大小修期间除氧器上水引发振动的原因及应对策略
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【摘 要】本文通过对我厂大小修期间多次发生除氧器上水引发振动的事件进行分析研究，阐述了除氧器振动的原因，重点给出了不同工况下的应对策略，另外也在设备的改进和振动过后的处理上给出了建议。
【关键词】除氧器振动;引发振动的原因;应对策略
中图分类号： TM619 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）05-0144-002
1 概述
1.1 原理
除氧器的基本功能是將给水中的不凝结性气体除去，以保护蒸汽发生器、给水泵、管道以及其他设备，避免给水中的氧对这些设备的腐蚀，同时除氧器也是1级混合式加热器，能够提高给水温度，另外除氧器也可以作为储水箱，维持电厂中给水平衡。
1.2 结构
在正常液位时，水箱的容量为338m3，我厂除氧器为直接接触水平盘型，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，在喷雾室有一些喷雾头，在喷淋盘上配有用于分配给水和除氧的配水盘。除氧器水箱是一个带园穹形封头的圆筒形碳钢压力容器，在负荷的变化，它的结构及容量选择应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，因此始终维持着饱和状态，在机组负荷突降时，能够在一定程度上抑制内部压力的下降。为了防止除氧器超压，除氧器都设有安全阀，安全阀的动作压力一般为除氧器最高工作压力的110%，当汽轮机在满负荷情况下突然跳闸，而反应堆继续运行时，可能会出现超压的情况。
1.3 我厂除氧器振动的历史和现状
大小修期间给除氧器上水而造成除氧器振动的情况从机组商运开始到现在一直时有发生，对我们电厂设备和人员有潜在的严重的威胁。早在2004年就有停机期间除氧器上水管道振动大的现象并有系统瞬态分析报告单;2011年机组处于小修期间，在除氧器上水后发生除氧器上水管道振动;最近一次2014年机组处于小修期间达临界往上走过程中，在除氧器上水时都发生过除氧器上水管道振动;另据值长反馈，我们机组这些年在大小修期间不时都会发生除氧器的振动，程度轻重，持续时间长短有所不同而已。
从历史的经验和数据来看，我们机组很多次除氧器振动都是给除氧器上水导致的，除氧器上水因低功率下除氧器控制器无法在自动模式较好控制除氧器液位，所以按规程要求在15%FP以下都采用手动控制给除氧器上水。本文将就大小修期间除氧器上水引发振动的原因展开分析，并探讨减轻振动的应对措施。
2 大小修期间除氧器上水引发振动的原因
（1）机组停运后，凝结水补水不是连续补水，在除氧器补水前，除氧器内部是一个稳态，汽水饱和，当大量凝结水进入除氧器后，除氧器内温度迅速下降，压力降低，则除氧水箱内的水会剧烈汽化，沸腾。水汽反冲到除氧器，进入除氧器后，又被冷却，一直反复。直到补水停止后一段时间，再恢复到另一个平衡点。因抽汽电动阀离除氧头有几十米距离，主要振动区域在除氧器抽汽管道上。
（2）除氧器上水的逆止阀也距除氧头有几十米的距离，补水后这段管道是低温的，除氧头上部压力是200KPa以上，温度是超过140度的蒸汽，查焓熵图其比容约为0.6m3/kg，这些蒸汽遇冷水急剧降温凝结，凝结成0.001m3/kg的水滴，比容相差600倍，汽团凝结成水后突然形成局部真空，周围压力蒸汽填充因凝结而形成的真空空间，形成巨大的冲击，如此反复的凝结与冲击。这个过程造成了连续的振动，这种声音与振动在主控室都能清晰地感觉到，这种冲击据计算力量可达数十吨。主要振动区域在除氧器上水的逆止阀后的管道。
（3）温差导致的振动。除氧器凝结水上水管靠近除氧器的一端温度高，远离除氧器一端的温度低，因除氧器温度高对除氧器相联的上水管道进行加热，由于管道本身冷热不均，再进行加热时，管道冷热不均加剧，引起管道振动。这当然主要也在是补水管线振动。
（4）机组也不止一次出现除氧器液位高隔离的事件而引发振动，由于设备故障或备用液位控制阀意外投运。这两类事件的特点均为有大量的冷水进入到除氧器中，除氧器无法维持在正常压力。这种情况下从顶部进入到除氧器的凝结水无法被加热到正常的饱和温度，所以在除氧器水面附近还存在剧烈的热交换，从而在除氧器水面和除氧器顶部实际上的压力并不一样（除氧器顶部的压力要高于水面压力），这导致了测量的液位比实际液位要低。而测得液位低又会导致除氧器上水阀进一步开大，更多的冷水进入到除氧器后，除氧器实际液位进一步升高，实际液位已接近除氧器的顶部（越接近顶部区域，除氧器水汽分界面越小，换热越小，从而顶部和液面的压差越小），这时液位测量开始反映除氧器的真实液位，一般在这时液位已经超过极高值，上水电动阀开始关闭。
3 除氧器振动的应对策略
