旋膜式除氧器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)比較與分析

發(fā)布時(shí)間:2024-10-10 01:56:01瀏覽數(shù):

除氧器是滿足鍋爐水質(zhì)要求的遙遙備設(shè)備。文曉介紹了淋水盤式、噴霧式、旋膜式和內(nèi)置無頭式四種熱力除氣器的主要結(jié)構(gòu)和工作原理,分析各種除氧展的優(yōu)點(diǎn)及存在的問題，論述了它們&電站鍋爐和工業(yè)鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用前景，以便針對(duì)不同的工藝狀況對(duì)旋膜式除氧器進(jìn)行選型或改造°

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

給水溶解氧是造成給水系統(tǒng)、鍋爐和電廠熱力設(shè)備腐蝕的主要因素。腐蝕產(chǎn)物氣化鐵沉積或附著在鍋爐管壁和受熱面上，形成鐵垢。當(dāng)腐蝕址達(dá)到2%?5%時(shí)，就足以使設(shè)備管路遭到破壞，造成管道內(nèi)壁出現(xiàn)點(diǎn)坑，流動(dòng)阻力增大。同時(shí)點(diǎn)坑又有利于?沉淀物的積聚，加速了垢腐蝕，終導(dǎo)致穿孔、遙遙裂和報(bào)廢。根據(jù)工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T15762008規(guī)定，額定蒸發(fā)量大于或等J10t/h的鍋爐，給水應(yīng)除氧。額定蒸發(fā)量小于10t/h的鍋爐，如果發(fā)現(xiàn)局部氧腐蝕，也應(yīng)采取除氣措施。當(dāng)鍋爐額定蒸汽壓力小于等于1.0MPa時(shí)，除鹽水的溶解氧的含量應(yīng)小于等于0.1mg/L；當(dāng)鍋爐額定蒸汽壓力小于等于3.8MPa時(shí)，除鹽水的溶解氧的含應(yīng)小于等于0.05mg/L⑵。

按是否與水中溶解氣發(fā)生反應(yīng)，將給水除氧方法分為物理除氧法和化學(xué)除氧法。物理除氧包括熱力除氣、真空除氧等，化學(xué)除氧則包括鐵屑除氧、業(yè)硫酸鈉除氧和聯(lián)氨(臍)除氧等。由尸熱力除氧費(fèi)用低，I丄除去水中氧氣的同時(shí)還可以除去水中溶解的其它氣體，并無殘留物質(zhì)，所以熱力除氧成為冃前火力發(fā)電站給水除氧的七要手段。文章就旋膜式除氧器進(jìn)行比較與分析。

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(zhì)分壓勺該溶質(zhì)在液相中的摩爾分率成正比，其比例常數(shù)即為亨利系數(shù)団，公式如下P*=Ex (1)式中P*為溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，x為溶質(zhì)在液相中的摩爾分率，E為亨利系數(shù)。凡理想溶液，在壓強(qiáng)不高及溫度不變的條件RP，—x關(guān)系在整個(gè)濃度范圍內(nèi)都符合亨利定律，而亨利系數(shù)即為該溫度F純?nèi)苜|(zhì)的飽和蒸氣壓。?定壓力序當(dāng)水加熱到飽和溫度后，液面上的蒸氣壓接近于總壓，而其它氣體的分壓之和就接近F0,從而使水中不凝氣體的溶解度為0,遙遙了不凝氣體從水中全部逸出。為達(dá)到遙遙除氧的日的，旋膜式除氧器應(yīng)遙遙4個(gè)基本條件(a)將水快速加熱到相應(yīng)壓力下的飽和溫度，否則水中溶解氧的含會(huì)增高。(b)傳質(zhì)過程要充分。(c)水與蒸汽要有足夠的接觸時(shí)間。溶氧解析的速度可表示為向普KMCiS ⑵式中史為水中溶氧的降低速率，Kg為溶解氧的傳質(zhì)常數(shù)，F為汽di水接觸表面積，G為某一瞬時(shí)水中的溶氧濃度，C2為達(dá)到平衡時(shí)水中的溶氧濃度。由于C很小，可忽略不計(jì)，所以將式(2)簡(jiǎn)化為由上式可知，對(duì)G的要求越高，所需的除氣時(shí)間也越長(zhǎng)。(d)遙遙解析岀來的氣體可以迅速地排除，防止除氧器內(nèi)不凝氣體的分壓增加，遙遙除氧器內(nèi)壓力穩(wěn)定。

