大小修期間除氧器上水引發振動的原因及應對策略

酈煜

【摘 要】本文通過對我廠大小修期間多次發生除氧器上水引發振動的事件進行分析研究，闡述了除氧器振動的原因，重點給出了不同工況下的應對策略，另外也在設備的改進和振動過后的處理上給出了建議。

【關鍵詞】除氧器振動;引發振動的原因;應對策略

中圖分類號： TM619 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）05-0144-002

1 概述

1.1 原理

除氧器的基本功能是將給水中的不凝結性氣體除去，以保護蒸汽發生器、給水泵、管道以及其他設備，避免給水中的氧對這些設備的腐蝕，同時除氧器也是1級混合式加熱器，能夠提高給水溫度，另外除氧器也可以作為儲水箱，維持電廠中給水平衡。

1.2 結構

在正常液位時，水箱的容量為338m3，我廠除氧器為直接接觸水平盤型，除氧器由除氧頭和水箱組成。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。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。為了防止除氧器超壓，除氧器都設有安全閥，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。

1.3 我廠除氧器振動的歷史和現狀

大小修期間給除氧器上水而造成除氧器振動的情況從機組商運開始到現在一直時有發生，對我們電廠設備和人員有潛在的嚴重的威脅。早在2004年就有停機期間除氧器上水管道振動大的現象并有系統瞬態分析報告單;2011年機組處于小修期間，在除氧器上水后發生除氧器上水管道振動;最近一次2014年機組處于小修期間達臨界往上走過程中，在除氧器上水時都發生過除氧器上水管道振動;另據值長反饋，我們機組這些年在大小修期間不時都會發生除氧器的振動，程度輕重，持續時間長短有所不同而已。

從歷史的經驗和數據來看，我們機組很多次除氧器振動都是給除氧器上水導致的，除氧器上水因低功率下除氧器控制器無法在自動模式較好控制除氧器液位，所以按規程要求在15%FP以下都采用手動控制給除氧器上水。本文將就大小修期間除氧器上水引發振動的原因展開分析，并探討減輕振動的應對措施。

2 大小修期間除氧器上水引發振動的原因

（1）機組停運后，凝結水補水不是連續補水，在除氧器補水前，除氧器內部是一個穩態，汽水飽和，當大量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。因抽汽電動閥離除氧頭有幾十米距離，主要振動區域在除氧器抽汽管道上。

（2）除氧器上水的逆止閥也距除氧頭有幾十米的距離，補水后這段管道是低溫的，除氧頭上部壓力是200KPa以上，溫度是超過140度的蒸汽，查焓熵圖其比容約為0.6m3/kg，這些蒸汽遇冷水急劇降溫凝結，凝結成0.001m3/kg的水滴，比容相差600倍，汽團凝結成水后突然形成局部真空，周圍壓力蒸汽填充因凝結而形成的真空空間，形成巨大的沖擊，如此反復的凝結與沖擊。這個過程造成了連續的振動，這種聲音與振動在主控室都能清晰地感覺到，這種沖擊據計算力量可達數十噸。主要振動區域在除氧器上水的逆止閥后的管道。

（3）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，因除氧器溫度高對除氧器相聯的上水管道進行加熱，由于管道本身冷熱不均，再進行加熱時，管道冷熱不均加劇，引起管道振動。這當然主要也在是補水管線振動。

（4）機組也不止一次出現除氧器液位高隔離的事件而引發振動，由于設備故障或備用液位控制閥意外投運。這兩類事件的特點均為有大量的冷水進入到除氧器中，除氧器無法維持在正常壓力。這種情況下從頂部進入到除氧器的凝結水無法被加熱到正常的飽和溫度，所以在除氧器水面附近還存在劇烈的熱交換，從而在除氧器水面和除氧器頂部實際上的壓力并不一樣（除氧器頂部的壓力要高于水面壓力），這導致了測量的液位比實際液位要低。而測得液位低又會導致除氧器上水閥進一步開大，更多的冷水進入到除氧器后，除氧器實際液位進一步升高，實際液位已接近除氧器的頂部（越接近頂部區域，除氧器水汽分界面越小，換熱越小，從而頂部和液面的壓差越小），這時液位測量開始反映除氧器的真實液位，一般在這時液位已經超過極高值，上水電動閥開始關閉。

3 除氧器振動的應對策略

3.1 廣播撤離

對于出現這種劇烈振動的情況，主控室能夠明顯地感覺到，應該先廣播除氧器區域振動，汽輪機廠房人員撤離。

3.2 大修時策略

對于除氧器上水振動，最好的方法就是降低除氧器的水溫。大修的專用規程中一般都要求停機后，凝結水給水走大循環，將除氧器水溫降到60攝氏度以下的要求[1]。把除氧器的溫度降下來，最快速的方法就是停運電加熱器，系統走大循環，循環路線為：凝汽器——凝泵——低加——除氧器——給水泵——高加——大旁路——凝汽器。機組啟動階段先建立對除氧器上水后再投入加熱器及啟動一臺主給水泵對除氧器升溫，緊接著對主系統升溫升壓。我們要避免因各種原因先啟動主給水泵對除氧器升溫，導致后續上水時可能引起振動。

