新疆油田为推广零碳注汽锅炉的应用，需配套改造大量停运已久的高位真空除氧塔，以保障除氧水供给。然而，受限于站场空间与老系统条件，改造中频繁出现因除氧水外输泵与高位真空除氧塔系统设计不合理而导致的项目投运失败。以新疆油田某区域零碳注汽锅炉给水真空除氧系统改造项目为研究对象，结合现场试验及运行数据，经系统剖析找出了失效根源：一是除氧水外输泵与除氧塔之间管道距离过长且上翻较多，导致系统密封性难以保障、摩阻过大及真空度控制失效；二是外输泵参数存在虚标现象，性能不达标。针对上述问题，提出更换达标设备、重构核心设备布局、优化管路及强化系统气密性等综合优化改造方案，最终实现除氧系统成功投运。研究结果可为同类真空除氧塔系统改造的设计、施工安装及故障诊断提供理论支撑和实践路径。