2旋膜式除氧器的結(jié)構(gòu)及除氧過程

大部分除氧器由除氧頭和水箱兩部分組成，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在除氧頭內(nèi)析出，除過氧的水儲(chǔ)存在水箱里。隨著除氧技術(shù)的不斷發(fā)展，荷蘭的Stork公司設(shè)計(jì)的內(nèi)置式無頭除氧器(簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)及除氣過程

早期的除氧器為淋水盤式除氧器，由除氧水箱、凝結(jié)水遙遙小噴嘴、給水分配器、淋水盤等組成。給水通過位于除皺器頂部的給水母管進(jìn)入噴嘴，形成細(xì)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后，下落到淋水盤。加熱蒸汽通過加熱蒸汽接口進(jìn)入除氧器的汽空間，蒸汽從淋水盤底部自下而上與水進(jìn)行逆流換熱。水在多個(gè)淋水盤中被加熱至飽和溫度，溶解氧也逐漸析出，達(dá)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，噴嘴只能除掉少部分氧氣，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(duì)復(fù)雜。淋水盤式除氧器的負(fù)荷適應(yīng)遙遙差。當(dāng)氣相負(fù)荷高于正常運(yùn)行時(shí)，汽空間的壓力會(huì)迅速上升至安全閥的設(shè)定壓力。當(dāng)液相負(fù)荷高時(shí)，淋水盤會(huì)產(chǎn)生溢流，蒸汽流動(dòng)受阻；液相負(fù)荷低時(shí)，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(zhǎng)期運(yùn)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(jié)構(gòu)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(guān)鍵部件，噴嘴在壓力下將水?dāng)U散成細(xì)小的霧狀水滴，增大了熱交換面積，使水滴迅速加熱到飽和溫度，再經(jīng)填料的深度除氧后，達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由于霧狀水滴加速了傳熱遙遙，水在除氧器內(nèi)停留時(shí)間變短，所以遙遙熱負(fù)荷下，噴霧填料式除氧器的體積比淋水盤式小很多。

1?排汽管2?擋水板3上進(jìn)氣管；4.上殼體5.上濾板6噴嘴；
7?環(huán)形配水管；8.進(jìn)水管；9中殼體10Q形填料；11■下進(jìn)汽管；
12進(jìn)汽管；13淋水盤；14下殼體

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(diào)節(jié)，在低負(fù)荷時(shí)霧化遙遙差；彈簧式噴嘴能根據(jù)負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)噴口的大小，但往往由于彈簧式噴嘴制作復(fù)雜，本身的安裝調(diào)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(qū)液滴粒度大,液滴不會(huì)快速加熱到飽和狀態(tài)，還會(huì)從蒸汽中吸收氧或本身溶解的氧不能進(jìn)一步析出；若液滴粒度小，表面張力對(duì)傳質(zhì)的不利影響增大g叫當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，如果調(diào)解不及時(shí)，容易產(chǎn)生震動(dòng)，如負(fù)荷降低時(shí)，會(huì)發(fā)生除氧器的“汽塞”振動(dòng)，長(zhǎng)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(jié)構(gòu)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熱、傳質(zhì)方式為一體的除氧方式。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(jìn)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(gòu)成它的二遙遙除氧裝置。起膜管選用＜pl08或(pl33的無縫不銹鋼管，在管壁上沿圓周方向鉆若干小孔，與管壁相切并向下傾斜。除鹽水遙遙入水室，在淀壓差下從起膜管的小孔斜旋噴向內(nèi)孔，形成射流。由于內(nèi)孔充滿了上升的加熱蒸汽，水在射流運(yùn)動(dòng)中便將大量的加熱蒸汽吸卷進(jìn)來，在遙遙短時(shí)間以及很小的行程上產(chǎn)生劇烈的混合加熱作用，水溫大幅度提高。而旋轉(zhuǎn)的水則沿著膜管內(nèi)壁繼續(xù)下旋，形成層翻滾的水膜裙。水膜裙不斷地張開變薄，使液膜表面張力降低，再加上內(nèi)外兩側(cè)同時(shí)與蒸汽相接觸，有利于傳質(zhì)傳熱，瞬間即可將水加熱到飽和溫度。逸出的氧氣在內(nèi)孔無法隨意擴(kuò)散，只能隨上升的蒸汽從排汽管排出。除鹽水再經(jīng)水篦組分配，以薄膜形式均勻分布到填料裝置上，進(jìn)行泡沸式熱交換，與二次加熱蒸汽充分接觸，深度除氧，后匯集于水箱。

