旋膜式除氧器（老式大气式除氧器）分析安装及运行过程中出现问题

旋膜式除氧器（老式大气式除氧器）分析安装及运行过程中出现问题

旋膜式除氧器（老式大气式旋膜式除氧器）分析安装及运行过程中出现问题。主要分析了某大气式自旋膜式除氧器在安装及运行过程中出现的问题，给出解决方案，并针对现场运行出现的问题提出优化改进及设计意见。
某厂2010初投产了一台大气式立式自除氧设备，型号为DMC166/40,旋膜式除氧器外径1820mm,总高4194mm。工作压力为0.02MPa,热源为高温高压热水，压力在3.18～3.21MPa,温度～169℃,设计流量为67.01t/h。该旋膜式除氧器与一台直径为2800mm,有效容积为40m3的卧式水箱直接焊接连接。
1运行出现的问题
该旋膜式除氧器运行期间由于热源不稳定及达不到设计要求，因此除氧效果一直不佳。在2011年下半年该公司进行了自行改造，投入一股加热蒸汽，改造后旋膜式除氧器温度升至99～100℃时，旋膜式除氧器压力非常不稳定，超过30kPa排气孔就出喷水现象，含氧量忽高忽低，在20～400ppb之间波动。
现场具体情况如下
(1)当旋膜式除氧器运行工况温度95℃,压力0.01MPa(g)时，旋膜式除氧器无明显振动；但此时旋膜式除氧器出水含氧量为0.4～0.7mg/L,远超按技术协议要求的0.05mg/L;
(2)旋膜式除氧器温度达到98℃时，旋膜式除氧器出现明显振动，当炉窑换火时，旋膜式除氧器内温度至98℃时振动强烈；(旋膜式除氧器上部排汽阀处于开启位置);
(3)旋膜式除氧器内部温度及压力均未能建立，温度无法超过98℃,压力无法超过0.01MPa(g),如果继续提高压力，溢流口开始喷水。现场调试时，通过分析发现旋膜式除氧器出现问题的焦点是上述提到的管路振动、压力温度未能建立以及含氧量不合格等问题。但同时发现旋膜式除氧器设备改造后出现如下问题
(1)旋膜式除氧器电动排汽门处于全开状态，且排汽节流孔板被截止阀代替，压力自动调节装置及水位自动调节装置并未投用；
(2)辅助加热蒸汽入口及二次热源水入口4被封死；#1、#2、#3、#锅炉热水均为一次热源，且进口温度均未达到设计参数。见表1。
表1旋膜式除氧器进口设计参数与实际进口参数对比
旋膜式除氧器进口设计参数实际运行进口参数高温高压热水量t/h 热水温度/℃ 热水压力/MPa(g) 热水温度℃
1#锅炉201693.21106
2#锅炉18.213.2106
3#锅炉16.811663.18134
4#锅炉11.991693.18137
(3)热水入口电动调节阀离旋膜式除氧器入口管距离较远；造成管内汽水两相。
(4)超压泄压口以φ108管子代替φ273管子；
(5)压力表显示温度为98℃,并未出现明显振动，只有#3、#4锅炉热水进口管在轻微颤动。
(6)现场在上述工况下运行时，出水含氧量为300～400ppb,远超规定的50PPb的要求。
(7)投入加热蒸汽未设置任何调节装置，压力不稳定。
2问题分析
(1)旋膜式除氧器排汽阀的开度应严格控制，为了有效的除氧，必须将水中分离出来的气体，经排气阀及时排出，阀门开度大小对溶解氧是有影响的，阀门开度小，不利于气体排出，开度，汽、水损失和热量损失大，因此，两者一定要兼顾。对于热源不能调节情况，旋膜式除氧器内部压力的稳定需要通过电动排汽阀门来调节，排汽阀处于旋膜式除氧器顶部，压力讯号从除氧头取得。正常情况允许压力稳定在0.02±0.02MPa的范围内。因此压力控制与调节一定要投入自动，这样，器内压力和温度能都及时匹配，不至于超压或压力在大范围内波动。由于该旋膜式除氧器电动排汽门处于全开状态，导致大量蒸汽损耗，压力自动调节装置并未投用，因此，器内压力温度不能正常建立。
(2)对于填料式旋膜式除氧器，合理分配一、二次汽是除氧的关键。设备二次热水入口4是作为二次加热蒸汽使用，辅助加热蒸汽入口作为辅助热源入口使用。该旋膜式除氧器运行情况表明其正常热源温度不达标，见表2。因此，应该投入辅助加热蒸汽或调节二次热水入口4增加热量，而现场安装时却把此二者都封死了，无法实现该功能。
由于除氧设备距热源较远，锅炉热水从出口到旋膜式除氧器入口，大部分热量都散失掉了，从表1可以看出，实际旋膜式除氧器入口热源温度远远未达到设计参数，这样如果要达到同样的除氧效果，就必须增大热源流量或降低设备出力。实际运行增加了一次热源流量，导致#3、#4锅炉热水进口管段流
量过大，流速过高，从而引起管路轻微振动。
(3)热水管道入口处电动调节阀距离旋膜式除氧器热水入口较远。因此，经过电动调节阀的节流降压作用，阀后压力降低，导致部分热水闪蒸，造成了热水入口管内汽水两相，流速很高，加上流量过大，管道有轻微振动。旋膜式除氧器蒸汽入口采用的是固定式喷嘴，高速两相流介质经过喷嘴以百米以上流速喷出，打在设备壳体上，发出噼噼啪啪的响声。此种情况若长期运行，会导致设备的严重冲蚀。
