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旋膜式除氧器使用中出现的故障分析及处理方法

旋膜式除氧器使用中出现的故障分析及处理方法 

旋膜式除氧器是一种新型热力除氧器,具有除氧效果好,工况适应性强、稳定性好、热效率高等特点。一台旋膜式除氧器试运过程中出现除氧头振动大、出力低、排气带水严重、高负荷时含氧量不合格等问题,针对存在问题分析因,制定解决问题的技术措施

概述

克拉玛依石化有限责任公司热电厂(以下简称热电厂)共有4台130t中压煤粉锅炉,2台12IMW汽轮发电机组,给水系统配置5台出力为巧0t的大气式除氧器,除氧器的主要作用是除去锅炉给水中的氧气和其他不凝结气体,以保证给水的品质。若水中溶解氧气,就会使与水接触的金属被腐蚀,同时在热交换器中若有气体聚积,将使传热的热阻增加,降低设备的传热效果。因此水中溶解有任何气体都是不利的,尤其是氧气,它将直接威胁设备的安全运行热电厂5台除氧器中的1#,2#为喷雾填料式除氧器,3#、5#为旋膜式除氧器,其中5#除氧器自安装投运以来存在出力低、排汽带水严重、高负荷时含氧量不合格等问题巧#除氧器基本处于长期停用状态,这给公司生产带来一定安全隐患

1旋膜式除氧器工作原理

旋膜式除氧器总体设计成两级除氧结构,其中一级除氧装置由起膜装置和淋水箅子所组成。汽轮机的凝结水和化学补充水以及其他低于饱和温度下的各种疏水,都进人起膜装置的水室中混合。混合后的水,经过固定在上、下管板上的起膜喷管的喷孔,以射流方式在起膜喷管的内壁上形成高速向下旋转的水膜。向下流动的水膜与上升的加热蒸汽接触后产生强烈的热交换过程,当旋转的水膜流出起膜管时,水温基本上接近了饱和温度,水中的溶解氧将被除掉90%、95‰水膜流出起膜管后形成椎形裙体,并在重力和蒸汽流的作用下被冲破而形成水滴,降落在淋水箅子上。淋水箅子山5层30mmx30mm等边角钢构障。诸如开关的型号、使用电压、感应开关的距离、工作电流等。

例如,1台加工中心在加工过程中,主轴突然停转,且无任何报警信息,而程序仍在继续执行,直到出现撞刀。关机重新启动机床并执行程序运行一段时间后,故障重现。经检测,主轴电机无异常、主轴参数正常、主轴电机与主轴的机械传动连接完好偶然发现在自动换刀过程中,换刀动作执行到机械手把两边刀具抓到位后,未拔出刀具交换,机床便处于信号等待状态检查松紧刀接近开关,发现有被更换过的痕迹,仔细观察分析发现其现场安装实际位置与标准位置不符。拆下后发现确被其他人员换成了常闭型接近开关。采用常开型接近开关进行了更换,并进行合适的位置调整,故障排除了。

在这类故障维修中,更要注意的是人为对系统信号的强制、短接、开路等情况造成的二次故障1.5其他在机械或液压方面的维修工作,也会造成二次故障。这些主要是液压阀类控制元件、液压管类、传输带、轴承、甚至是一个螺钉等,这类安装不当,也会产生二次故障。

例如,1台加工中心,在JOG方式下,z轴进给平稳,但自动偶然出现抖动现象,使加工的零件出现波纹先将伺服速度给定信号断开,用电池电压作信号,故障依旧,说明NC系统没有问题。由于此前z轴的皮带断了,曾经进行过更换,为此重点检查z轴伺服电机的连接情况,发现电机与丝杠转动的皮带型号错绿护与修理了,更换原型号皮带,问题解决。

2旋膜式除氧器预防措施

对数控机床维修划分合理的维修等级,是预防数控机床维修中产生二次故障的主要方法。如把数控机床维修划分为机械结构维修、数控系统外围设备维修、数控系统模块级维修和数控系统电路板元件级维修,并制定相关维修人员的责任范围。如对外围设备的维修仅限于如限位开关、按钮、传感器、连接电缆及接插件等辅助部分的操作定期对各维修等级做预防性维护,也是预防数控机床故障的有效手段

就具体维修过程而言,维修人员应严格遵循维修规定选择适当的维修工具、维修场地和着装等,能够预防各种由静电和工具造成的破坏。维修过程中应注意做好维修记录,记录维修前的各种开关情况、跳线、参数情况等,一旦维修失败,则尽可能恢复原系统状态。对被维修的对象要充分的掌权其工作原理以及器件特性,并绘制出相关图纸。维修过程中接线要规范,维修后要编写详细说明材料,存档妥善保管。