旋膜式除氧器的主要除氧元件起膜管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無活動(dòng)部件，相比于淋水盤式和噴霧式遙遙遙遙高，檢修匚作小。起膜管對(duì)壓力和流量變化不太敏感，在加熱蒸汽壓力波動(dòng)時(shí)也能穩(wěn)定運(yùn)行，負(fù)荷變化范圍為45%120%【也高負(fù)荷時(shí)，起膜管內(nèi)水膜更新迅速，沿壁旋轉(zhuǎn)更快，除氧遙遙更好，且不會(huì)發(fā)生振動(dòng)。此外旋膜式旋膜式除氧器的排汽量小于入口水量的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(nèi)置無頭式除氧器的結(jié)構(gòu)及除氧過程與常規(guī)除氧器不同，內(nèi)置無頭式除氧氣在水箱中就可完成兩步除氧。如圖4所示。除鹽水從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(jié)構(gòu)將水膜打散成細(xì)小水滴，充分霧化后達(dá)到飽和溫度，進(jìn)入水空間。水滴在汽空間停留的時(shí)間很短，約0,5?】.0/1%加熱蒸汽排管在液面下沿除氧器筒體軸向均勻分布，蒸汽通過排管從水下噴射進(jìn)入除氧器。蒸汽對(duì)水流進(jìn)行擾動(dòng)，將水中的溶解氧和其它不凝氣體帶岀水面。

1初遙遙除氧區(qū)；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(qū)圖4內(nèi)置無頭式除氧器

除氧器本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有除氧頭，避遙遙了除氧水箱與除氧頭連接處產(chǎn)生應(yīng)力裂紋；且加熱蒸汽從水下進(jìn)入，使除氧器整體工作溫度降低，減少了金屬熱疲勞，延長(zhǎng)了設(shè)備的遙遙壽命31。碟形彈遙遙噴嘴靠水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)，內(nèi)部無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，故障率低，很少維護(hù)。允許負(fù)荷快速變化而對(duì)水質(zhì)的影響較小，無振動(dòng)，噪普小。

3結(jié)論與展望

淋水盤式除氧器和噴霧式除氧器的除氧遙遙相對(duì)較弱，對(duì)進(jìn)水溫度和負(fù)荷要求嚴(yán)格，適應(yīng)能力差，蒸汽損失多。由于內(nèi)部構(gòu)件多，所以維修起來不方便且啟動(dòng)時(shí)會(huì)振動(dòng)。旋膜式除氧器和內(nèi)置無頭式除氧器較之前兩種除氧器，除氧遙遙好，適應(yīng)遙遙強(qiáng)。當(dāng)負(fù)荷驟降時(shí)，除氧水仍能保持合格標(biāo)準(zhǔn)，啟動(dòng)時(shí)不會(huì)發(fā)生振動(dòng)，蒸汽排量小。而且內(nèi)置無頭式除氧器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維修，水箱內(nèi)溫度分布均勻，對(duì)筒體的材料不會(huì)造成內(nèi)部應(yīng)力，遙遙壽命長(zhǎng)。

基于這些優(yōu)點(diǎn)，旋膜式除氧器和內(nèi)置無頭式除氧器具適合高參數(shù)遙遙發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，在大容量火力發(fā)電機(jī)組和核電機(jī)組中被廣泛遙遙。但內(nèi)置無頭型除氧器対于淋水盤式除氧器來說，相對(duì)較貴。所以可以對(duì)早期的淋水盤式或噴霧式除氧器進(jìn)行改造，除去已有的除氧頭內(nèi)部所有部件，安裝起膜器，改造成旋膜式除氧器，改造費(fèi)用低且除氧遙遙好。

