

中圖分類號： TM621 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）24-0040-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.020

0 概述

除氧器是蒸汽發電機組中重要的熱力設備，其運行是否正常將直接影響電廠生產的安全性與經濟性。但是除氧器在運行中存在諸多問題，如汽水振蕩、除氧器振動、自生沸騰等，其中尤以除氧器的過度振動最為常見，除氧器振動不僅使除氧器的運行存在安全隱患，降低其可靠性，而且導致其加熱投運時間長，滿足不了機組經濟、快速啟動的需要。因此，引起了電力行業人員的廣泛重視。針對我廠除氧器在機組啟動初期和機組停運過程中曾出現過數次劇烈振動現象，分析除氧器振動的根本原因，并提出了有效的預防振動的措施。

1 除氧器結構及參數

1.1 除氧頭

除氧頭是由堅固的鋼板焊接而成，在除氧頭內部的頂端有一個噴霧室，在中部有一個噴淋盤，在噴霧室有一些噴霧頭，在噴淋盤上配有用于分配給水和除氧的配水盤。

1.2 噴霧頭

噴霧頭在除氧頭內沿長度方向均勻布置。它的作用是將低壓加熱器來的冷凝水霧化，增加冷凝水與加熱蒸汽之間的接觸面積，強化換熱和除氧效果。凝結水通過噴霧頭進入除氧器，噴霧裝置由一疊不銹鋼盤組成，它們在內部水壓的作用下開啟，內部水壓將薄鋼片張開，并將凝結水以很細的霧滴噴出。在正常運行工況下，霧滴與加熱蒸汽逆向流動，充分接觸，對霧滴進行加熱和除氧，當霧滴層被加熱到飽和溫度時，能達到很好的除氧效果。

1.3 淋水盤

除氧器在噴霧層后再串聯一個淋水盤層，使水再分散成極薄的水膜減小表面張力，以完成深度除氧的任務。淋水盤是由不銹鋼板制成，淋水盤呈長長的、薄形結構，將給水分成薄的水膜，以利于完全除氧。

1.4 水箱

除氧器水箱是一個帶園穹形封頭的圓筒形碳鋼壓力容器，在負荷的變化，它的結構及容量選擇應能夠保證水位的變化迅速而平穩。水箱中的水由不斷進入的經過加熱和除氧的新的給水代替，因此始終維持著飽和狀態，在機組負荷突降時，能夠在一定程度上抑制內部壓力的下降。水箱上安裝有水位測量儀表。

1.5 安全閥

為了防止除氧器超壓，除氧器設有安全閥，安全閥的動作壓力一般為除氧器最高工作壓力的110%，當汽輪機在滿負荷情況下突然跳閘，而反應堆繼續運行時，可能會出現超壓的情況。

1.6 參數

2 除氧器工作原理

來自低壓加熱器的冷凝水進入除氧頭上部的噴霧層，經過噴霧頭后的冷凝水表面積增大很多，這些霧化后的小水滴以高速與加熱蒸汽接觸，迅速被加熱到除氧器壓力下的飽和狀態，給水中的不凝結性氣體集聚到水滴表面，噴霧層可以將給水中的大部分氧除去，被霧化的冷凝水通過噴霧層，降落到下部的配水盤上，冷凝水通過配水盤的V型凹槽均勻分散開來，并沿齒型邊緣流出，依次落入下面交替放置的環形和圓形淋水盤，進一步除氧，經過兩次除氧的給水落入除氧頭下部的水箱。

加熱蒸汽從蒸汽入口進入除氧器，隨后進入淋水盤層，向上流動，帶著從給水中逸出的不凝結氣體一起向上流動，在流動過程中，通過各層淋水盤時，與通過淋水盤小孔的水膜換熱。在通過配水盤后，蒸汽進入噴霧層，繼續與霧化的給水換熱，此時，大部分蒸汽都已凝結為水滴，與給水混合在一起落下。不凝結氣體通過除氧頭頂部的排氣管排出，從而完成除氧過程。

3 除氧器的壓力控制

主蒸汽集管通過兩個50%容量的壓力控制閥64333-PCV4111/4112和一個5%容量的壓力控制閥64333-PCV4113將除氧器頂壓蒸汽壓力控制在設定值。這三個壓力控制閥由主控室有兩個壓力控制器64333-PC4111/PC4113控制，有自動控制和手動控制2種模式，在自動模式時，壓力控制器自動調節控制閥的開度以維持除氧器頂壓蒸汽壓力在設定值。當控制器自動控制出現異常時，需要對除氧器頂壓蒸汽壓力手動進行控制。操縱員將壓力控制器切換到手動模式，手動調節控制器的輸出信號來控制閥門的開度以維持除氧器頂壓蒸汽壓力。

