旋膜除氧器溶解氧高，氧量逐渐增加的原因？
介绍了大唐国际克旗煤制天然气有限责任公司煤制天然气项目大气式旋膜除氧器的工作过程和运行情况。分析了旋膜除氧器出水氧含量超标的原因:脱盐水的温度和压力达不到设定值;加热燕汽流量不足;填料发生腐蚀和变形。通过更换旋膜除氧器的内部构件,加装蒸汽分配装置和除氧加药装置,调整工况和优化工艺操作,最终旋膜除氧器出水氧含量达到≤15 ug/L标准。
氧是锅炉给水系统的主要腐蚀介质之一,腐蚀锅炉给水系统的设备及管道，造成管道内壁出现点坑，阻力系数增大，严重时会导致管道发生爆炸事故"。旋膜除氧器在系统中的作用是除去溶解在锅炉给水中氧及其他气体,保证热力设备安全运行和较长的使用寿命。因此,旋膜除氧器作为锅炉给水系统中较为重要的除氧设备,保持其稳定.高效的运行,对于安全生产具有重要意义。
大唐克旗项目除氧站系统及旋膜除氧器运行
大唐国际克旗煤制天然气有限责任公司(简称大唐克旗)煤制天然气项目一期工程设计两套除氧站系统，其主要设备旋膜除氧器接收甲烷化预热来脱盐水、变换预热来脱盐水和凝结水站来脱盐水.经过除氧后的锅炉给水提供给气化炉夹套、气化废热锅炉、甲烷化中压锅炉、硫回收余热锅炉、变换冷却器和余热回收器使用。
股脱盐水进人除氧头内的水室,在一定的压力下,从旋膜管的小孔斜旋喷向内孔,形成射流,由于内孔充满了上升的加热蒸汽,水在射流运动中,将大量的加热蒸汽吸卷进来,在极短时间内,水和蒸汽进行热交换,水温大幅度提高到接近饱和温度,而旋转的水沿着膜管内孔壁继续下旋，形成一层翻滚的水膜裙,完成一次粗除氧。水经起膜段旋转形成的水膜裙破裂后,继续沉降落在淋水筐子上,进行二次分配,呈均匀淋雨状,落到其下的填料层,形成水膜,受到蒸汽的进一步加热,完成二次除氣,最后除氧水进人除氧水箱。
除氧站运行时.锅炉给水中的氧质量浓度超过国家标准(≤15ug/L)0I,达到200 μ8/L~800ug/L,影响系统稳定运行。旋膜除氧器在负荷波动的情况下，有振动的现象。
旋膜除氧器氧含量超标原因分析、加热蒸汽量不足
一方面,变换预热来脱盐水和凝结水站脱盐水实际温度小于设计的工作温度.这意味着上游工段需要向除氧站提供大量的蒸汽来加热进水。另一方面,蒸汽实际流量远小于工作流量(10t/h), 蒸汽量明显不足,影响水对热量的吸收。
根据亨利定律可知,任何气体的溶解度与其水面上的分压力成正比,而且气体的溶解度仅与其本身的分压力有关。在- -定压力下,随着水温升高,水蒸气的分压力增大，而氧气和其他气体的分压力越来越小。理论上大气式旋膜除氧器的工作压力设定在0. 02MPa以下同，相应的饱和温度为104C。在此状态下，水会发生沸腾，随着水面上氧气不断被排出，水中氧气就不断地逸出,氧气的分压力降低到零,水中的溶解氧也降低到零。旋膜除氧器就是利用亨利定律的原理来降低水中的氧含量。实际运行中,旋膜除氧器的水封装置不能满足压力要求(0.05MPa),当除氧头压力为6kPa时,安全水封出现冒水现象。查阅饱和蒸汽压力与温度对照表可知，当气液两相平衡时,如果旋膜除氧器内部压力达不到0.02MPa,即使再增加蒸汽量,也无法使水温达到104C。这样不仅浪费蒸汽,而且导致进汽动力不足,使已解析的氧又被带人到水箱,不利于水对热量的吸收,降低除氧效率。填料破损
检修时，发现除氧头内部构件丝网波纹填料锈蚀、破碎,填料的损坏直接影响除氧效果。
1)填料锈蚀的主要原因是不锈钢填料在水和氧气的共同作用下,发生了电化学腐蚀。