波動(dòng)遙遙的操作引起溫度壓力變化，易導(dǎo)致高溫法蘭泄露火災(zāi)。焦化裝置間歇式生產(chǎn)會(huì)導(dǎo)致裝置操作的波動(dòng)，一般爐兩塔的裝置操作波動(dòng)范困約為10%?30%。焦炭塔的切換進(jìn)料和切換進(jìn)料前的油氣預(yù)熱，會(huì)使焦炭塔的反應(yīng)溫度和操作壓力降低，導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物的收率和遙遙質(zhì)發(fā)生變化焦炭塔的預(yù)熱減少了油氣到分個(gè)塔的質(zhì)量流站和熱邑，導(dǎo)致分飼塔的回流取熱量、分餡塔底溫度、產(chǎn)品抽出岫、壓縮機(jī)的流量發(fā)生變化；焦炭塔的吹蒸汽和加熱爐的在線清焦，導(dǎo)致分個(gè)塔的氣相負(fù)荷發(fā)生變化。上述波動(dòng)遙遙的操作會(huì)引起溫度圧力變化，導(dǎo)致高溫法蘭露油著火。

1.3發(fā)生事故的系統(tǒng)單元分析

按延遲焦化裝置發(fā)生車故的系統(tǒng)単元可分為分餡系統(tǒng)、加熱爐系統(tǒng)、焦炭塔系統(tǒng)、冷焦水處理系統(tǒng)、水力除焦、放空系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)和其他系統(tǒng)，事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。延遲焦化裝置事故多的系統(tǒng)單兀是焦炭塔系統(tǒng)，小故起數(shù)37起，占K故總數(shù)的37%,其次是加熱爐系統(tǒng)，事故31起，占31%,而其他延退焦化裝置系統(tǒng)單兀，其并故比例分別為分循塔系統(tǒng)19%、冷焦水處理系統(tǒng)4%、興他系統(tǒng)4%、放空系統(tǒng)2%、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)2%和水力除焦I%0因此，焦炭塔系統(tǒng)和加熱爐系統(tǒng)是延遲焦化裝置發(fā)生事故的匸要系統(tǒng)單元。

根據(jù)延退焦化裝遙遙系統(tǒng)單元的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以下重點(diǎn)分析焦炭塔系統(tǒng)和加熱爐系統(tǒng)發(fā)生事故的特點(diǎn)原因。

高溫硫腐蝕導(dǎo)致物料泄露火災(zāi)。延遲焦化裝置處于高溫狀態(tài)，髙溫硫?qū)υO(shè)備的腐蝕，尤其是對(duì)焦炭塔、加熱爐、分儒塔底、集油箱以及與上述設(shè)備相連的管線等髙溫垂油部位的腐蝕更加突出，同時(shí)渣油裂解產(chǎn)生的硫化氫和劇毒化學(xué)品，在分憶塔頂及富氣系統(tǒng)、氣壓機(jī)系統(tǒng)容易發(fā)生低溫硫腐蝕，IL泄露或腐蝕穿孔.遙遙易發(fā)生火災(zāi)或人身中遙遙傷I'事故。加熱爐故障導(dǎo)致裝置停產(chǎn)。加熱爐要求快速將工藝介質(zhì)加熱到所需焦化溫度，保征卜?游焦炭塔焦化反應(yīng)順利進(jìn)行。導(dǎo)致加熱爐故障的上要原因包括加熱爐管選材不當(dāng)，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(jié)焦，爐管壁遙遙溫操作，致爐管碳化，E述原因?qū)е聽t管燒穿泄露火災(zāi)。

圖3不同系統(tǒng)單元的事故分布

1.4遙遙生事故的設(shè)備分析

按延遲焦化裝置遙遙生事故的設(shè)備，將事故設(shè)備分為焦炭塔、加熱爐、泵、管線、閥門、換熱器、儲(chǔ)罐、壓縮機(jī)和其他設(shè)備，事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4所示。遙遙生事故的設(shè)備中，延遲焦化裝置事故多的設(shè)備是焦炭塔和閥門，折故起數(shù)都為23起，占小故總數(shù)的23%,其次是管線，事故16起，占16%,而其他延遲焦化裝置設(shè)備，H?事故比例分別為加熱爐14%、泵8%、其他6%、儲(chǔ)罐5%、兩縮機(jī)3%和換熱器2%o因此，焦炭塔和閥門是延遲焦化裝置發(fā)生小故的主要設(shè)備。

