ADG除氧器启动期间两侧温差较大的原因和解决方案

陈家庆

【摘 要】方家山核电工程的ADG除氧器，在机组热试期间启动阶段发现，发现除氧器两端温差较大，主控室显示两端温度相差近四十度，本文详细经过详细分析，确认导致温差的原因并提出多种解决方案，经多方论证对比，最终采取增加除氧器再循环泵的解决方案，成功解决了启动阶段温差问题。

【关键词】除氧器；ADG；再循环泵；温差大

0 概述

目前国内核电厂常见的除氧器主要有内置喷雾除氧器、淋水盘有头式除氧器和淋水盘一体化除氧器，3种形式的除氧器均是通过喷嘴将凝结水雾化，通过蒸汽加热至除氧器工作压力的饱和温度，析出其中溶解的不凝结气体。

方家山核电项目采用的是一体化大流量喷嘴，内置喷雾式除氧器，蒸汽通过鼓泡管引入水箱下部，水箱中的给水参与换热和除氧过程。由于内置喷雾式除氧器没有除氧头，可降低设备高度、节约土建成本，避免水箱上部大的集中载荷，筒体应力减小，降低产生应力裂纹的可能等优势，已经成为除氧器发展的趋势。但在调试过程中发现该除氧器存在启动期间两侧温差大，两侧温差最大达到近四十度。

1 原因分析及整改方案对比选择

1.1 原因分析及危害

1.1.1 原因分析

为什么在启动阶段两端温度相差会如此之大，为了确认调查产生问题的根本原因，进行深入检查，从除氧器外部尺寸、设备内部构造、外部管线布置、除氧器内部水循环及加热蒸汽等方面入手，初步分析，确认造成此问题的原因主要有以下几点：

（1）除氧器尺寸比较大，长度为49.56米。

（2）启动阶段除氧器内水依靠APD泵的再循环管线进行搅混，而APD泵的再循环流量仅40m3/小时，相对于除氧器有效容积410 m3来说，再循环流量小。

（3）APD泵的接口位置不合理，APD泵入口接管在第一段，而对应的再循环口在第二段，距离太近，无法起到对整个除氧器内水打循环，仅能对部分除氧器内水打循环（如图1所示）。

在第三段和第四段存在一个较长的死区，该死区内的水无法循环，只能靠蒸汽和水凝结换热加热，导致该区段水温较低。

（4）该除氧器是由上海辅机厂制造，采用的是荷兰STORK公司的设计，在设备说明里明确描述该型除氧器在启动阶段需要除氧器再循环泵，但实际机组并未配备除氧器在循环泵。

（5）加热蒸汽耙长较短，除氧器在用抽汽加热时耙长约47米，而启动阶段用辅助蒸汽加热时耙长仅9米，位置在除氧器中部。造成加热只在除氧器局部进行，无法对除氧器整体加热。如图2所示

（6）SER补水接口位置在APD泵进出口管线之间，同时SER从水箱中部进入水箱，导致SER低温补水未经足够加热就流向APD入口，影响除氧效果。

1.1.2 危害

综合以上原因，导致在启动阶段除氧器内温差较大，而温差较大的情况下肯定对除氧效果有不良影响，同时长期较大的温差也会导致较大的热应力，也不利于设备的长期稳定运行。

1.2 初步整改方案及各方案优缺点的对比

1.2.1 初步确定整改方案

与上海华东设计院和设备制造厂家进行了多次沟通，从产生问题的原因来分析，各方都提出了整改方案可以分别有以下几种处理方案

（1）辅助蒸汽加热耙管加长；

（2）将辅助蒸汽接至抽气加热耙管；

（3）改善循环状态，将APD泵的进出口设在除氧器两端；

（4）增设除氧器再循环泵；

1.2.2 各方案优缺点的对比

1）辅助蒸汽加热耙管加长

针对辅助蒸汽耙管长度仅9米，可以加长辅助蒸汽耙管，这样在使用辅助蒸汽加热的时候可以对除氧器进行整体加热，减少温度不平均的现象，这种处理方式可以从根本上解决问题，但此方案也存在明显的缺点。