从结构上分析:加热蒸汽经除氧水箱上的小孔进入除氧头，由于蒸汽在除氧头轴向上的流速不均匀，造成填料中稳定的带电粒子变活跃使填料具有较高的导电性,电导率越大,原电池产生的电流越大,而电流越大，腐蚀速率也越高.加速了电化学腐蚀。填料发生腐蚀后，强度变差,受力后,易发生变形,同时,填料层的比表面积减小，降低除氧效率。
2)从工艺流程上分析:除氧站的中压锅炉给水温度和压力较高,当中压回流打开后，回流的锅炉给水进人到除氧水箱内,压力突然降低到相应的饱和蒸汽压以下,锅炉给水发生闪蒸.瞬间汽化,体积急剧膨胀,汽化的燕汽和加热蒸汽通过小孔，进人到除氧头时具有较高的流速和动能。蒸汽流速突然增大,使填料层发生液泛,除氧头内发生水击。液泛降低填料的比表面积,水击破坏水膜的形成;同时,长时间、高流速的蒸汽冲击，使填料层的结构逐渐变的不稳定,引起填料脱落、破碎。
3)从填料类型上分析:大唐克旗煤制天然气项目旋膜除氧器使用的是不锈钢丝网波纹填料。该填料的强度较差，安装工艺要求较高，如果填料块接缝挤压不实或安装错位,负荷大幅度、频繁波动，易造成填料发生塑性变形,使缝腺逐渐变大,形成大洞，影响除氧效果。
旋膜除氧器进水压力过低
水在紊流状态时,传热、传质效果最理想.水室和汽室因为具有-定的压差,水才能达到素流状态而形成薄的水膜。旋转的水膜将大量的加热蒸汽吸卷进来,水和蒸汽经过传质、传热后,被分离出来的氧气随上升的蒸汽从放空管排向大气。由于3股脱盐水的实际压力远小于工作压力，导致水室和汽室的压差小，水在除氧头旋膜管内壁的旋转速度低,不易形成薄的水膜;在汽室形成的水膜裙短,表面积小;水膜卷吸蒸汽的能力差,影响传热、传质和氧气的顺利排出。
旋膜除氧器振动原因分析
由于大唐克旗煤制天然气项目旋膜除氧器采用水箱进汽的结构和其煤制天然气工艺系统负荷的频繁波动，当蒸汽进人除氧头小孔和填料时,流动阻力的增大,引起蒸汽流速减慢，使填料层下部的蒸汽在下落水流的作用下,逐渐向水箱传播,形成压力波;填料层附近区域蒸汽流速的降低,又与水箱内蒸汽形成压力差在该压力差的推动下,填料附近蒸汽流速逐渐增大,形成膨胀波。压力波与膨胀波交替作用,使旋膜除氧器发生周期性的膨胀和压缩，产生有规律的振动”。
处理措施
提高旋膜除氧器进水温度
针对进水温度低的情况,在保证除氧站能够提供足量锅炉给水的前提下,可以联系上游工段,减少对除氧站的水量输送,提高水温到规定值，这样可以减少蒸汽用量和热量消耗。适当打开再沸腾管蒸汽阀门,加热水箱。
保证旋膜除氧器内部温度和压力达到设定值
为了使旋膜除氧器内部的温度和压力能够达到设定值104C.0.02MPa,可调节排气阀到适当的开度,既保证一定的排气量，又能维持旋膜除氧器正常的压力;根据实际需要,增加蒸汽流量;根据《蒸汽锅炉安全技术监察规程》的相关规定,计算出安全水封的压力为0.05MPa,调整安全水封的水柱高度到5m。重新更换脱落的填料和破损的固定组件
将底部填料更换为比表面积尽量相近、压力降更低、强度高、耐腐蚀性能强的孔板波纹填料,将相邻两层填料波纹片成90°角依次放入除氧头内。这样更换既对旋膜除氧器性能的影响较小，又提高了填料的使用寿命。
提高旋膜除氧器进水压力到设定值
通过提高进水压力而增大水膜流速，提高水流的素流强度,形成薄的水膜和表面积足够大的水膜裙,增加水的停留时间,增强传热、传质功能。同时,增强水膜漩涡的卷吸作用,使旋膜表面不断被由内部移动来的漩涡所更新，旋膜内的任何紊流涡都能有机会直达液面和蒸汽直接接触,使溶于水中的氧容易解析出来。
加装化学除氧装置
