旋膜式除氧器的結構特點比較與分析

除氧器是滿足鍋爐水質要求的遙遙備設備。文曉介紹了淋水盤式、噴霧式、旋膜式和內(nei) 置無頭式四種熱力除氣器的主要結構和工作原理,分析各種除氧展的優(you) 點及存在的問題，論述了它們(men) &電站鍋爐和工業(ye) 鍋爐係統中的應用前景，以便針對不同的工藝狀況對旋膜式除氧器進行選型或改造°

［關(guan) 鍵詞類別］淋水席式除氧器；噴霧式除氧器；旋膜式除氧器；內(nei) 置無頭式除氧器

給水溶解氧是造成給水係統、鍋爐和電廠熱力設備腐蝕的主要因素。腐蝕產(chan) 物氣化鐵沉積或附著在鍋爐管壁和受熱麵上，形成鐵垢。當腐蝕址達到2%〜5%時，就足以使設備管路遭到破壞，造成管道內(nei) 壁出現點坑，流動阻力增大。同時點坑又有利於(yu) •沉澱物的積聚，加速了垢腐蝕，終導致穿孔、遙遙裂和報廢。根據工業(ye) 鍋爐水質標準GB/T15762008規定，額定蒸發量大於(yu) 或等J10t/h的鍋爐，給水應除氧。額定蒸發量小於(yu) 10t/h的鍋爐，如果發現局部氧腐蝕，也應采取除氣措施。當鍋爐額定蒸汽壓力小於(yu) 等於(yu) 1.0MPa時，除鹽水的溶解氧的含量應小於(yu) 等於(yu) 0.1mg/L；當鍋爐額定蒸汽壓力小於(yu) 等於(yu) 3.8MPa時，除鹽水的溶解氧的含應小於(yu) 等於(yu) 0.05mg/L⑵。

按是否與(yu) 水中溶解氣發生反應，將給水除氧方法分為(wei) 物理除氧法和化學除氧法。物理除氧包括熱力除氣、真空除氧等，化學除氧則包括鐵屑除氧、業(ye) 硫酸鈉除氧和聯氨(臍)除氧等。由屍熱力除氧費用低，I丄除去水中氧氣的同時還可以除去水中溶解的其它氣體(ti) ，並無殘留物質，所以熱力除氧成為(wei) 冃前火力發電站給水除氧的七要手段。文章就旋膜式除氧器進行比較與(yu) 分析。

1旋膜式除氧原理

旋膜式除氧的原理基「•亨利定律(Henry'slaw)稀溶液11方的溶質分壓勺該溶質在液相中的摩爾分率成正比，其比例常數即為(wei) 亨利係數団，公式如下P*=Ex (1)式中P*為(wei) 溶質在氣相中的平衡分壓，x為(wei) 溶質在液相中的摩爾分率，E為(wei) 亨利係數。凡理想溶液，在壓強不高及溫度不變的條件RP，—x關(guan) 係在整個(ge) 濃度範圍內(nei) 都符合亨利定律，而亨利係數即為(wei) 該溫度F純溶質的飽和蒸氣壓。•定壓力序當水加熱到飽和溫度後，液麵上的蒸氣壓接近於(yu) 總壓，而其它氣體(ti) 的分壓之和就接近F0,從(cong) 而使水中不凝氣體(ti) 的溶解度為(wei) 0,遙遙了不凝氣體(ti) 從(cong) 水中全部逸出。為(wei) 達到遙遙除氧的日的，旋膜式除氧器應遙遙4個(ge) 基本條件(a)將水快速加熱到相應壓力下的飽和溫度，否則水中溶解氧的含會(hui) 增高。(b)傳(chuan) 質過程要充分。(c)水與(yu) 蒸汽要有足夠的接觸時間。溶氧解析的速度可表示為(wei) 向普KMCiS ⑵式中史為(wei) 水中溶氧的降低速率，Kg為(wei) 溶解氧的傳(chuan) 質常數，F為(wei) 汽di水接觸表麵積，G為(wei) 某一瞬時水中的溶氧濃度，C2為(wei) 達到平衡時水中的溶氧濃度。由於(yu) C很小，可忽略不計，所以將式(2)簡化為(wei) 由上式可知，對G的要求越高，所需的除氣時間也越長。(d)遙遙解析岀來的氣體(ti) 可以迅速地排除，防止除氧器內(nei) 不凝氣體(ti) 的分壓增加，遙遙除氧器內(nei) 壓力穩定。

