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1 主换热器热端温差偏大现象& ^) q3 S1 `0 b$ ?3 |. D* W
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、5 f6 x% l8 b4 n _( ?7 M
增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主6 R7 B. A l7 E1 N# u
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
- |, y- z t* y. r( ]和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。* P$ D9 r; _) ]" m" Y2 M6 V$ @
热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来$ }$ ^2 S6 m3 y( e
进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进( R$ v9 `7 Z5 D D- N. C& A: |2 s# P: t
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
; u8 F7 Q* h- S1 J2 N温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
* A( n5 D- f; r- J5 U因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。, R, l5 T d* C6 M6 \
此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
' D3 s! l! ? U% |8 a# }节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
/ U# H5 c7 q; w j, B较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增3 D8 A; @& s( I* h& Q6 b
压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满% o1 c7 g( U" I6 q* f: E1 d* }
足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适9 l$ }1 I5 w, ^0 f7 s
当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这+ a% i" s5 x5 l: [) x' @/ o
种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求
8 u& \. U$ \; h6 Y变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增
4 z$ ~( |8 A+ V! Y0 p压空气还是采取两抽口为宜。7 \- y6 G4 R; I1 V$ X: P" @
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热4 I s/ U4 b% e# v
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一- W: J% S- W& V! ^
种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
/ b' a1 }9 z* s6 _1 `# h' d都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设' i( g7 ?0 K2 X2 }5 G! L
备都采用了增压空气两抽口设计。
1 ]$ L4 h% Y, r" f: r3 c6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热9 ?1 F4 Q/ Q6 I- }+ _% L
端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃, [5 w& R) H4 N+ p9 ^; P! w
～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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l; g8 X0 L3 k) e$ {# W- Q9 R6 E© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net5 V4 Q6 R& Z e# \) b/ b
图1 6500m3 / h 空分设备流程简图$ ] O9 b- A8 `4 f# s2 }- t" d
2 原因分析' w! q( B+ f: [4 n: f4 J5 k6 T$ {
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
* x1 `5 N j* O(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
+ w9 ]: ^! y' ^. ?- ~# S器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器7 u" U2 b/ T- `
增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根' p+ e l+ ^! d7 E% ^" `; Z
据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
+ z+ |1 _* d/ u" z温度调节的主换热器。
1 T1 n# G6 I5 A( d4 P' X' J5 B(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发2 n3 p8 |) K3 R( P. S6 x% r
现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
; E- m- o* N+ l# ?3 N换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
3 P9 k2 |( [1 T. d+ J足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。
9 _* O% N# u5 @/ P y! q* i f F(3) 操作时工艺参数调节不当。% f! w. [" t* g8 t' ?! N4 I1 t( @
根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器8 m1 `% [& ?8 T+ m$ w
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主
9 ^5 I0 N7 `! I+ `& b0 X换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人! U! N2 Z: X8 N8 P
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
7 [* L: W$ w# _6 c' e# q/ d# D越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
n3 C& W6 {7 E主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需# O' d( c% z: u8 n- {* D) u; [
要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义! I6 }" u* m6 u- J/ \0 f; `
上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流
* |! d9 c3 g+ `9 T1 B8 s气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
% _9 F4 X( |, M0 T- G2 Q$ p+ C温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
( }4 n- I) k: P3 y: `略小一些。
: \) e6 d. i3 N/ T3 n产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端( u. G) H( z8 m
的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
6 {8 L9 ]$ Y1 t( A等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
5 H2 M" [5 X$ x6 s3 D# a0 i+ q, t7 Y3 _热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
# L4 B& Z4 q# j" _/ u$ T+ g度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度& @) G" K# t, i- Y$ O
低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利! R X4 w" n+ ]# [$ ^2 ~
用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
( V% z- G, ?& f% f1 i- u; Z增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差; x( [1 ?" k# |% ~( u: r) p) f
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
8 Y7 o. n2 z& k3 解决方法及效果
# C( {! I3 Z; K- |! a# Q对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节0 a0 [+ g, _0 N. h" u+ H1 W
阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增+ e' o# w) c H9 y* C
压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻. t! d3 ~5 U7 x9 r6 Z# M& B
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
2 B6 R* u: J! p& V( b机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热
. l' ]- a6 P l器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
' [( P- q$ E. l M趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
& e& O4 [4 x0 h! |面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
/ N- g' N$ v% h. S! ]* X4 e3 ]温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
$ x+ b% U" P5 O3 ? k. n# h! Z正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
. h9 l% A4 k. u6 O: M分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温+ S$ ?8 ?8 H V% O& s
差缩小至3 ℃以内。
5 [$ o0 @+ U# \4 结束语
0 u. h @ N1 g. e) b7 l产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,* U2 q7 Y& g" f- q2 x5 n
然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。0 h% g; w; F, ]3 p0 P4 j9 n; a
大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,% V R) U. y- O7 }" C/ G$ N& A( B
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬
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