主换热器热端温差过大的原因和处理

% q' c! L3 |! T9 P! f1 　主换热器热端温差偏大现象
+ g4 k/ S; R. {. s9 `某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
# ]" N/ G( D: ]; i8 D增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
8 R5 V; e* G7 e: R0 M( W, j换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
; I; a& ]' V% S. n热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
8 ~0 m: a# l6 B9 F! i- l进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进
  J. Z* F5 [, B膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
3 ?9 X& F: M* z7 W  h此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
3 P/ ~: w8 a* F1 H- g2 n节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
$ }+ M3 |" E0 K. w较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
1 A7 j% t2 \* \0 g9 X足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
5 h) B* o4 e) w3 h当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求
变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增
5 C$ H; K/ J0 ^: L; H) c0 O/ [压空气还是采取两抽口为宜。
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
2 N3 r, R7 T) h# [8 B4 f备都采用了增压空气两抽口设计。
6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
0 X1 ~% ^" F) h& p: a3 Q$ U: e2 n2 　原因分析
1 ~. b# }( W4 M% g- p" d" G. C. f造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
; N% R0 w# G/ r$ V+ q% _+ @2 X- j9 Z器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
0 w* F  I$ i' t/ @& b& a' \# f9 g& C增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
- T- X1 N) G  j! O! s7 F3 c温度调节的主换热器。
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发
现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。
(3) 操作时工艺参数调节不当。
* T# O  [9 m& D  i9 X/ j: r根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主
  U: t- S4 a: H5 P; O6 u换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
4 ^# P/ ]  g( y) T员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
4 U% h! ~/ w5 H越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
1 K4 j7 O7 E( I& F* E6 o主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
' |& s4 J4 u; q8 T9 N0 S3 R要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义
: }/ v! x! m$ }7 P% r9 z" G, p& |: h上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流
气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
+ o- w( g# E- J3 o8 [温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
略小一些。
' R9 k/ R' |% R产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
9 W- q7 H3 |- h6 ]8 v8 F的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
% N9 S1 i" u0 ^" D等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
& j# A* P8 I2 m  \0 G# P热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
0 ?1 a2 j4 J7 a" k+ z3 D" |度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
2 W0 K. t+ |- r  W% H  ^4 G低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
3 　解决方法及效果
# T. b+ G& j% w3 t0 ]- W对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
. y4 B9 A3 }% `# J. r* G压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热
+ z) z; M  Y6 G* D- {6 m器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
+ u" _2 z2 F) ~7 m. Y1 n趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
. y& {- f3 w& j! K* s" ]9 F& g3 Y面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
3 C- v4 V: c$ p温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
; Q* C. r- C) s6 X5 {  u; o2 b分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温
差缩小至3 ℃以内。
! Q- a+ }4 x9 |4 　结束语
% F9 C' D, U' k9 g# G产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
, x# R, }- `/ }0 C然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
4 j# L# Y$ t5 h大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬
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写的不错，学习

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学习{:soso_e179:}

                                                            

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