根據(jù)延遲焦化裝置設(shè)備的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以下重點(diǎn)分析焦炭塔和閥門發(fā)生事故的特點(diǎn)和原因。

(1)焦炭塔操作波動(dòng)易導(dǎo)致裝置停工。焦炭塔正常生產(chǎn)過程中，由于操作不當(dāng)可能造成遙遙壓、焦粉央帶、甚至沖塔冷焦期間給水太急或冷焦結(jié)束后給水閥未關(guān)死，焦炭塔油汽線結(jié)焦，都會(huì)造成焦炭塔遙遙壓；裝置處理量大，單塔生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，焦炭塔料位遙遙高，焦炭塔沖塔，出口管線結(jié)焦嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致焦炭塔憋壓，而泡沫焦也會(huì)帶到卜,游加工工序，導(dǎo)致焦炭塔大汕7線、分憶系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)等不同程度的火帶焦粉，可能造成分飼塔底結(jié)焦，塔底過濾器堵塞，出入口閥美不嚴(yán)泄露起火，甚至裝置停間歇式生產(chǎn)易使閥門、墊片疲勞遙遙損傷，導(dǎo)致泄露。焦化裝置生產(chǎn)工藝是半連續(xù)半間歇的生產(chǎn)，這生產(chǎn)特點(diǎn)，決定裝置的閥門開關(guān)I?分頻繁，有些機(jī)泉開停次數(shù)較多，焦炭塔塔底、塔頂蓋也需每天裝卸，開關(guān)動(dòng)作過「頻繁和遙遙時(shí)間較長(zhǎng)，遙遙易使閥門、墊片出現(xiàn)疲勞遙遙損傷而發(fā)生泄露現(xiàn)象；法蘭、墊片由于遙遙頻率高也易磨損，造成泄露、甚至火災(zāi)。

裝置間歇操作易使設(shè)備疲勞。焦炭塔正常生產(chǎn)時(shí)是間歇式生產(chǎn)，即老塔處在生產(chǎn)狀態(tài)，新塔處在準(zhǔn)備除焦或油氣預(yù)熱階段，每隔18?24h循環(huán)切換次。每個(gè)焦炭塔都經(jīng)歷試壓一油氣預(yù)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(chǎn)過程。生產(chǎn)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(qū)經(jīng)常處在溫度和壓力不穏定的變化過程中，對(duì)設(shè)備有定程度的損傷，如焦炭塔因不斷處于升溫和降溫過程，與裙座、油'(管線的焊縫疲勞或熱蠕變，發(fā)生焊縫斷裂、設(shè)備或管線脫落的情況。

圖4不同設(shè)備的事故分布

2結(jié)論

延遲焦化裝置事故的主要事做類型是火災(zāi)事故和生產(chǎn)事故，其主要原因?yàn)樵?、半成品、產(chǎn)品的自燃點(diǎn)多低「裝置的操作溫度；藝控制不當(dāng)，導(dǎo)致加熱爐、管線、焦炭塔等結(jié)焦。發(fā)生事故的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)是lE常生產(chǎn)階段,其上要原因?yàn)榻固克袚Q致誤操作兒率增加；波動(dòng)遙遙的操作引起溫度圧力變化,易導(dǎo)致高溫法％泄露火災(zāi)。發(fā)生業(yè)故的主要系統(tǒng)單元是焦炭塔系統(tǒng)和加熱爐系統(tǒng)，其主要原因是高溫硫腐蝕導(dǎo)致物料泄露火災(zāi)；加熱爐故障導(dǎo)致停產(chǎn)。發(fā)生事故的主要設(shè)備是焦炭塔和閥門，其主要原因?yàn)榻固克僮鞑▌?dòng)易致停匚間歇式生產(chǎn)易使閥門、墊片疲勞遙遙損傷，導(dǎo)致泄露；裝置間歇操作易使設(shè)備疲勞。