3.3 小修時策略

3.3.1 與大修時的區別

對于小修，出于經濟考慮，我們多數時候不會那么做，尤其在主要是一回路設備故障導致的小修。因為在單臺主給水泵運行時，除氧器的升溫速率為4度每小時，可能會延緩小修啟動的進度。同樣過早啟動主給水泵是不合適的，這次小修沒有意識到過早啟動主給水泵對除氧器升溫的影響，加劇了后續上水過程中產生的強烈的振動。

3.3.2 小流量連續補水

在這種小修模式下，我們應該采取停運電加熱器，采用手動小流量連續的補水方式，實踐證明一邊緩慢上水，一邊緩慢出水，使除氧器的水流動起來，達到動態平衡時能有效防止振動。盡管規程在通過主凝泵給除氧器上水中增加注釋在小修期間除氧器溫度高于60攝氏度時應盡量減小上水流量的方式避免管道振動，但并沒能有效地幫助運行人員來避免除氧器上水時的振動。首先每個人的理解不一樣，到底多小的上水流量為小，每個人的答案都不相同，而且目前凝結水上水流量在除氧器控制器手動輸出到8%之前是沒有讀數的（這是由于上水流量取自的變送器有測量信號偏低的缺陷和低流量時本身測量不準造成的）。如果看著上水流量進行調節，在初期上水階段開到8%以上，那顯然是太大了，一定會引起振動。所以不應該看著流量進行調節，而是根據控制器的輸出，以0.5%為一個臺階，在觀察無振動后再緩慢開大，上水盡可能地慢，管道中的水少蒸汽遇冷凝結也少，進入除氧器的水少，對除氧器壓力和溫度的變化也小。

3.3.3 建立除氧器連續出水的方案

但無論從振動產生的原理還是實際的運行經驗分析，起初上水時流量再小可能還是會引起振動，最好的方式是先給除氧器建立一個小流量的出水，然后再進行緩慢補水操作，建立小流量連續補水。而在小修期間，就算是啟堆初期，蒸發器不怎么需要上水，怎么建立除氧器的連續出水呢？

方案一：通過投運蒸發器排污，控制流量來達到，但需要關注蒸發器壓力以及排污箱的壓力。尤其在低功率下投運蒸發器排污，需要密切關注蒸發器壓力，如果蒸發器壓力不能控制在設定值，則需要適當降低蒸發器排污流量。現場要對排污箱的液位和壓力進行監視，防止排水不暢導致液位過高，進而將排污箱上部的壓力釋放閥頂開。當排水不暢時可手動打開排污箱本體疏水閥進行疏水，控制疏水量和關注地漏承受能力。

方案二：通過現場打開一個除氧器水箱本體的疏水閥，建立一個恒定的出水，要密切關注地漏的承受能力，防止廠房跑水。出水流量只能在現場控制，不如蒸發器排污可在主控直接調節來的更高效，個人認為方案一更好。

3.4 設備的改進建議

從設備的改進上：在除氧器上水的逆止閥下游，在緊貼除氧頭處，加裝一U型水封，這樣補水時只有很短的的空管子空間，振動能量將大為減少，另外，U型水封還可以吸收來自管道的冷熱膨脹，有效減輕由于溫差引起的振動。查詢資料很多火電廠的除氧器有這樣的設置，能較好地達到減輕除氧器振動的目的。[2]

3.5 振動后的后續檢查

如果除氧器發生了振動，振動過后后續的檢查也很重要，應立即對除氧器相關系統進行全面的檢查。在下一次的除氧器檢修時，應特別注意檢查除氧頭和水箱面板及焊縫處是否有開裂、腐蝕等現象;檢查噴霧頭是否有損壞、是否有異物進入堵塞、彈簧組的銷釘是否牢固;檢查淋水盤工作是否正常，各焊接點是否有損壞。因為一旦有異物脫落進入系統，可能比汽水振蕩對我們機組的危害更大。特別注意檢查安全閥工作是否正常，閥座是否有開列，安全閥的故障打開或泄漏，將使一切控制都無從談起。

4 結語

大小修期間除氧器上水引發的振動危害不容小覷，作為運行人員應該盡自己最大的能力去避免這種情況的發生。在給除氧器上水的運行手冊上，應該部分加入本文應對策略中提到的注意事項和解決方案，以便引起操作者足夠的重視。我們要加強學習，理解除氧器振動發生的原因，了解應對除氧器振動的方法，使在不同工況下都能很好避免除氧器上水引發的振動，為機組保駕護航。

【參考文獻】

[1]鄒正宇，CANDU-6核電廠系統與運行[M]，原子能出版院2010.

[2]羅存存，除氧器補水管道振動分析及處理，西北電力技術4/2002.