CN114739198A - 一种海洋平台凝汽器及除氧装置 - Google Patents

一种海洋平台凝汽器及除氧装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海洋平台凝汽器及除氧装置，海洋平台蒸汽动力领域，包括凝汽器、凝水水箱、抽气器、电子振荡器和信号处理模块；所述凝汽器位于所述凝水水箱的上方并且与所述凝水水箱相连；所述凝水水箱内设置有凝水收集板和凝水隔板；所述凝水隔板将所述凝水水箱分隔成多个区域；所述抽气器与凝水水箱相连；所述压电驱动超声振板设置在所述凝水收集板和所述凝水隔板中；所述信号处理模块与所述电子振荡器通信相连，所述电子振荡器根据接收的信号控制所述压电驱动超声振板进行震动。本发明能够解决现有海洋平台容易出现汽蚀，严重影响水泵及整个动力系统安全，增加振动噪声的问题。

Description

一种海洋平台凝汽器及除氧装置
技术领域
本发明是关于海洋平台蒸汽动力领域，特别是关于一种海洋平台凝汽器及除氧装置。
背景技术
海洋平台是为在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物。蒸汽朗肯循环是船舶，尤其是大型海洋平台的主要动力方式之一，为避免对锅炉等压力容器以及管道等的腐蚀，提升整个动力系统安全可靠性及使用寿命，蒸汽朗肯循环中不可避免将进行除氧等操作，将溶解在凝给水中的氧清除，避免后续压力容器以及管道等壁面氧化及腐蚀，除氧器等设备是海洋平台蒸汽动力系统的重要设备。当前主流除氧方法有多种，包括热力除氧、化学除氧等。其中热力除氧基于亨利定律和道尔顿定律，即水中溶解的氧含量与水面气体分压成正比，将凝水加热至接近饱和状态，此时水面水蒸气压力接近水面压力，此时其他气体分压极低，从而水中溶解氧含量随之变低，当及时通过抽气器等设备将水面以上氧气等不凝气体不断抽走后，溶解在水中的氧将不断析出，从而达到对凝水除氧的目的。
然而需要注意的是，不同于陆地动力系统，空间较为充裕，海洋平台空间十分宝贵，凝给水输运泵与凝水水箱之间位差十分有限，而经过热力除氧后，凝水处于接近饱和状态，水泵实际灌注高度有限，水泵内由于凝水被加速，容易发生汽蚀，对水泵叶片以及壁面产生损伤，同时产生振动噪声，影响舱室环境以及循环效率，严重时影响给水安全，导致整个动力系统受到影响。另一方面，凝水除氧需要消耗一定量蒸汽或加装换热器，一定程度上使得系统管路复杂，也不利于舱室节约空间。海洋平台蒸汽朗肯循环中，如何调和海洋条件下蒸汽朗肯循环凝水除氧以及水泵汽蚀之间的矛盾，提升系统紧凑度是科研及工程界研究的热点和难点。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海洋平台凝汽器及除氧装置，其能够解决当前船舶等海洋平台蒸汽动力朗肯循环采用热力除氧等方法去除凝水中溶氧，但受限于海洋平台空间有限，凝水水箱与凝给水输运泵之间位差有限，海洋摇摆等条件下容易出现汽蚀，严重影响水泵及整个动力系统安全，增加振动噪声的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种海洋平台凝汽器及除氧装置，包括凝汽器、凝水水箱、抽气器、电子振荡器和信号处理模块；
所述凝汽器位于所述凝水水箱的上方并且与所述凝水水箱相连；
所述凝水水箱内设置有凝水收集板和凝水隔板；所述凝水隔板将所述凝水水箱分隔成多个区域；
所述抽气器与凝水水箱相连；
所述压电驱动超声振板设置在所述凝水收集板和所述凝水隔板中；
所述信号处理模块与所述电子振荡器通信相连，所述电子振荡器根据接收的信号控制所述压电驱动超声振板进行震动。
在本发明的一实施方式中，所述凝水水箱隔板上设置有凝水隔板联通孔，所述凝水隔板联通孔将所述凝水隔板分隔的区域联通起来。
在本发明的一实施方式中，所述凝水收集板设置为多层，并且每层所述凝水收集板之间错落布置。
在本发明的一实施方式中，所述凝水收集板采用金属材料制成，并且在其中间设置有所述压电驱动超声振板；所述压电驱动超声振板通过基座包围并固定。
在本发明的一实施方式中，下层的所述凝水收集板中的压电驱动超声振板的面积大于其上层中的压电驱动超声振板的面积。
