主换热器热端温差过大的原因和处理

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1 　主换热器热端温差偏大现象
5 `( L% \7 r$ V; f; U4 ^$ F! I2 q* d某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
/ S- W6 ~. D! k6 `增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
6 K3 _: [) G0 m, E: |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。
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
0 J+ D9 ]3 B0 [" v  S/ z/ R0 Q膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
6 L: K! d5 D0 g! D- T$ N  }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。
此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
% b/ S! D+ r' Q2 M3 e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
压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
* H% i, [& |; @5 }5 |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
+ M0 @9 k$ ~- M( H; x& Z变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增
压空气还是采取两抽口为宜。
8 q7 l3 y) T5 t) N) k# L" s6 x笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
. E, ~4 Y1 _: V; B4 S器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
) t+ _" T# V0 c1 a- L& x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
0 t  p9 ~7 [) N备都采用了增压空气两抽口设计。
& `) w* F% W9 v) f9 @: h9 x6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
' J3 ?- P6 C+ ^( a6 O* {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
2 　原因分析
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
$ R9 w1 o: g$ S/ ?# L5 S器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
# v" T  _+ Z( g3 p增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
- S1 w( g& r  w  f7 J据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
8 M6 z+ ?% J! s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
1 d5 |9 M3 D7 n. m; d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。
7 N- A) c: @! _$ s4 [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
换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
  E  |, e! S; k" f- L; M越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
5 g! k2 j) R2 T% b要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义
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
温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
( B$ G3 ?) s1 u3 k5 q/ ~" F# m略小一些。
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
0 |8 ]7 A. X# B1 P0 S4 T7 Q# W热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
: D9 R; j- \; L! X/ A0 l0 s度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
8 m1 `6 N2 W) m$ k: }4 O低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
/ F8 K" ~/ I4 u" S$ u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
# x; m' z" |: X0 G越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
; |4 r+ c9 G# i, C3 　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
7 C/ @/ G4 Y1 h. m( r. ^6 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
& B+ W+ J: r- R$ `( s7 K  D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
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
9 ~! q5 ~) T/ w, ?# I- a  n趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
& p# N; V: T; u! ]面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
* H1 H- e8 |  c4 y9 \8 s/ {. U6 S) u2 `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
7 }0 X5 x6 x) L3 \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。
4 　结束语
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
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,
% Q. Z8 h4 |4 J4 M3 s5 h最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬

积极参与，共同提高