2旋膜式除氧器的結構及除氧過程

大部分除氧器由除氧頭和水箱兩(liang) 部分組成，例如淋水盤式、噴霧填料式、旋膜填料式。氧氣和其它不凝氣體(ti) 在除氧頭內(nei) 析出，除過氧的水儲(chu) 存在水箱裏。隨著除氧技術的不斷發展，荷蘭(lan) 的Stork公司設計的內(nei) 置式無頭除氧器(簡稱無頭除氧器)在水箱中就可以完成除氧⑸。

2.1淋水盤式除氧器的結構及除氣過程

早期的除氧器為(wei) 淋水盤式除氧器，由除氧水箱、凝結水遙遙小噴嘴、給水分配器、淋水盤等組成。給水通過位於(yu) 除皺器頂部的給水母管進入噴嘴，形成細小水滴，散入噴嘴F方的給水分配器，通過給水分配器均勻分配後，下落到淋水盤。加熱蒸汽通過加熱蒸汽接口進入除氧器的汽空間，蒸汽從(cong) 淋水盤底部自下而上與(yu) 水進行逆流換熱。水在多個(ge) 淋水盤中被加熱至飽和溫度，溶解氧也逐漸析出，達到了除氧的目的回。如圖1所示。

此除氧器K要依靠淋水盤來除氧，噴嘴隻能除掉少部分氧氣，水汽間換熱效率低。且給水母管連接的噴嘴較多，管路連接相對複雜。淋水盤式除氧器的負荷適應遙遙差。當氣相負荷高於(yu) 正常運行時，汽空間的壓力會(hui) 迅速上升至安全閥的設定壓力。當液相負荷高時，淋水盤會(hui) 產(chan) 生溢流，蒸汽流動受阻；液相負荷低時，噴嘴霧化遙遙不好，淋水盤上水播散不均，降低了除氧遙遙。淋水盤的小孔還易堵塞，長期運行需要檢修

1排汽閥；2多孔淋水盤；3除氧頭4加熱蒸汽分配器;

5貯水箱6■■排水管；7配水管；8噴嘴

圖1淋水盤式除氧器

2.2噴霧式除氧器的結構及除氧過程

噴霧填料式除氧器如圖2所示。噴嘴是噴霧填料式除氧器的關(guan) 鍵部件，噴嘴在壓力下將水擴散成細小的霧狀水滴，增大了熱交換麵積，使水滴迅速加熱到飽和溫度，再經填料的深度除氧後，達到水質標準。由於(yu) 霧狀水滴加速了傳(chuan) 熱遙遙，水在除氧器內(nei) 停留時間變短，所以遙遙熱負荷下，噴霧填料式除氧器的體(ti) 積比淋水盤式小很多。

1•排汽管2•擋水板3上進氣管；4.上殼體(ti) 5.上濾板6噴嘴；
7•環形配水管；8.進水管；9中殼體(ti) 10Q形填料；11■下進汽管；
12進汽管；13淋水盤；14下殼體(ti)

圖2噴霧填料式除氧器

常用的噴嘴型式有固定式和彈簧式。固定式噴嘴遙遙調節，在低負荷時霧化遙遙差；彈簧式噴嘴能根據負荷的變化調節噴口的大小，但往往由於(yu) 彈簧式噴嘴製作複雜，本身的安裝調試精度要求較高，且彈簧的腐蝕、噴嘴卡澀使其遙遙能退化同，且若噴霧加熱區液滴粒度大,液滴不會(hui) 快速加熱到飽和狀態，還會(hui) 從(cong) 蒸汽中吸收氧或本身溶解的氧不能進一步析出；若液滴粒度小，表麵張力對傳(chuan) 質的不利影響增大g叫當負荷變化時，如果調解不及時，容易產(chan) 生震動，如負荷降低時，會(hui) 發生除氧器的“汽塞”振動，長期存在容易造成除氧器填料脫落口氣2.3旋膜式除氧器的結構及除氧過程旋膜式除氧是將射流、旋膜和懸掛式泡沸工種傳(chuan) 熱、傳(chuan) 質方式為(wei) 一體(ti) 的除氧方式。其除氧頭由起膜管組、水篦組、填料層和蒸汽分配盤等組成，如圖3所示。