3结束语

在数控设备的维修中,有很多的难以解决的疑难问题,回过头看来,多是维修不当造成的二次故障。这蚱故障的解决,后看似很简单,其实维修过程很艰难。一些自然发生的故障,很容易判断和解决,而人为造成的二次故障,往往超出控制范围成,除氧水经过各层箅子同蒸汽进一步的进行热交换,同时也为除氧水进人液体网填料盒进行均匀分配液汽网填料盒是除氧器二级除氧装置液汽网填料盒根据实际情况设计成单层或双层。液汽网是一种新型高效填料,它是由不锈钢扁丝(旧mm><0.4(m)以0形编织成的网套,把液体网按其自然状态盘成圆盘,圆盘直径相当于液汽网盒框体的内径,在圆盘的上下用扁钢和14mm钢筋将其固装在液汽网的框体内,除氧水经过液汽网盒使汽水更加充分接触,可将水中溶解大限度地高析出来,这一除氧过程保证了除氧器在变工况运行时的适应性能和稳定性能。

旋膜式除氧器在工作中使水始终处于紊流状态并有足够大的换热表面积,所以传热传质效果好,并且排汽量小(即用与加热的蒸汽量少,能源损失小带来的经济效益也可观),同时避免除氧产生的富裕量使除氧器超负荷运行(通常可短期超额定出力的50%)或保证低水温全补水下达到运行标准。

2热电厂旋膜式除氧器技术参数

热电厂的3#、5#除氧器为旋膜式除氧器,山青岛方正环保电力设备有限公司制造,除氧塔的形式为立式,除氧器水箱的型式为卧式,型号DCM-巧ov额定出力巧0t/h,水箱容积50m3,设计温度250℃,工作温度104℃,设计压力0.19MPa,工作压力0·02MPa,进水温度30℃,补水率100%,主要材料

Q235一A,物料为汽和水

35#除氧器除氧头内部结构

5#除氧器除氧头的结构山外壳、旋膜器组、水篦子、液汽网、蒸汽分配盘、汽水分离器等6大部分组成(图1)。

 

15#旋膜式除氧器除氧塔内部结构

外壳。由筒身和冲压椭圆形封头焊接制成,除氧头直径1600mrno

旋膜器组山水室、起膜管、凝结水接管、补充水接管组成。起膜管、下水管材料均由不锈钢制造,常年运行无需检修。

淋水篦子。经起膜段除氧的给水及山疏水管引进的疏水在这里进行减流二次分配,使水呈均匀淋雨状下落,从而保护其下部液汽网

填料液汽网。山相互间隔的扁钢带及一个圆筒体,内装

两层高度特制的0形0·3mm不锈钢扁丝网,给水在这里与二次蒸汽充分接触,加热到饱和温度并进行深度除氧,以保证除氧水中含量

蒸汽分配盘。主加热蒸汽由此接进,规则均分型结构能很好保证加热质量,使加热蒸汽呈现均分状态其在无节流工况下上升加热软化水,达到饱和温度下工作除氧。

汽水分离器。山不锈钢填料组成内网,外壳设计为通气型结构,能有效的将排氧时的汽带水分离回流,是排汽不带水的必不可少部件。

45#除氧器试运过程中存在问题分析

4·1旋膜式除氧器出力不足、振动大

5#除氧器安装完成试运时,低负荷时除氧器运行正常,当运行人员提高负荷,开大进水进汽调节阀时,除氧头出现水击声,并随着进水调节阀的开大,除氧头出现明显晃动,水击声增大,除氧头顶部排空门出现严重排水现象,水箱水位下降过快。运行人员立刻关小进水、进汽调节阀,降低除氧器负荷,上述现象逐渐消失。根据运行情况分析,造成除氧器出力低的原因可能是山于除氧器旋膜器组设计缺陷、除氧头内部构造安装存在问题等。车间通过对5#除氧头解体检查,其中旋膜器组旋膜管为304不锈钢无缝钢管,直径65mm,长度450mm,观察旋膜管内开孔沿内壁切向螺旋向下且布置合理,旋膜管布置均匀且数量足够,不存在问题。对淋水篦层检查发现淋水水篦子线性排列过密,淋水篦子间距实测仅有8mm,低负荷时水能顺利流下,当负荷提高时,淋水篦子间距过小不利于除氧水顺利通过,故造成5#除氧器出力不足的主要原因是水篦层布置过密,阻碍了除氧水下落,造成除氧器出力下降4·2高负荷含氧量不合格