3.1 广播撤离
对于出现这种剧烈振动的情况，主控室能够明显地感觉到，应该先广播除氧器区域振动，汽轮机厂房人员撤离。
3.2 大修时策略
对于除氧器上水振动，最好的方法就是降低除氧器的水温。大修的专用规程中一般都要求停机后，凝结水给水走大循环，将除氧器水温降到60摄氏度以下的要求[1]。把除氧器的温度降下来，最快速的方法就是停运电加热器，系统走大循环，循环路线为：凝汽器——凝泵——低加——除氧器——给水泵——高加——大旁路——凝汽器。机组启动阶段先建立对除氧器上水后再投入加热器及启动一台主给水泵对除氧器升温，紧接着对主系统升温升压。我们要避免因各种原因先启动主给水泵对除氧器升温，导致后续上水时可能引起振动。
3.3 小修时策略
3.3.1 与大修时的区别
对于小修，出于经济考虑，我们多数时候不会那么做，尤其在主要是一回路设备故障导致的小修。因为在单台主给水泵运行时，除氧器的升温速率为4度每小时，可能会延缓小修启动的进度。同样过早启动主给水泵是不合适的，这次小修没有意识到过早启动主给水泵对除氧器升温的影响，加剧了后续上水过程中产生的强烈的振动。 3.3.2 小流量连续补水
在这种小修模式下，我们应该采取停运电加热器，采用手动小流量连续的补水方式，实践证明一边缓慢上水，一边缓慢出水，使除氧器的水流动起来，达到动态平衡时能有效防止振动。尽管规程在通过主凝泵给除氧器上水中增加注释在小修期间除氧器温度高于60摄氏度时应尽量减小上水流量的方式避免管道振动，但并没能有效地帮助运行人员来避免除氧器上水时的振动。首先每个人的理解不一样，到底多小的上水流量为小，每个人的答案都不相同，而且目前凝结水上水流量在除氧器控制器手动输出到8%之前是没有读数的（这是由于上水流量取自的变送器有测量信号偏低的缺陷和低流量时本身测量不准造成的）。如果看着上水流量进行调节，在初期上水阶段开到8%以上，那显然是太大了，一定会引起振动。所以不应该看着流量进行调节，而是根据控制器的输出，以0.5%为一个台阶，在观察无振动后再缓慢开大，上水盡可能地慢，管道中的水少蒸汽遇冷凝结也少，进入除氧器的水少，对除氧器压力和温度的变化也小。
3.3.3 建立除氧器连续出水的方案
但无论从振动产生的原理还是实际的运行经验分析，起初上水时流量再小可能还是会引起振动，最好的方式是先给除氧器建立一个小流量的出水，然后再进行缓慢补水操作，建立小流量连续补水。而在小修期间，就算是启堆初期，蒸发器不怎么需要上水，怎么建立除氧器的连续出水呢？
方案一：通过投运蒸发器排污，控制流量来达到，但需要关注蒸发器压力以及排污箱的压力。尤其在低功率下投运蒸发器排污，需要密切关注蒸发器压力，如果蒸发器压力不能控制在设定值，则需要适当降低蒸发器排污流量。现场要对排污箱的液位和压力进行监视，防止排水不畅导致液位过高，进而将排污箱上部的压力释放阀顶开。当排水不畅时可手动打开排污箱本体疏水阀进行疏水，控制疏水量和关注地漏承受能力。
方案二：通过现场打开一个除氧器水箱本体的疏水阀，建立一个恒定的出水，要密切关注地漏的承受能力，防止厂房跑水。出水流量只能在现场控制，不如蒸发器排污可在主控直接调节来的更高效，个人认为方案一更好。
3.4 设备的改进建议
从设备的改进上：在除氧器上水的逆止阀下游，在紧贴除氧头处，加装一U型水封，这样补水时只有很短的的空管子空间，振动能量将大为减少，另外，U型水封还可以吸收来自管道的冷热膨胀，有效减轻由于温差引起的振动。查询资料很多火电厂的除氧器有这样的设置，能较好地达到减轻除氧器振动的目的。[2]
3.5 振动后的后续检查
如果除氧器发生了振动，振动过后后续的检查也很重要，应立即对除氧器相关系统进行全面的检查。在下一次的除氧器检修时，应特别注意检查除氧头和水箱面板及焊缝处是否有开裂、腐蚀等现象;检查喷雾头是否有损坏、是否有异物进入堵塞、弹簧组的销钉是否牢固;检查淋水盘工作是否正常，各焊接点是否有损坏。因为一旦有异物脱落进入系统，可能比汽水振荡对我们机组的危害更大。特别注意检查安全阀工作是否正常，阀座是否有开列，安全阀的故障打开或泄漏，将使一切控制都无从谈起。
4 结语
大小修期间除氧器上水引发的振动危害不容小觑，作为运行人员应该尽自己最大的能力去避免这种情况的发生。在给除氧器上水的运行手册上，应该部分加入本文应对策略中提到的注意事项和解决方案，以便引起操作者足够的重视。我们要加强学习，理解除氧器振动发生的原因，了解应对除氧器振动的方法，使在不同工况下都能很好避免除氧器上水引发的振动，为机组保驾护航。
【参考文献】
[1]邹正宇，CANDU-6核电厂系统与运行[M]，原子能出版院2010.
[2]罗存存，除氧器补水管道振动分析及处理，西北电力技术4/2002.
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