（1）首先，除氧器是采用分段加工，现场组装的方式加工的，现在已无法进行拆解，只能在除氧器內部进行施工，内部空间狭窄，施工难度非常大；

（2）其次，可靠性难以保证，将耙管加长后，其固定方式需要重新设计计算，在除氧器筒壁上焊接相应的支架，加长的耙长运行中是否安全可靠很难保证。

（3）此方案没有相应的运行经验。

2）将辅助蒸汽接至抽气加热耙管

除氧器内部利用抽气加热的耙管长约47米，基本布满除氧器内部，可以考虑将辅助蒸汽的耙管接在抽气加热的耙管上。具体连接方式有两种：

（1）一种可以在除氧器内部改造，将两套耙管连接在一起。此方法的优点是改动较小，只在除氧器内部合并两套蒸汽耙管即可，缺点是降低了系统操作的灵活性，同时由于抽气加热耙管管径比辅助蒸汽耙管管径大许多，将辅助蒸汽接至抽气耙管，会导致蒸汽流速较低，同时辅助蒸汽流量较小，蒸汽可能无法流到除氧器两端，加热时的均匀度恐怕难以预测。

（2）第二种方法可以在除氧器外部改造，将进入除氧器的辅助蒸汽管线和抽气管线连接在一起，并增加相应阀门。此方法的优点是除氧器本体不需进行任何改动，缺点是增加了控制系统难度，同时辅助蒸汽管备用功能失效。

但以上两种方案存在一个很大的风险，在机组启动阶段除氧器可能会出现异常的振动。比如国内某发电公司670MW机组，在启动初期曾出现数次振动现象，甚至造成除氧器基础产生裂痕损伤。而振动的原因是除氧器内辅助蒸汽加热管和机组四段抽汽加热管不在同一水平高度上，当机组启动使用辅助蒸汽加热时，如果联络电动门打开，辅助蒸汽通过联络门进入四段抽气管，上部与下部不在同一高度的两根加热管同时进汽加热，冷热流体发生对冲，导致除氧器振动，关闭辅助蒸汽与四段抽汽的联络电动阀后，振动消失。

我们的除氧器结构类似，如果将辅助蒸汽耙管与抽气加热的耙管连接，同样会存在导致除氧器异常震动的风险。

3）改善循环状态，将APD泵的进出口设在除氧器两端

对于APD泵进出口接管的位置不尽合理，也可以通过更改APD泵再循环接管位置来改善，可以通过在除氧器内部延长APD泵再循环管至除氧器第四筒节，此方案简单易行，见效快，或在除氧器第四节筒体上重新开孔，将APD再循环水由外部接至第四节。

缺点同样显而易见：由于APD再循环流量较小，不能解决根本问题，同时内部改造同样存在管系振动风险。如果再除氧器筒体上开孔，改造难度大，且改造完成后必须对除氧器重新进行水压试验。

4）增加除氧器再循环泵

如果增加再循环泵，通过再循环泵抽水进喷嘴，喷雾除氧，该方案既解决温差问题又优化除氧效果，并且同红沿河和岭澳均设有除氧器再循环泵，有成熟的应用业绩。

此方案缺点也很明显，由于设计上取消了再循环泵，所以除氧器本体没有预留相应的接口，在除氧器本体开口的话，需要在现场进行热处理，加工难度大，并且需要增加泵和管道阀门等相关费用，相对价格较高。