5#除氧器试运中低负荷情况下,运行稳定,含氧量合格,2014年热电厂对5#除氧器投人进行大负荷运行时,各项参数均保持在规定范围内,含氧量始终>40。根据旋膜式除氧器原理可知,除氧器含氧量不合格的主要是山进水温度过低或进水流量过大、进汽量不足、排氧门开度不够、旋膜管设计不合理等原因等几个原因造成。其中除氧器是否能把化学补水加热到相应压力下的饱和温度与水和蒸汽的接触表面积的大小有很大的关系,水进人旋膜管,形成的水膜群下落,与上升的蒸汽流相遇(图2),形成的水膜群增加了水和蒸汽的热交换面积,强化了汽水热交换的效果。根据5#除氧器除氧头的内部结构可知,5#除氧头内部旋膜管与淋水篦子间距只有巧6mm间距,这就表示旋膜管和淋水篦子间距过小,水从旋膜管内下降还未形成完整的水膜群,就被淋水篦层破坏,这样即不利于水在射流运动中将加热蒸汽吸卷进旋膜管,也不利于水膜群与加热蒸汽的热交换,因此造成5#除氧器低负荷时含氧量合格,旋流段高负荷含氧量不合格。

5#除氧器高负荷含氧量不合格水膜裙段的另外一个原因可能是补给水的加热温度不够,造成无盐水补水未达到图2旋膜管工作过程饱和状态,补水中的氧气不能及时从水中分离出来,与其他除氧器对比,5#除氧器除氧头顶部未安装一次加热蒸汽,是造成含氧量大负荷情况下含氧量不合格的另一个原因

 

4,3旋膜式除氧器排汽带水严重

造成除氧器排汽带水的主要原因一是除氧头顶部的汽水分离器失效,二是旋膜器组中的连通管存在问题,连通管的作用是既可以将滞留在隔板底部的气体排出,又可以使积存在隔板上部的积水沿联通管内旋流附管壁流下。山此可见,如果连通管的数量不足,会使得积存在隔板上部的积水不能及时流下,造成隔板上部大量积水,带氧的排汽就会冲击积水,造成排汽带水

通过对5#除氧器除氧头内部结构进行检查,5#除氧器旋膜器组设计合理,联通管数量和尺寸均合理,但是发现5#除氧头内部旋膜管与淋水篦子间距只有巧6mm间距。山此判断,水流经过旋膜管下落形成水膜群时,被水篦层打乱,造成向上的加热蒸汽未完全进人旋膜管,部分蒸汽通过联通管进人到除氧头顶部,同时旋膜器组和除氧头顶部空间距离过小,造成排气带水严重

55#旋膜式除氧器技术改造措施

5.1除氧器出力不足、振动大改造措施

根据原因分析,除氧器出力低是由于除氧头淋水篦子布置过密造成,可将淋水篦子全部拆除,重新布置淋水篦子,将淋水篦子间距增加至16mm以便于饱和水能顺利通过淋水篦子,且每层淋水篦子交错布置。淋水篦子间距改造前后对比见图3。

 

间距8mm 间距16rnm

3淋水篦子间距改造前后对比

5·2高负荷含氧量不合格改造措施

521提高除氧塔高度

根据热力除氧的基本原理,溶解于水中的气体是与水面上气体的分压成正比。采用热力除氧,用蒸汽来加热给水,提高水的温度,使水面上蒸汽的分压力逐步增加,而溶解气体的分压力则渐渐降低,溶解于水中的气体就不断逸出,当水被加热至相应压力下的沸腾温度时,水面上全都是水蒸气,溶解气体的分压力为零,水不再具有溶解气体的能力,亦即溶解于水中的气体,包括氧气均可被除去。除氧的效果一方面决定于是否把给水加热至相应压力下的饱和温度,另一方面决定于溶解气体的排除速度,这个速度与水和蒸汽的接触表面积有关。

5#除氧器旋膜器组与淋水篦子间距过小,可增大旋膜器组和淋水篦层间距,增大换热面积,使旋膜管出口的水膜群能够更好的和加热蒸汽进行换热,根据热力除氧的基本原理,可在旋膜器组和淋水篦层之间安装一个500mm的短接提高间距,增大加热蒸汽与给水的换热面积,以提高给水的饱和温度具体改造结构见图4