在本发明的一实施方式中，所述凝水隔板采用呈上密下疏的方式布置。
在本发明的一实施方式中，所述凝水隔板中的压电驱动超声振板通过基座包围并固定在所述凝水隔板的中间。
在本发明的一实施方式中，所述凝水隔板中的压电驱动超声振板采用呈上密下疏的方式布置。
在本发明的一实施方式中，所述信号处理模块接收工况信号和凝水溶氧量信号，通过处理标定，控制所述电子振荡器的输出信号频率与功率。
与现有技术相比，根据本发明的一种海洋平台凝汽器及除氧装置，采用热力除氧通常需要额外引入蒸汽加热凝水，管网复杂、效率较低，针对空间宝贵的海洋平台动力系统热力除氧与水泵汽蚀之间矛盾难以调和问题，本发明提出利用海洋平台凝水水箱空间及折流板布置超声振板，折流板有效抑制海洋摇摆条件诱发的凝水水箱液面振荡，降低海洋条件带来的不利影响，超声振板诱发凝水中溶氧及不凝气核心空化，促进溶氧排出凝水，在较高过冷度环境维持较低凝水溶氧量，从而维持水泵相对较高的实际灌注高度，降低汽蚀风险，提升系统安全性。另外采用该方案效率较高，不需要再额外配置蒸汽加热装置，系统得到大大简化。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的一种海洋平台凝汽器及除氧装置的示意图；
图2是根据本发明一实施方式的凝水收集板及压电驱动超声振板共形设计示意图。
主要附图标记说明：
1、乏汽(蒸汽)入口；2、凝汽器；3、凝水收集板；4、凝水水箱外壳；5、凝水水箱；6、凝水隔板；7、电子振荡器；8、信号处理模块；9、工况信号；10、凝水溶氧量信号；11、抽气器；12、凝水隔板联通孔；13、凝水出口；14、压电驱动超声振板；15、基座。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
受限于海洋平台空间与配重十分珍贵，为保证海洋平台蒸汽郎肯循环管路安全性，抑制设备被氧化腐蚀，需对动力循环中进行除氧操作以降低工质中的溶氧量，其中热力除氧是常见的除氧方式，然而一方面热力除氧方式中需要额外配备蒸汽管路，增加系统复杂性以及占用空间，另一方面热力除氧将凝水加热至接近饱和状态，在位差有限的条件下，下游泵实际灌注压头过低，尤其在海洋环境容易诱发汽蚀，加剧振动噪声的同时严重影响动力系统安全性及寿命。
如图1至图2所示，根据本发明优选实施方式的一种海洋平台凝汽器及除氧装置，包括凝汽器2、凝水水箱5、抽气器11、电子振荡器7和信号处理模块8。
其中，凝汽器2位于凝水水箱5的上方并且与凝水水箱5相连，用于通过凝汽器2上的乏汽入口1接收乏汽(蒸汽)，进行凝水后，并将其传送到凝水水箱5中。凝水水箱5包括通道形的凝水水箱外壳4，凝水水箱5内设置凝水收集板3和凝水隔板6，用于收集凝水，并通过凝水出口13将其排出。抽气器11与凝水水箱5相连，同于从凝水水箱5中抽出气体。凝水收集板3位于凝水水箱5的上方，且位于凝水隔板6的上方。
凝水隔板6采用呈上密下疏的方式布置，并将凝水水箱5分隔成多个区域，区域之间通过凝水水箱隔板中的凝水隔板联通孔12进行连接，用于将各个区域联通起来。
凝水收集板3设置为多层，并且每层凝水收集板3之间错落布置，通过层层收集汇流降低凝水落入凝水水箱液面时速度，防止通过溅射等夹带溶氧进入凝水。
信号处理模块8与电子振荡器7通信相连，用于接收工况信号9和凝水溶氧量信号10，对信号进行处理，并将处理后的信号(几十千赫兹到兆赫兹)发送到电子振荡器7，信号处理包括：通过处理标定，控制电子振荡器7的输出信号频率与功率，进而控制压电驱动超声振板14的振幅与频率。电子振荡器7根据接收的信号控制压电驱动超声振板14进行震动。该压电驱动超声振板14设置在凝水收集板3和凝水隔板6中。
如图2所示，以凝水收集板3为例，凝水收集板3采用金属材制成，并且在其中间设置有压电驱动超声振板14，压电驱动超声振板14通过金属的基座15包围并固定；下层的凝水收集板3中的压电驱动超声振板14的面积大于其上层中的压电驱动超声振板的面积，使得每层中的压电驱动超声振板14的面积从上至下依次增大。
凝水隔板6中的压电驱动超声振板14通过金属的基座15包围并固定在凝水隔板6的中间，并且压电驱动超声振板14呈上密下疏的方式布置。