1排氣口；2起膜管組3進水管；4加熱蒸汽;

5水篦組6填料層；7二次加熱蒸汽

圖3旋膜式除氧器

由起膜管組、水室、隔板等部件裝配而成的起膜器是除氧器的遙遙除氧裝置；水篦組和填料層構成它的二遙遙除氧裝置。起膜管選用＜pl08或(pl33的無縫不鏽鋼管，在管壁上沿圓周方向鑽若幹小孔，與(yu) 管壁相切並向下傾(qing) 斜。除鹽水遙遙入水室，在澱壓差下從(cong) 起膜管的小孔斜旋噴向內(nei) 孔，形成射流。由於(yu) 內(nei) 孔充滿了上升的加熱蒸汽，水在射流運動中便將大量的加熱蒸汽吸卷進來，在遙遙短時間以及很小的行程上產(chan) 生劇烈的混合加熱作用，水溫大幅度提高。而旋轉的水則沿著膜管內(nei) 壁繼續下旋，形成層翻滾的水膜裙。水膜裙不斷地張開變薄，使液膜表麵張力降低，再加上內(nei) 外兩(liang) 側(ce) 同時與(yu) 蒸汽相接觸，有利於(yu) 傳(chuan) 質傳(chuan) 熱，瞬間即可將水加熱到飽和溫度。逸出的氧氣在內(nei) 孔無法隨意擴散，隻能隨上升的蒸汽從(cong) 排汽管排出。除鹽水再經水篦組分配，以薄膜形式均勻分布到填料裝置上，進行泡沸式熱交換，與(yu) 二次加熱蒸汽充分接觸，深度除氧，後匯集於(yu) 水箱。

旋膜式除氧器的主要除氧元件起膜管結構簡單，無活動部件，相比於(yu) 淋水盤式和噴霧式遙遙遙遙高，檢修匚作小。起膜管對壓力和流量變化不太敏感，在加熱蒸汽壓力波動時也能穩定運行，負荷變化範圍為(wei) 45%120%【也高負荷時，起膜管內(nei) 水膜更新迅速，沿壁旋轉更快，除氧遙遙更好，且不會(hui) 發生振動。此外旋膜式旋膜式除氧器的排汽量小於(yu) 入口水量的1%。，比其它類型旋膜式除氧器少1/3以上，無需加排汽冷卻器2.4內(nei) 置無頭式除氧器的結構及除氧過程與(yu) 常規除氧器不同，內(nei) 置無頭式除氧氣在水箱中就可完成兩(liang) 步除氧。如圖4所示。除鹽水從(cong) 施托克碟形彈遙遙噴嘴噴入除氧器的汽空間，通過碟片形成很薄的水膜，再由碟片外圍的齒輪結構將水膜打散成細小水滴，充分霧化後達到飽和溫度，進入水空間。水滴在汽空間停留的時間很短，約0,5〜】.0/1%加熱蒸汽排管在液麵下沿除氧器筒體(ti) 軸向均勻分布，蒸汽通過排管從(cong) 水下噴射進入除氧器。蒸汽對水流進行擾動，將水中的溶解氧和其它不凝氣體(ti) 帶岀水麵。

1初遙遙除氧區；2除鹽水遙遙；3•汽空間4蒸汽遙遙5水空間6■水出口；7.小隔板；8大隔板；9蒸汽分配管10二遙遙除氧區圖4內(nei) 置無頭式除氧器

除氧器本身結構簡單，沒有除氧頭，避遙遙了除氧水箱與(yu) 除氧頭連接處產(chan) 生應力裂紋；且加熱蒸汽從(cong) 水下進入，使除氧器整體(ti) 工作溫度降低，減少了金屬熱疲勞，延長了設備的遙遙壽命31。碟形彈遙遙噴嘴靠水壓自動調節，內(nei) 部無轉動部件，故障率低，很少維護。允許負荷快速變化而對水質的影響較小，無振動，噪普小。