522增加一次加热蒸汽

根据分析5#除氧器高负荷含氧量不合格的另外一个原因

绿护与修理

可能是补给水的加热温度不够,造成无盐水补水未达到饱和状态,补水中的氧气不能及时从水中分离出来,与其他除氧器对比,5#除氧器除氧头顶部未安装一次加热蒸汽。具体安装方法如下(图4)。

 

4除氧塔改造结构

在除氧塔上部安装一次加热蒸汽破膜管,通过提高旋膜器组和淋水篦子间距后,可以在此间距内引人一条DN32mm的加热蒸汽管,此加热管安装在淋水篦子层上方巧0mm处,内部蒸汽管按十字型布局,4个方向管子均匀开孔。

加热蒸汽直接通人旋膜器组水室,利用一次加热蒸汽对补给水直接进行混合加热,以提高给水的进水温度。

5·3排汽带水改造措施

改造汽水分离器。除氧器排汽带水问题,通过检查分析,判断为旋膜器组和除氧塔顶部空间距离过小,导致汽水分离器效果不好,建议提高此段距离,同时增大汽水分离器

安装排汽回收加热器。5#除氧器运行当中排气量较大,这一部分排汽未得到利用回收,直接排人大气,可增加一台管壳式换热器,利用5#除氧器排汽加热进除氧器无盐水,既可提高进人除氧器的给水温度,也可以回收除氧器排汽的热量和凝结水,改造流程见图5。

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旋膜式除氧器放水母管DN巧0 锅炉疏水箱

5增加换热器改造流程

钢作为碳素工具钢具有较高的强硬度和较小的过热敏感性,且淬火加热时不易形成粗晶粒,淬火后组织内未融化的碳化物增加了钢的耐磨性,并且价格相对大部分合金工具钢来说会比较便宜。但其淬透性差,淬火变形大。因此T10钢适于制造尺寸较小、形状简单、负荷较轻、生产批量不大的冷作模具。某厂主要生产铝合金制品(厚度(3±0·2)mm),冲压设备中的冲头,如图1所示。采用T10钢来制造,要求硬度在60、621-IRC,在保留一定加工余量后进行热处理。工艺主要为:下料乛锻造乛(790±10)℃等温球化退火(700℃等温×10min)><5min—粗加工乛(790±10)℃水淬(NaCI溶液)×5min+220℃回火×60min乛精加工,T10钢冲头在采用此工艺使用一段时间后,发现冲头使用寿命短,更换频率高,大部分制品量<5000件,且绝大部分损坏方式主要是冲头刃口位置变形,如图2所示。

1冲头失效的分析

冲头变形和断裂的主要原因是,山于冲头在工作时要受到41冲头结构裂纹装置变形区域图2冲头变形及断裂示意图

偏心载荷和冲击载荷等所带来的复合应力,当这个复合应力超过冲头屈服强度时冲头就会发生塑性变形(主要就是弯曲)或断裂,这说明冲头本身强度偏低,主要体现在2方面:一是热处理后的冲头没有到达热处理强度要求;二是热处理过程中山于产生较大内应力造成冲头发生了较小的变形,使得冲头的纵向承载能力下降,当受到一定外力作用时容易发生更大的变形甚至断裂。热处理后冲头未到达热处理强度要求,主要有2个原因。

冲头化学成分没有达到标准,通过光谱仪对变形后的冲头进行化学成分,分析结果(见表1),所测结果与GWE1298一2008《碳素工具钢》标准要求相符。

冲头热处理组织不好,对变形冲头取样进行金相观察后,知道其组织为回火马氏体和AR,并且组织致密分布均匀。又对变形冲头进行洛氏硬度测量,发现硬度都在601-IRC以上,因此,冲头的热处理组织达到了热处理技术要求

5#旋膜式除氧器除氧头的解体检查,发现除氧头存在设计问题,水篦层布置过密、旋膜器组与水篦层间距过小,造成水从旋膜管内下降还未形成完整的水膜群,就被淋水篦层破坏,这样即不利于水在射流运动中将加热蒸汽吸卷进旋膜管,也不利于水膜群与加热蒸汽的热交换,所以造成5#除氧器出力低,高负荷含氧量不合格、排气带水等问题。通过以下措施解决上述问题。

重新布置淋水篦子间距,使旋膜器组下降的除氧水顺利流人通过淋水篦层提高除氧头旋膜器组和淋水篦子间距,增大给水和蒸汽俚与组2017№7(上)的换热面积在除氧头顶部增加一次加热蒸汽,提高除氧水的加热温度,保证给水能够被加热到饱和温度,提高除氧器的除氧效果。新增一台管壳式换热器,既可加热除氧器进水温度,也可回收除氧器排气热量和凝结水,达到节能的目的