将压电驱动超声振板14通过基座15与凝水收集板3和凝水隔板6连接，在电子振荡器7的作用下产生高频振动，从而诱发凝水在较高过冷度下汽化，带出溶氧。
如图1所示，本发明的一种海洋平台凝汽器及除氧装置的工作流程如下：乏汽通过乏汽通道进入凝汽器2，在凝汽器2中冷凝成过冷凝水，并落入凝水水箱5，在凝水水箱5中设置有凝水收集板3，凝水落在凝水收集板3后被收集，同时凝水收集板3上布置有压电驱动超声振板14，产生超声信号使得凝水在过冷状态下围绕汽化核心形成气泡，将凝水中溶氧带出，初步除氧后凝水落入下层凝水收集板3，进一步降低凝水下降速度，从而避免由于凝水水滴直接落入凝水水面降落时速度较大引发的氧气再次夹带；在凝水水箱5中收集凝水，凝水水箱由凝水隔板6分割成不同区域，抑制海洋摇摆条件下诱发的凝水水箱液位剧烈波动，不同区域之间由凝水隔板6上的凝水隔板联通孔12进行联通，凝水隔板6上同样设置有压电驱动超声振板14，将凝水水箱中的溶氧进一步由超声汽化后气泡携带出，同时在超声作用下使得水箱中凝水温度分布更为均匀，凝水隔板6上压电驱动超声振板14布置呈上密下疏形态，以防止汽化后气泡在上升过程中溃灭，氧气再次溶解，凝水由凝水出口13排出，含氧气等不凝汽以及部分蒸汽在凝汽器5上部被抽气器11抽走。
通过本发明的一种海洋平台凝汽器及除氧装置，能够实现较高过冷度下的凝水超声除氧，在实现除氧功能的同时，保证下游泵具有较高实际灌注水头，从而避免下游泵汽蚀风险，同时可以取消热力除氧中蒸汽管路等，简化结构，提升紧凑度。
本发明提出了一种结合超声除氧的船舶凝汽器及除氧装置，利用电子振荡器控制压电驱动片产生超声振荡，使得一方面凝水水箱中温度分布更为均匀，另一方面在超声作用下，在汽化核心周围更容易产生汽泡，能在10K甚至以下过冷度下触发并维持微细化过冷沸腾，从而将凝水中的溶氧带出，从而实现溶氧功能，另一方面较高过冷度也使得下游水泵实际灌注高度显著增加，维持整个蒸汽动力循环安全可靠性。为适应海洋条件，同时为防止气泡在过冷水中溃灭重新溶氧，在凝水水箱中布置隔板，压电驱动超声振片与隔板共形设计，压电驱动超声振片布置采用上密下疏方式防止表面溶氧向下扩散，进一步降低凝水溶氧。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种海洋平台凝汽器及除氧装置，其特征在于，包括凝汽器、凝水水箱、抽气器、电子振荡器和信号处理模块；
所述凝汽器位于所述凝水水箱的上方并且与所述凝水水箱相连；
所述凝水水箱内设置有凝水收集板和凝水隔板；所述凝水隔板将所述凝水水箱分隔成多个区域；
所述抽气器与凝水水箱相连；
所述压电驱动超声振板设置在所述凝水收集板和所述凝水隔板中；
所述信号处理模块与所述电子振荡器通信相连，所述电子振荡器根据接收的信号控制所述压电驱动超声振板进行震动。
2.如权利要求1所述的海洋平台凝汽器及除氧装置，其特征在于，所述凝水水箱隔板上设置有凝水隔板联通孔，所述凝水隔板联通孔将所述凝水隔板分隔的区域联通起来。
3.如权利要求1所述的海洋平台凝汽器及除氧装置，其特征在于，所述凝水收集板设置为多层，并且每层所述凝水收集板之间错落布置。
4.如权利要求3所述的海洋平台凝汽器及除氧装置，其特征在于，所述凝水收集板采用金属材料制成，并且在其中间设置有所述压电驱动超声振板；所述压电驱动超声振板通过基座包围并固定。
5.如权利要求4所述的海洋平台凝汽器及除氧装置，其特征在于，下层的所述凝水收集板中的压电驱动超声振板的面积大于其上层中的压电驱动超声振板的面积。
6.如权利要求1所述的海洋平台凝汽器及除氧装置，其特征在于，所述凝水隔板采用呈上密下疏的方式布置。
7.如权利要求1所述的海洋平台凝汽器及除氧装置，其特征在于，所述凝水隔板中的压电驱动超声振板通过基座包围并固定在所述凝水隔板的中间。
8.如权利要求7所述的海洋平台凝汽器及除氧装置，其特征在于，所述凝水隔板中的压电驱动超声振板采用呈上密下疏的方式布置。
9.如权利要求1所述的海洋平台凝汽器及除氧装置，其特征在于，所述信号处理模块接收工况信号和凝水溶氧量信号，通过处理标定，控制所述电子振荡器的输出信号频率与功率。
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