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本帖最后由 李杰春 于 2013-7-16 22:28 编辑
( M4 i% l8 W: V; y6 g0 V# Z$ D$ Y9 Y# J7 c. v9 x$ p
1 主换热器热端温差偏大现象$ P( N* U2 g( H3 }: ?# j; m
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、 ]2 Z9 j$ G1 P. C/ C
增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主. J' P7 e% T. O! T
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器# E' W3 |% p( A' j: Y) i9 p' Y
和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
# W5 z' y2 N# K/ {1 X: n热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
# {. k5 @. n& }- A进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进
S$ O N* K% b/ z! s! o膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
6 V' `6 a3 q$ ?1 g7 b7 g& V温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。0 M: V" F2 J! r6 e1 M+ V
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。' W, o$ R+ C+ U- e, X$ {$ @/ _
此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调; F) a% }: I) h! ], z: |6 E* l/ r
节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用 c' D! O( i2 f9 P) E
较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增' V6 Y+ F4 x0 e7 Z! S5 [
压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满1 g Y5 i) l& ^8 S0 I5 ]* f% f
足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适1 Z+ ~) }5 C/ ^0 I1 B
当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
; s; y8 V. |0 b% @- g种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求5 |6 _+ Y% U# Q
变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增! @+ b1 l& w5 z+ E. h+ O
压空气还是采取两抽口为宜。. m+ _. o9 t# I6 z+ Y/ ] M. R5 l
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热4 |8 \; E" D6 e5 @9 X
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
: H% C8 I9 Z0 J9 q% g* P5 T x, m种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
( \/ O# ]9 M, S, o4 h4 Z$ R) o都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
( J2 y' }2 R* t2 X! C' }备都采用了增压空气两抽口设计。
" X: [+ D- s; x6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
5 @* Q% L- F F, |端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃6 d4 h3 W$ }6 n7 q, F# ]5 L
～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。1 X! i0 ~! t9 N- P t, J Z
·55 ·8 E D7 K y6 M6 e) @
图1 6500m3 / h 空分设备流程简图
: g" o2 d0 Q _4 p# H" W: }5 s2 原因分析
5 m; C I" P; I5 Z" u. F9 z造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
3 q3 G9 a8 C" c* H. m: b* }(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
+ @& u8 E& N. i/ ]- a; |7 v器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器# q9 U; T9 v) J9 l
增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根% _- x" J3 B- V8 A7 J
据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
, Z$ a$ J" {8 h5 F- P$ o" W9 M温度调节的主换热器。& Q8 I I' J7 M4 ]9 |4 _
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发
, |2 Y/ j) q0 B7 {5 `现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主0 S5 M1 k2 m2 C( p! ?
换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了. E' ?# {$ A, V8 R$ Z; r
足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。& ?- B! x3 h# G; a! c6 ~3 H# N
(3) 操作时工艺参数调节不当。
6 n' z: ` P* j; K" `根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器( H2 [, F% e5 t* _/ p a7 W- e
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主
4 P! c- ~' a9 ]* O换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人$ V3 k$ B5 q8 M6 \, v
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就' _) U+ {* g7 c5 v
越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
) Q4 K, b; g. E6 x( e& u8 _. H主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
/ X8 K" Q& c3 w# s7 j7 q9 P( F要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义: v+ Q& X) k i$ P2 h3 l8 l
上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流: ]9 e% _( \- w9 W7 f( v
气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均% w7 [) w& y$ F
温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃" I* `9 f4 S( T
略小一些。
! n6 R& P- Y5 Z, o! e' h产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端9 @5 g) R/ }/ \5 p$ Z' Z( E
的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相. q* k1 `: O/ d) _! ~$ D; u' u
等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加' _( [" @4 ~, i3 B3 S
热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温) P4 H# N; s; G5 _
度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度0 b. T0 U4 L( z# `& O# U
低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
+ }9 k# K7 s I1 x! ?用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时# o1 r/ \3 w# L; \2 o/ [: o
增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
5 U/ F5 w( H5 a( @1 F越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。! T2 E9 U% Q5 u' X; q% b
3 解决方法及效果
' R( r3 g. [; \6 U对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
1 W2 n% r, k5 @( j; ~阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增 e' k8 O3 P$ x9 L" J, k
压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻; k1 h2 a$ Z L# M, z8 Z& i
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水/ q E4 s4 @. G$ L0 u, ~" ?9 N9 d
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热
) R! G& l' F* k7 v8 n* m器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者9 R/ N' G& D& K. j* b5 O- f
趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热 n5 {1 @$ q) |" @
面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端& n& W0 k( O, Z' ^) u
温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于- [. m. I. m" X z' y* @/ _) K5 t
正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部: _7 P# q, K) P, z7 F' i
分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温6 F) o! Q5 e- |' u! P. h
差缩小至3 ℃以内。
, m) y( i, ~9 y4 结束语2 H. P) ~. g+ X0 B" H: ^
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,; _, f- ]- Q( Q6 W
然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。 I3 E3 K* b0 ` f4 p& D* N
大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,% m" Z/ ^# s. n, I% V2 q
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬ |
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