3結論與(yu) 展望

淋水盤式除氧器和噴霧式除氧器的除氧遙遙相對較弱，對進水溫度和負荷要求嚴(yan) 格，適應能力差，蒸汽損失多。由於(yu) 內(nei) 部構件多，所以維修起來不方便且啟動時會(hui) 振動。旋膜式除氧器和內(nei) 置無頭式除氧器較之前兩(liang) 種除氧器，除氧遙遙好，適應遙遙強。當負荷驟降時，除氧水仍能保持合格標準，啟動時不會(hui) 發生振動，蒸汽排量小。而且內(nei) 置無頭式除氧器結構簡單，便於(yu) 維修，水箱內(nei) 溫度分布均勻，對筒體(ti) 的材料不會(hui) 造成內(nei) 部應力，遙遙壽命長。

基於(yu) 這些優(you) 點，旋膜式除氧器和內(nei) 置無頭式除氧器具適合高參數遙遙發電機組的運行，在大容量火力發電機組和核電機組中被廣泛遙遙。但內(nei) 置無頭型除氧器対於(yu) 淋水盤式除氧器來說，相對較貴。所以可以對早期的淋水盤式或噴霧式除氧器進行改造，除去已有的除氧頭內(nei) 部所有部件，安裝起膜器，改造成旋膜式除氧器，改造費用低且除氧遙遙好。

波動遙遙的操作引起溫度壓力變化，易導致高溫法蘭(lan) 泄露火災。焦化裝置間歇式生產(chan) 會(hui) 導致裝置操作的波動，一般爐兩(liang) 塔的裝置操作波動範困約為(wei) 10%〜30%。焦炭塔的切換進料和切換進料前的油氣預熱，會(hui) 使焦炭塔的反應溫度和操作壓力降低，導致反應產(chan) 物的收率和遙遙質發生變化焦炭塔的預熱減少了油氣到分個(ge) 塔的質量流站和熱邑，導致分飼塔的回流取熱量、分餡塔底溫度、產(chan) 品抽出岫、壓縮機的流量發生變化；焦炭塔的吹蒸汽和加熱爐的在線清焦，導致分個(ge) 塔的氣相負荷發生變化。上述波動遙遙的操作會(hui) 引起溫度圧力變化，導致高溫法蘭(lan) 露油著火。

1.3發生事故的係統單元分析

按延遲焦化裝置發生車故的係統単元可分為(wei) 分餡係統、加熱爐係統、焦炭塔係統、冷焦水處理係統、水力除焦、放空係統、吸收穩定係統和其他係統，事故統計結果如圖3所示。延遲焦化裝置事故多的係統單兀是焦炭塔係統，小故起數37起，占K故總數的37%,其次是加熱爐係統，事故31起，占31%,而其他延退焦化裝置係統單兀，其並故比例分別為(wei) 分循塔係統19%、冷焦水處理係統4%、興(xing) 他係統4%、放空係統2%、吸收穩定係統2%和水力除焦I%0因此，焦炭塔係統和加熱爐係統是延遲焦化裝置發生事故的匸要係統單元。

根據延退焦化裝遙遙係統單元的統計結果，以下重點分析焦炭塔係統和加熱爐係統發生事故的特點原因。

高溫硫腐蝕導致物料泄露火災。延遲焦化裝置處於(yu) 高溫狀態，髙溫硫對設備的腐蝕，尤其是對焦炭塔、加熱爐、分儒塔底、集油箱以及與(yu) 上述設備相連的管線等髙溫垂油部位的腐蝕更加突出，同時渣油裂解產(chan) 生的硫化氫和劇毒化學品，在分憶塔頂及富氣係統、氣壓機係統容易發生低溫硫腐蝕，IL泄露或腐蝕穿孔.遙遙易發生火災或人身中遙遙傷(shang) I'事故。加熱爐故障導致裝置停產(chan) 。加熱爐要求快速將工藝介質加熱到所需焦化溫度，保征卜•遊焦炭塔焦化反應順利進行。導致加熱爐故障的上要原因包括加熱爐管選材不當，如用碳鋼材料或其他材料代替Cr5M0材料加熱不均勻、局部過熱；爐管結焦，爐管壁遙遙溫操作，致爐管碳化，E述原因導致爐管燒穿泄露火災。

