主换热器热端温差过大的原因和处理

6 ]8 f" e; c; Z  K* `7 y1 　主换热器热端温差偏大现象
; x8 Y- q% \- B+ N' v某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
1 \( Q, h, s! t/ m! N, U增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
8 L- E/ r3 I: A9 v( R) v. ~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。
% A' Q9 v' X% R$ w8 C2 Q. u热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
5 |$ l8 q* \+ `6 ^1 l2 O8 X% G温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
' G: e0 c, x. w/ g因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
5 A' W  h/ l1 I$ D2 c2 b节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
& `. t6 O- F8 A! C( k6 A压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
6 `- u# U7 W, t$ g& S9 P+ ]足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
9 G& G% Z# n# ~( d7 F4 m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
' g; e+ ^  F. x* q. Q压空气还是采取两抽口为宜。
2 C/ e& {4 H, B: Y/ V/ g笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
" s/ A$ L! G- k! p  W6 a' }. l4 g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
: ~+ o( e8 q6 x7 P& v3 L都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
5 u1 m# L9 H, t" L7 _备都采用了增压空气两抽口设计。
' b/ ^0 @( N7 h, F+ Z6500m3 / 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 ℃
2 L; e( F/ I7 c6 S～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
2 　原因分析
0 o/ I2 ?0 s" f% @3 `4 M1 C造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
  C% S, y( @! z. X+ K(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
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
温度调节的主换热器。
$ F- g+ x. b0 u! O8 l4 c9 B% B(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
) P* W# f0 Q+ M, U$ f! p/ v! P% C3 J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。
根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
" U. M, I. r1 T) Y+ o, I温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主
换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
( L+ j# C0 H# n8 x' x* Z0 r员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
, g4 q1 f, d/ L6 [主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义
9 v8 K- r% n/ }  Y; U上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流
/ R: s) G+ F4 `) M气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
, \& ]: O! n+ j0 u$ Z8 p3 _略小一些。
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
& @7 {0 v: o4 q" e的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
! E( M! V4 }; ?9 i( @9 q6 r7 ?: s等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
% b5 }( b, {2 C: B, N: F7 a热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
8 q) |) S/ J/ Q& \度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
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。
8 G) }0 q& l" h$ L3 　解决方法及效果
对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
- i% }+ I4 h/ U; z4 h/ k9 t; g, |阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
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
: K/ C4 s* Y! O) q5 A* `" q6 x机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热
" P" Z8 D, J0 E! A5 o4 ?4 q器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
. ~( R/ K! Y, p/ U4 m% f% b趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
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
- S4 R) u% T$ ]7 R分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温
' k* z$ F$ U8 x4 a0 C1 s$ Z9 d  \差缩小至3 ℃以内。
4 　结束语
& L0 l$ ], e+ ?  H- \产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
- |3 A! y) k/ n: j. Q然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
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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  [5 N4 Q# x1 z" E2 q  k0 P& [

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