2 最终解决方案

对以上方案对比分析可以发现，采用增加除氧器再循环泵的方案有明显的优势。

（1）岭澳二期、阳江1号机采用同型号除氧器，均设有除氧器再循环泵，目前运行稳定，不存在温差大的问题

（2）一体化除氧器的工作原理是首先给水流经大流量喷嘴后对水进行雾化，然后雾化水与蒸汽混合换热除氧，完成95%以上的除氧换热过程，然后在鼓泡管的作用下进行鼓泡换热，从除氧效果来看，也需要设置再循环泵将除氧器水循环打回除氧器喷嘴，再除氧水经喷嘴雾化后与蒸汽充分混合换热，这样才能满足除氧效果。

（3）加长除氧器辅助蒸汽管线或合并辅助蒸汽和抽气管线，在现有情况下没有相关核电应用经验，存在不可预知的风险，并且与加再循环泵相比缺少了除氧水经过大流量喷嘴雾化的过程，除氧效果肯定没有加再循环泵的效果好。

（4）此类型除氧器的原设计方为荷兰STORK公司，咨询STORK公司设计专家，他们认为增设除氧器再循环泵简单易行，且有成熟的经验，同样建议增加再循环泵

核文化要求”保守决策”，对于核电站设备，我们应尽可能选用成熟可靠和已经经过验证的设备。

经过对几种改造方案的反复对比论证，同时参考同类电站设计，最终决定采用增加除氧器再循环泵的解决方案。

3 泵安装位置和参数的确定

3.1 接口位置和泵安装位置

因原设计已取消再循环泵，除氧器筒体未留相应接口

（1）方案一，在除氧器本体重新开口，施工难度较大，改造完成后除氧器需要重新进行水压试验。优点是接口的位置选择余地大，可以尽可能靠近除氧器端部，对改善除氧器内水循环有利。

（2）方案二，利用除氧器排水至凝气器的管线，该管线直径323.8mm，可在下游合适位置引管线至再循环泵入口，缺点是接口位置距离除氧器端部仍有一段距离，可能导致除氧器死角位置水循环不足。

综合考虑施工难度及工期等问题，最终将排水管线下游弯头改为三通，接一条管线至再循环泵入口。

回水口位置选择相应简单，参考红沿河电站，接在最后一个喷嘴上游，并在接口上游凝结水管线上增加一个隔离阀。

3.2 泵参数确定

岭澳电站的再循环泵安装在除氧器平台，但考虑到如果泵安装在除氧器平台，除氧器仅略高于泵入口，泵的净正吸入压头难以保證，存在汽蚀风险，将安装标高降低相对安全，设计院经现场勘查后，确认泵安装在汽机运转平台。为了不对其他已安装设备带来不利影响，将安装位置设在MX厂房8号立柱与9号立柱之间。

岭澳电站的再循环泵流量375m3/h，红沿河电站再循环泵设计流量260 m3/h，再循环流量通常选择喷嘴额定流量的10～30%，加上考虑到除氧器内部有效容积的大小，以及管道和喷嘴的压降，选择泵流量为375 m3/h，扬程30m，设计温度压力取除氧器正常运行温度压力，设计温度180℃，设计压力1.6MPa。同时考虑到泵基础承重的问题，泵组的总重不超过3吨。

4 结束语

改造完成后，在机组启动阶段，除氧器加热过程中保持再循环泵运转，泵两端温差仅4℃左右，解决了除氧器两端温差大的问题。

虽然经历了许多困难，也走了多弯路，设计制造运行等各方人员多次交流沟通，弥补了各自的短板，查清了问题的根本原因，并最终得到解决。但此事件值得我们反思。尽量避免类似情况的发生，核电和火电在设计理念和设备参数及安全标准等方面存在较大差异，不能简单套用火电的技术改进，设计与设备是不是独立的，设计修改必须考虑设备是否满足，加强多方信息的沟通反馈。

【参考文献】

[1]梁经通.锅炉给水除氧技术的发展与应用[J].建筑热能通风空调，2001.

[2]王滨等.除氧器启动初期振动现象的分析及消除[J].华电技术，2014.1.

[3]除氧器设备制造完工报告，（技术分册）.

[责任编辑：朱丽娜]