除氧器頂壓蒸汽壓力投運過程：真空建立后除氧器排氣切至凝汽器—>主系統升溫至150攝氏度后手動打開電動隔離閥4333-MV4104，向除氧器供應主蒸汽，控制器64333-PC4113緩慢打開5%容量控制閥4333-PCV4113直到全開，然后通過壓力控制器64333-PC4111緩慢打開2個50%容量控制閥64333-PCV4111/4112，控制除氧器的壓力在設定值173kPa，將控制器置于自動—>汽輪機負荷升至15%后打開除氧器抽汽閥64311-HS4105—>78%后汽輪機抽汽供應到除氧器并維持除氧器的壓力，隨著汽輪機抽汽的供應，控制閥64333-PCV4111/4112/4113緩慢全關—>100%滿功率后將PC4111的設定值設為DA壓力（AI0754-25kPa）。

當汽輪機負荷降低到75%以下時，由于汽輪機抽汽壓力降低而不足以維持除氧器的壓力在設定值，控制閥64333-PCV4111/4112/4113逐漸打開以維持除氧器的壓力在設定值。

當汽輪機事故保護停機時，沒有汽輪機抽汽供應到除氧器，控制閥64333-PCV4111/4112/4113逐漸打開以維持除氧器的壓力在設定值。

4 除氧器振動情況

2014年6月1#機組在安排小修過程中，除氧器在機組啟動初期和機組停運時都出現過多次放炮似的連續間隔振動，整個管道從94.7m至除氧頭補水管線處都在振顫。振動聲音之響，就連主控室人員都能感受到。振動造成了除氧器上水管線擺動和保溫層脫落（見圖2），同時也可能造成除氧器結構部件損壞，如噴霧頭的脫落、除氧盤的變形（見圖3）、水箱壁的裂紋等。

5 除氧器振動原因

機組在功率運行時，由于除氧器的上水流量、抽氣壓力和溫度較為穩定，很少發生除氧器振動的情況。但在變工況的情況下，如機組的啟停過程中，除氧器產生振動的概率較大。根據機組啟動時運行參數（見圖4），對除氧器產生振動的原因進行分析。

機組啟動前，除氧器水位為手動控制，上水流量為零。機組啟動后，根據GOP-002，在機組準備升溫升壓前，需要啟動一臺主給水泵，主給水泵啟動后走再循環，除氧器內的水溫將以4℃/小時進行升溫，約12小時水溫從90℃上升至140℃，除氧器內的壓力從0kPa上升至300kPa，高于正常啟動時173KPA壓力要求，隨著給蒸發器上水和除氧器內產生的蒸汽排放，除氧器水位緩慢下降，在給除氧器手動上水過程中，除氧器和上水管線發生了劇烈的振動。

原因分析：

（1）除氧器內產生的汽錘。在除氧器上水前，除氧器內部是一個穩態，汽水飽和狀態，當較冷的凝結水進入除氧器后，除氧器內溫度迅速下降，壓力降低，則除氧水箱內的水會劇烈汽化，沸騰。水汽反沖到除氧器，進入除氧器后，又被冷卻，一直反復。直到補水停止后一段時間，再恢復到另一個平衡點。

（2）溫差導致的振動。除氧器凝結水上水管靠近除氧器的一端溫度高，遠離除氧器一端的溫度低，會產生振動，振動聲音較大，主要是上水管線振動。

（3）加熱蒸汽配入不足，在除氧頭形成水阻氣現象。由于啟動階段，頂壓蒸汽壓力不足，不能滿足將溫度較低的給水加熱至或接近飽和溫度的要求，下落過程中的水流中含有大量的不凝結氣體。加熱后析出的不凝結氣體，形成層層氣模，阻礙了蒸汽和水的逆流，導致蒸汽流動受阻，向蒸汽的入口方向產生壓力波。隨著蒸汽的集聚，壓力逐漸增大，從而沖破氣模形成劇烈的膨脹波。如此的交替往復，使除氧器產生劇烈的振動。