(4)超压泄压口以φ108管子代替φ273管子；由于大气式旋膜式除氧器的压力约为0.02MPa,属于常压容器，不属于压力容器，不受《固定式压力容器安全技术监察规程》的限制，且一般安全阀的起跳压力在0.1MPa以上，安全阀的灵敏度很难达到要求，所以，大气式旋膜式除氧器采用的是水封装置。其作用相当于溢流及泄压。
水封装置是经过计算能安全排放的。而实际工程现场将φ273的管子擅自改为φ108,并且绕了很多弯道才排放到疏水箱，因此，其溢流泄压能力将大大减弱，一旦超压，而不能及时排放，将会造成严重后果。实际运行时，经常有水从此管排出是由于旋膜式除氧器热源极不稳定，该厂自行改造后投入一股加热蒸汽，该蒸汽未装设任何调节装置，且设备未投入压力自动调节。因此，压力波动范围较大。超过了30kPa后，溢流泄压管路就会排水。对于水封装置而言，压力允许波动范围在±0.02MPa,且排放在大气空间，该厂自行改造后，将此管路由φ273改为φ108管子，加设多个弯头后排进疏水箱。运行时，由于疏水箱运行压力及管道阻力损失造成设备压力实际波动范围减小，因此，设备超过30kPa后，该水封就会排水。同时，由于排水后，运行人员不及时对水封装置进行补水，导致水封高度减少，实际压力波动范围更小，因此，经常会破水封。
3解决方案
针对以上分析，对该旋膜式除氧器进行了如下调整
(1)关闭电动排汽调节阀PN1.6;DN200,打开排汽截止阀，PN1.6;DN25,减少对空排放量；但自动调节功能短时间内无法实现。
(2)提高#3、#4锅炉热水进口流量，关闭蒸汽管路阀门，使旋膜式除氧器温度升高；
(3)校核压力变送器，用电子压力器监视设备压力。
在上述调试过程中，#3、#4管路流量分别达到了35.67t/h、30t/h,温度分别为136.6、137.7℃。流量超过了设计流量的2～3倍，管道振动较明显。旋膜式除氧器无振动，但是内部有噼噼啪啪的响声。经过一段时间运行后，旋膜式除氧器远传温度显示达到101.37℃,出水含氧量从调试前几百ppb迅速下降到9.5ppb,出水含氧量符合运行要求。旋膜式除氧器压力显示在16～30kPa之间，在设计范围内波动，水封无喷水，只是有少量的水流出，这是由于压力波动造成的。由于此设备并未投运压力自动调节装置和水位自动调节装置，压力变化幅度和频率都比较高，有少量水从泄压口流出属于正常情况。
此时由于#3、#4锅炉热水进口给水泵在45Hz下运行，导致给水泵电机轴承温度达到由55℃上升到了69℃。运行人员担心电机长时间高温下运行会出现问题，因此，在运行了一段时间，在确认旋膜式除氧器无振动，无喷水，含氧量合格后，调小了#3、#4锅炉热水进口流量，旋膜式除氧器在较低温度下运行，测定出水含氧量迅速上升至700~
900ppb,高达1000ppb以上。
4几点建议通过调试、说明旋膜式除氧器设备本身无任何问题。针对该旋膜式除氧器现状，提出几点建议
(1)启用压力自动调节装置压力自动调节装置启动时，全开电动排汽阀，正常运行时关闭电动排汽阀，通过排汽截止阀或节流孔板排汽。当负荷变化时，用电动排汽阀自动调节排汽量的大小，保持设备内部压力的稳定。
(2)提高锅炉热水进口温度或启用辅助加热蒸汽及热水入口4旋膜式除氧器含氧量不合格的主要原因就是因为锅炉热水温度未达到设计参数，旋膜式除氧器内部未达到饱和状态。因此，应提高锅炉热水进口温度。如果无法实现，可以考虑使用加热蒸汽等其它热源进行加热。且必须对热源进行调节控制，保证压力及流量的稳定。
(3)溢流泄压管路应恢复原设计为了保证超压能够及时排放蒸汽，避免造成超压，影响设备安全运行，溢流泄压管路应恢复原设计要求。为了避免事故发生，溢流泄压口应引向无人区，但应注意保证管路在同一标高位置，且尽量减少弯管。如若引向其它设备内部，应注意保持旋膜式除氧器内部压力与另一设备之间的压差在设计范围之内，否则极易破水封。
(4)溢流泄压装置破水封后应及时补水至工作液位。否则，压力不能维持在正常工作范围内。
(5)对#1、#2、#3、#4热水管道重新进行保温设计，更换保温材料，以减少热量损失，提高旋膜式除氧器热水进口温度。通过这次调试，为今后旋膜式除氧器喷嘴设计提提供了坚实的设计数据
(1)据观测，#3、#4锅炉热水进口阀后压力分别为0.23、0.24MPa,旋膜式除氧器内部工作压力为0.02MPa,喷嘴压差达到0.21～0.22MPa,为今后喷嘴设计提供了数据。经计算，此时喷嘴出口流速为90m/s左右，由于流速过高，落在淋水盘上发出很大的响声，另外，蒸汽迅速冷凝时也发出了爆凝声。鉴于此，建议该喷嘴出口混合流速应加以控制。
(2)如前述，旋膜式除氧器出水含氧量在升温升压过程中迅速从几百至一千多ppb下降到10ppb以下，彰显旋膜管极强的除氧能力。建议旋膜式除氧器深度除氧区，汽液过滤网高度从300mm(双层)减为150mm(一层),环形填料高度从300mm减为200mm,即可满足除氧要求。环形填料高度没有同步减为150mm是因为考虑到手孔的尺寸。此时手孔可考虑为旋膜式除氧器直径φ1800以下安置2个，φ1800以上安置4个为宜。