除氧蒸发器排汽带水问题的分析及处理

高玉林

(陕西未来能源化工有限公司)

除氧蒸发器排汽带水问题的分析及处理

高玉林*

(陕西未来能源化工有限公司)

介绍了除氧蒸发器的结构和工作原理。对除氧蒸发器排汽带水问题进行了分析和处理，对除氧蒸发器及其系统的设计、运行和维护提出了建议。

除氧蒸发器 排汽带水 压力容器 余热锅炉 蒸汽

0 前言

除氧蒸发器是广泛应用于余热锅炉系统的关键压力容器设备。它在锅炉系统中起着余热回收、给水除氧、储存锅炉循环水等作用。除氧蒸发器能否正常运行，关系到余热锅炉系统能否正常、经济运行。除氧蒸发器在运行过程中常发生排汽带水问题。本文对除氧蒸发器排汽带水问题进行了分析和处理，并对除氧蒸发器及其系统的设计、运行和维护等环节存在的问题提出了指导性意见。

1 除氧蒸发器介绍

1.1 除氧蒸发器的结构及工作原理

除氧蒸发器和普通的热力除氧器类似，其除氧工作原理是源于气体溶解定理（亨利定理）。亨利定理：任何气体在水中的溶解度与该气体在汽水分界面上的分压力成正比。如果将水进行加热，随着水温度的升高，汽水分界面上水蒸气的分压力就会增大，而其它气体的分压力就会降低，相应地其它气体在水中的溶解度就将减小，并会不断析出，此分离过程称为解析过程。当水被加热到饱和温度时，汽水分界面上压力为水蒸气的饱和压力，其它气体的分压力接近于零，其它气体在水中的溶解度也接近于零，水就不再具有溶解气体的能力，水中原来溶解的各种气体将不断析出。在结构上，除氧蒸发器和普通的热力除氧器是不同的，在除氧蒸发器上增加了和锅炉汽包类似的上升管和下降管等结构。除氧蒸发器的结构如图1所示。

1.2 除氧蒸发器在余热锅炉系统中的作用

（1）除氧蒸发器可用于余热回收。除氧蒸发器可以接收系统中连排来汽和锅炉高加热水，进行回收利用，避免直接排放损失。除氧蒸发器内部储存的水可以通过自力水循环从锅炉除氧蒸发段吸收低温烟气热量，并自产部分蒸汽用于加热凝结水。

图1 除氧蒸发器结构

（2）同普通热力除氧器一样，具有除氧功能，不但能除去水中溶氧，还能除去CO2、N2等其它非凝结性气体。

（3）除氧蒸发器的水箱能储存锅炉循环水，以确保在短时间失去给水时水箱内储存的水仍能维持锅炉运行。

1.3 除氧蒸发器的工作过程

如图1所示，除氧蒸发器设有上升管和下降管。水箱中储存的水经下降管进入锅炉除氧蒸发段的受热面吸收热量，变成具有一定含汽率的过饱和水，再经上升管回流到水箱内部扩容蒸发产生蒸汽。该部分自产蒸汽可以用于加热凝结水进行除氧，不足的蒸汽可以由除氧蒸发器外部调节汽源补充。调节进汽量由压力传感器控制进汽调节阀的开度进行调节，当除氧蒸发器内部压力低于设定的工作压力时，调节阀的开度增大，进汽量增加，反之亦然。凝结水或补充水由液位控制器提供的水位信号控制进水调节阀进行流量调节，从除氧头顶部加入。当水位超过设定的正常水位时，调节进水量减小，反之亦然。在除氧过程中产生的氧气及其它非凝结性气体积聚到除氧头顶部，并随少量蒸汽经排汽阀排放到大气，排放损耗的蒸汽大约为耗蒸汽量的2‰～3‰。当除氧蒸发器内部自产的蒸汽过量时，会使外部汽源调节失去作用。为了防止除氧蒸发器内部超压导致安全阀频繁起跳，应通过副汽排放口排放掉多余蒸汽。副汽排放口设置了截止阀和弹簧消音止回阀，可设定弹簧消音止回阀开启压力略大于除氧蒸发器的正常工作压力且不超过安全阀整定压力。此处所描述的除氧蒸发器的工作过程相比某些实际工程项目运行情况来说是比较理想化的。实际上许多除氧蒸发器的操作运行条件较差，现场运行人员缺乏运行维护经验，因而常常导致除氧蒸发器出现排汽带水问题。

2 除氧蒸发器排汽带水问题分析

2013年某日，除氧蒸发器用户成都某玻璃厂反映，他们使用的除氧蒸发器发生了很严重的排汽带水现象，怀疑是除氧蒸发器存在设计或制造质量问题。经现场调研分析，排除了设计或制造质量问题。

通过向现场运行人员了解，获得了除氧蒸发器运行操作情况如下：

（1）外部调节汽源切断，没有通入外部加热汽源。

（2）水箱上设置了副汽阀口，该管口仅装设了截止阀，没有装设弹簧消音止回阀。此外，该管口没有连接副汽排放管道，在运行过程中该管口用截止阀关严。实际上，该管口在系统中没有起到任何作用。

（3）除氧蒸发器内部超压，引起安全阀频繁动作起跳。现场运行人员为了安全运行考虑，同时也为了避免安全阀频繁起跳，将除氧头顶部的排汽阀打开，当作安全泄放阀使用。于是在除氧头内部高速汽流作用下，出现大量排汽带水现象。在这一过程中，还伴随着除氧蒸发器补水困难，因为补充进除氧蒸发器的水大部分随汽流裹挟带走了。

