主换热器热端温差过大的原因和处理

流云天下

1 　主换热器热端温差偏大现象
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
6 `3 Q# L0 Q: v  z/ C* ?5 J; i5 B增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
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。
3 R5 O: t/ o8 D  X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
/ q3 v& |+ R. i4 H% j9 Z. g+ C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。
7 j; F" L+ F3 v/ L+ S8 S  ^" a此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
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
9 a8 z1 M& P. |  V! }3 ^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
当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
1 l, W- q8 ~7 d7 w- `" k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
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
- t) }! _: p( N2 W/ W/ F: V器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
- ]* [2 |4 T. _. [  S0 W3 ?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
9 b' Y# K0 J: J; |  m: t! X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
5 r: Y% ~9 b3 Q. m& S) a  [1 i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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4 ], H) p4 w' I3 b+ I6 s' W9 Q5 K$ P图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
7 D( j( e- ~3 X+ f  w! d2 　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
器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
3 y* ~" c: Z+ V  H. q增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
  g/ `' b' ~* M据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
' c) M* c( R- d. @8 J温度调节的主换热器。
8 I' Y5 d. K  T' h(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
' m5 g6 s9 c9 \" n! [+ ]2 L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。
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
% a9 N/ b9 D& w6 o* S/ a$ |换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
4 l5 U# c7 Z% M  k, h9 b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
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
上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流
# j- t" s1 E/ r" U9 Q9 }! M0 c$ Z; W" b& F气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
7 t  G$ y5 q) d温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
/ v$ F& a% ~' x: Z略小一些。
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
1 i, Q6 T, `/ x9 D+ K, V的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
4 _2 v+ x$ A( @等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
. x. O' i3 l) j度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
1 u- N8 C% s' @: r" y) B$ d低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
0 r. P1 \2 h) q5 o用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
# F/ @. J6 y5 r% E/ ~5 ^9 B增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
( o4 @3 ^3 [" M越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
  |5 Z; I8 h/ ]3 　解决方法及效果
8 ~6 \9 d: G) }+ I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
: p; V" k' k, g7 k5 F8 G- u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
6 F2 \) R* ?/ J; [1 O机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热
3 l! r2 y; _& f2 U) }5 t# w# q器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
/ S3 R" b2 ]/ t6 k' h  Y趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
7 a, t) @, L: `! @' i$ d! d! R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
. s6 l+ i0 \& C2 v4 j2 m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
( I/ a* {# ]/ e) j0 |产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
3 a3 a; v6 {8 f7 c5 B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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积极参与，共同提高