当物理除氧仍然不能使出水氧含量达到标准值以下时，可在旋膜除氧器出水管上加入化学除氧药剂,当旋膜除氧器工况恶化时，启动加药装置作为辅助除氧的措施。常见的除氧药剂为联氨。联氨除氧的3个必要条件是:150C以上的给水温度;给水的pH值为9-11；给水中必须有足够的联氨过剩量.给水中联氨的质量浓度控制在20μg/L-50μg/l。3.6增加蒸汽管线为避免振动的发生,建议将现有的水箱进汽管线作为辅助加热蒸汽管线,新增蒸汽管线作为主管线加热进水。
水平引人蒸汽管线延伸至除氧头内淋水篦子正上方,管线端部接蒸汽分配装置，蒸汽流量由管线上的调节阀控制。蒸汽分配装置应满足均匀分布蒸汽和避免产生汽水冲击的工艺要求。可以选用环管型分配盘作为蒸汽分配装置，环管型分配盘的气孔竖直朝上,在气孔上安装喷嘴.蒸汽经楔形孔呈散射状喷射，有利于蒸汽平均分布,减少对旋膜的破坏。也可以在蒸汽导管端部加装弯头.方向朝上,在弯头后加装折流挡板。新增管线管径的计算公式为:
所得计算结果进行圆整后,选择相应的公称直径为200儡。与新设计相比,原加热蒸汽管径(250m)明显偏大,导致原设计蒸汽流速较低,进汽动力略有不足,析出的氧气容易被水流带人水箱。
改造中压回流管线
改造后中压回流管线示意图见图1。为避免闪蒸的发生,建议新增中压回流管线垂直接人到原进水管线上，汇合后的管线接人到除氧头水室;将原接人水箱的中压回流管线改为接人到除氧头汽室。在管线上加装减压阀组,选用先导式可调式减压阀,阀后压力
控制在1.0MPa(实际压力根据旋膜除氧器型号和阀后管道阻力降及相应饱和蒸汽压来确定);新增回水管线公称直径100 m设计温度180C ,阀前管线设计压力8.8MPa,阀后管线设计压力1.2MPa;安全阀整定压力为1.1MPa。当下游工段压力高于操作指标时,开启减压阀组,调节阀后压力到1.0 MPa,同时通过减压阀后的截止阀调节进水流量，为避免闪蒸的发生,进水流量应小于50m/h,维持水室温度不超过90C;当下游工段压力正常时，关闭减压阀。通过提高进水温度和增加回水循环量,可以提高除氧水氧含量的合格率和旋膜除氧器运行的稳定性。根据实际运行参数,对3股给水和回水进行物料衡算和热量衡算，结果表明,旋膜除氧器在正常运行时,水室内不会发生闪蒸,说明此方案在理论上是可行的。在满足下游工段用水需求的前提下,可以常开减压阀组来增加水室温度,减少加热蒸汽的消耗.节约能耗。
新增进水管线
改造后进水管线示意图见图2。建议在进水管线上增设缓冲罐，在缓冲罐出水管线上安装离心泵,3股给水在缓冲罐内混合均匀后,再由离心泵加压输送至旋膜除氧器。缓冲罐可有效防止因温差引起的除氧头振动,离心泵可以适当提高进水压力,有利于水膜的形成,增强除氧效果。主要工艺参数如下:缓冲罐设计温度130C,设计压力1.0MPa,有效容积400m；缓冲罐出水主管公称直径400m,支管公称直径300皿，设计温度130C,设计压力1.5 MPa;离心泵最大流量1200m/h,扬程37m,轴功率211kW;电机功率250kW;旋膜除氧器进水压力1.0MPa。
改造效果
经过多次停车检修，分别更换了旋膜除氧器内部构件,加装了蒸汽分配装置和化学除氧加药装置,氧含量在线分析仪检测到锅炉给水氧质量浓度为5μg/L-10μg/L,人工取样分析锅炉给水氧质量浓度为20μg/L~30μg/L。由于在线分析和人工取样分析的精确度不同,且分析取样点与化学加药点在锅炉给水管道上的距离较近,化学除氧反应时间短,随着联氨完全反应,各用水点处锅炉给水氧质量浓度可以达到≤15μg/L的标准。因此,根据工艺条件及要求,优化工艺流程和设备结构，协调上下游工段，及时调整工况，除氧站可以送出合格的锅炉给水。