根据现场了解的情况，对除氧蒸发器排汽带水问题作了如下分析。

（1）焦点问题

现场调试发现，关小除氧头排汽阀，接近满足正常排汽量时，除氧头不会出现排汽带水现象，这已被现场调试试验反复证实。但关小除氧头排汽阀虽能确保除氧器正常运行，却导致了另一问题的出现，即除氧蒸发器内部压力升高，超压导致了安全阀起跳。为了防止除氧器超压，只好利用排汽阀作为泄压口，这样除氧头内部汽流速度超高，不可避免地会发生除氧头排汽带水问题。

（2）正常与非正常问题

①除氧头排汽阀的正常用途是排放不凝结气体，控制正常排汽量约为出力的2‰～3‰是正常的。

②将除氧头排汽阀作为蒸汽泄放阀使用是非正常的。

③除氧蒸发器内部压力在自产蒸汽条件下升高超压是非正常的。

④除氧蒸发器没有外部汽源进汽，失去外部汽源对除氧蒸发器内部压力调节作用是非正常的。

（3）应解决的问题

应解决除氧蒸发器内部压力升高超压的问题。引起超压的原因是除氧蒸发器内部自蒸发蒸汽量富余、现场补水不连续，以及自产蒸汽量与补水所需蒸汽量之间不匹配等。所以，应解决除氧蒸发器内部自产蒸汽过剩问题。

3 处理方案

3.1 方案一

方案一，通过正常途径排放掉过剩蒸汽，解决除氧蒸发器内部超压的问题。具体的处理方案如图1所示，利用副汽排放口设置弹簧消音止回阀及副汽排放管道，可设定弹簧消音止回阀开启压力略大于除氧蒸发器的正常工作压力，且不超过安全阀整定压力。当除氧蒸发器内部压力达到弹簧消音止回阀设定压力时，弹簧消音止回阀自动开启泄压，当压力低于设定压力时，弹簧消音止回阀自动关闭。这样就不会引起除氧器内部超压。在运行过程中，除氧头顶部排汽阀调节到正常排汽状态，此时除氧蒸发器不会排汽带水，除氧蒸发器补水困难的问题也可得到顺利解决。该处理方案有如下优点：

（1）现场整改简单容易，可以不停炉整改，不影响设备运行。

（2）弹簧消音止回阀设定压力高，与直接用排汽阀泄放相比，蒸汽损失较小，当蒸汽存在过剩时，能确保除氧蒸发器不会超压，并能维持除氧蒸发器内较高工作压力和除氧水较高的工作温度。

（3）能确保除氧蒸发器安全正常运行，避免受锅炉系统运行波动和现场操作不当的影响。

3.2 方案二

方案二，通过减少自蒸发蒸汽量，解决自产蒸汽过量问题，从而解决除氧蒸发器内部超压的问题。若要减少自蒸发蒸汽量，需减少锅炉除氧蒸发段受热面，从而减少循环水在除氧蒸发段的吸热量。

按方案一，由于该项目除氧蒸发器出力较小，经副汽排放口排放的蒸汽量小且不连续，无法加以再利用，只能直接排放大气，这样将大量损失凝结水，增加设备的运行成本。业主不能接受此方案。于是采用方案二。该项目的锅炉原设计了三级除氧蒸发段，经热力平衡验算证实，除氧蒸发段设置的富余量太多，因此最终决定按方案二进行处理，但从锅炉系统切除了一级除氧蒸发段，这样就使所有问题得到了圆满解决。目前，该除氧蒸发器运行正常，除氧效果很好，出水溶氧量低于5 μg/L。

4 有关建议

除氧蒸发器能否正常、经济运行，与锅炉系统的设计、现场运行操作条件有很大关系。因此，笔者有如下建议：

（1）锅炉系统的设计应合理考虑除氧蒸发段的级数，仔细核算各工况时的最大吸热量，自产蒸汽量与最小补水条件下的除氧耗汽量之比值应小于1，蒸汽的不足部分由外部调节进汽进行补充，这样才能确保除氧蒸发器正常运行且具有可调节性。

（2）在运行过程中，对凝结补充水应连续补水，补水量应能根据水位变化情况进行自动调节。

（3）若锅炉系统的设计及运行不能充分满足上述两条要求，则有必要在水箱上设置副汽排放口，以便除氧蒸发器在自蒸发蒸汽过量、引起内部超压时能及时排放多余蒸汽。排放的多余蒸汽如能加以利用，自然不存在损失问题，如无法加以利用而直接排放大气，则必然造成水和热能的损失，长期运行必将带来巨大的经济损失。

5 结语

本文对除氧蒸发器排汽带水问题进行了分析和处理。除氧蒸发器系统比较合理的设计是充分考虑进汽及进水的自动调节，能使除氧蒸发器在有效的自动调节控制下运行。这样虽然会增加一定的设备成本，但对长期运行来说是非常有益的。这样既可以大大降低运行维护成本，避免水和热能的损失，同时还有助于除氧蒸发器长期正常、经济运行。

Analysis and Treatment of the Entrained Water in Steam Discharged by Oxygen Removal Evaporator

Gao Yulin

Introduces the structure and working principle of the oxygen removal evaporator.Analyzes and treats the problem of entrained water in the steam discharged by the oxygen removal evaporator,and puts forward suggestions to the design,operation and maintenance of the oxygen removal evaporator and corresponding system.

Oxygen removal evaporator;Water entrained by steam;Pressure vessel;Heat recovery steam generator;Steam

TQ 051.6+2

2014-12-01）

*高玉林，男，1972年生，工程师。榆林市，719000。