圖3不同係統單元的事故分布

1.4遙遙生事故的設備分析

按延遲焦化裝置遙遙生事故的設備，將事故設備分為(wei) 焦炭塔、加熱爐、泵、管線、閥門、換熱器、儲(chu) 罐、壓縮機和其他設備，事故統計結果如圖4所示。遙遙生事故的設備中，延遲焦化裝置事故多的設備是焦炭塔和閥門，折故起數都為(wei) 23起，占小故總數的23%,其次是管線，事故16起，占16%,而其他延遲焦化裝置設備，H•事故比例分別為(wei) 加熱爐14%、泵8%、其他6%、儲(chu) 罐5%、兩(liang) 縮機3%和換熱器2%o因此，焦炭塔和閥門是延遲焦化裝置發生小故的主要設備。

根據延遲焦化裝置設備的統計結果，以下重點分析焦炭塔和閥門發生事故的特點和原因。

(1)焦炭塔操作波動易導致裝置停工。焦炭塔正常生產(chan) 過程中，由於(yu) 操作不當可能造成遙遙壓、焦粉央帶、甚至衝(chong) 塔冷焦期間給水太急或冷焦結束後給水閥未關(guan) 死，焦炭塔油汽線結焦，都會(hui) 造成焦炭塔遙遙壓；裝置處理量大，單塔生產(chan) 時間長，焦炭塔料位遙遙高，焦炭塔衝(chong) 塔，出口管線結焦嚴(yan) 重，會(hui) 導致焦炭塔憋壓，而泡沫焦也會(hui) 帶到卜,遊加工工序，導致焦炭塔大汕7線、分憶係統、吸收穩定係統等不同程度的火帶焦粉，可能造成分飼塔底結焦，塔底過濾器堵塞，出入口閥美不嚴(yan) 泄露起火，甚至裝置停間歇式生產(chan) 易使閥門、墊片疲勞遙遙損傷(shang) ，導致泄露。焦化裝置生產(chan) 工藝是半連續半間歇的生產(chan) ，這生產(chan) 特點，決(jue) 定裝置的閥門開關(guan) I•分頻繁，有些機泉開停次數較多，焦炭塔塔底、塔頂蓋也需每天裝卸，開關(guan) 動作過「頻繁和遙遙時間較長，遙遙易使閥門、墊片出現疲勞遙遙損傷(shang) 而發生泄露現象；法蘭(lan) 、墊片由於(yu) 遙遙頻率高也易磨損，造成泄露、甚至火災。

裝置間歇操作易使設備疲勞。焦炭塔正常生產(chan) 時是間歇式生產(chan) ，即老塔處在生產(chan) 狀態，新塔處在準備除焦或油氣預熱階段，每隔18〜24h循環切換次。每個(ge) 焦炭塔都經曆試壓一油氣預熱一生焦一吹汽一水冷一放水一除焦一空塔一試壓的生產(chan) 過程。生產(chan) 過程中溫度由5001左右降至常溫，壓力由常壓升至0.18MPa再降至常圧，焦炭塔區經常處在溫度和壓力不穏定的變化過程中，對設備有定程度的損傷(shang) ，如焦炭塔因不斷處於(yu) 升溫和降溫過程，與(yu) 裙座、油'(管線的焊縫疲勞或熱蠕變，發生焊縫斷裂、設備或管線脫落的情況。

圖4不同設備的事故分布

2結論

延遲焦化裝置事故的主要事做類型是火災事故和生產(chan) 事故，其主要原因為(wei) 原料、半成品、產(chan) 品的自燃點多低「裝置的操作溫度；藝控製不當，導致加熱爐、管線、焦炭塔等結焦。發生事故的主要生產(chan) 環節是lE常生產(chan) 階段,其上要原因為(wei) 焦炭塔切換致誤操作兒(er) 率增加；波動遙遙的操作引起溫度圧力變化,易導致高溫法％泄露火災。發生業(ye) 故的主要係統單元是焦炭塔係統和加熱爐係統，其主要原因是高溫硫腐蝕導致物料泄露火災；加熱爐故障導致停產(chan) 。發生事故的主要設備是焦炭塔和閥門，其主要原因為(wei) 焦炭塔操作波動易致停匚間歇式生產(chan) 易使閥門、墊片疲勞遙遙損傷(shang) ，導致泄露；裝置間歇操作易使設備疲勞。