（4）除氧器噴霧頭的損壞，在上水管線形成水錘。從由于長時間未對除氧器進行上水，靠近除氧頭頂部一段水平上水管線的水就會破損的噴霧頭流出，造成該段管線不滿水，當手動對除氧器上水時，在除氧器入口管線處形成水錘，造成上水管線的振動。

（5）隨著除氧器的升溫，靠著除氧頭的上水管線被加熱，液體沸騰也能夠產生氣泡，當給除氧器上水時，壓力升高，氣泡將潰滅或體積迅速減小，產生壓力沖擊，出現振動或噪聲。

（6）加熱蒸汽管線產生的振動。加熱蒸汽管線投運時暖管不充分，管道中的疏水來不及排出，引起的水錘現象。

（7）給水管線產生的振動。反應堆提升功率后，除氧器頂壓蒸汽未及時投入或壓力控制閥控制異常，大量的凝結水進入除氧器導致除氧器壓力急劇下降，除氧器和給水管線的水沸騰汽化，造成管線的振動，同時主給水泵的凈正吸入壓頭的下降有氣蝕的風險。

（8）高壓加熱器與除氧器相連的疏水管路中形成汽水兩相流。機組運行過程中，高壓加熱器到除氧器疏水閥開關不靈活，管道支吊架不夠，高加水位及高加堵管數量等，均會引起高加與除氧器相連的疏水管路中形成汽水兩相流，引起管道的劇烈振動。同時由于汽水兩相界面的不穩定性，在疏水出口，氣泡破裂時，容易引發振動。

6 除氧器振動的預防措施

總結以上引發振動的諸多原因，提出以下防振的原則：

（1）盡量避免大溫差的水在除氧器內大量摻混。

（2）盡量避免與除氧器連通管道內形成汽水兩相流。

（3）盡量減少單個除氧器的負荷波動幅度和頻率。

（4）保持蒸汽，疏水，補水管道的暢通，工質連續穩定的通入和輸出。

（5）除氧器內汽水溫度的變化應連續、穩定、均勻，合理選擇汽水的引入方式和位置。

（6）增加管系結構的阻尼：該方案是通過提高管系剛度， 改變結構的固有頻率，有效地防止管系結構發生共振破壞的可取方案。一般選擇在管系中的懸空彎頭處和振擺嚴重的管段處，根據實際振擺受力方向。結合周邊環境許可條件，安裝適當的阻尼器，以提高管系剛度。

根據以上防振原則和機組的實際運行情況，提出解決解決除氧器振動方案機組啟停過程中的注意事項：

（1）機組停運后，當蒸發器壓力降到200Kpa時，應對除氧器頂壓蒸汽進行隔離，停運電加熱器和將除氧器上水切換至手動，采用手動小流量連續的補水方式。

（2）機組啟動后，不應過早投運除氧器電加熱器和啟動主給水泵對除氧器進行升溫，因為升溫后會造成除氧器壓力緩慢上升，有可能造成除氧器超壓，同時除氧器壓力越高，當給除氧器上水時，除氧器振動越劇烈。

（3）除氧器升溫過程中，如果除氧器排氣至凝汽器，可將排氣切至大氣，減緩除氧器的壓力上升。

（4）為減小除氧器由于長時間無上水的情況下，靠著除氧頭的上水管線溫度隨著除氧器的升溫逐漸升高，可間斷性給除氧器少量上水，減小上下游管線的溫差。

（5）針對靠近除氧器頂部的上水管線可能存在的氣體，可以通到打開排氣閥4321-V4893排除集聚在管線中的氣體。

（6）當除氧器的保壓蒸汽壓力控制器在手動控制時，若減小D/A的凝結水上水流量時（特別是大幅度減少時），應先（或同時）適當關小保壓蒸汽的壓力控制閥，以免D/A超壓而導致其安全閥起座。同樣，在加大D/A上水流量時，應隨之適當開大保壓蒸汽的壓力控制閥，以免D/A水溫大幅度下降。

（7）在主系統升溫至150℃后，在準備提升反應堆功率前，應投運除氧器頂壓蒸汽，當主蒸汽系統壓力已大于173kPa時，越早投入保壓蒸汽越有利。

7 總結

論文針對實際運行過程中除氧器出現的振動進行了原因分析并提出了相應的對策，對現場運行工作具有一定的現實意義。由于本人水平有限，文中難免出現一些錯誤和不妥之處，敬請指正。

【參考文獻】

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