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本帖最后由 李杰春 于 2013-7-16 22:28 编辑
/ P# {5 Q& O2 q( P4 G4 `4 i
/ z- B; q9 ?+ R1 B; u1 主换热器热端温差偏大现象' \9 W. i. y" H; G2 t9 O
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
) s" C0 F7 |, S7 ?% _增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
6 \! d- N. d9 }8 b+ X换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器5 m/ w5 y3 N' ]+ I/ [
和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
' l" G0 H/ j- y# e" e* B: a热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
( [! m( ]% v! R ]1 w5 V, ` \' Z3 H进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进
2 f. s6 ^( o7 X O- M; |) Y- _膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
0 }, F! A- b3 A% Y! Z1 @# C5 M温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。7 ~; L w7 \' j8 v, l/ Y# i+ A
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
- t+ [- m% n; W' p" s3 p此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
; M7 P2 I" L" P2 a; x1 V/ o! v节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
' y$ H: I7 M/ V2 ?$ V* s较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
3 M! |: R8 Q& ~! h8 A0 @压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
% F+ J: U) o& w. B2 D足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适& J4 p( J8 D( _7 W
当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这' t2 @, ~. R) G/ Q2 I
种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求
1 V! [% J8 S) E% J }* e, Y变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增0 u: v. w* U6 O; @ t" g
压空气还是采取两抽口为宜。4 p3 M& R( o+ p9 d8 l& C) O: `; _
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热) ]8 L+ |* f& A: E5 _, ?) F
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
* O5 {* L) c( J种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦( E* p" b# g/ e) @
都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设3 N" I2 ] |6 K3 z
备都采用了增压空气两抽口设计。
1 t8 P5 {! }# w4 M/ q9 b# l6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热1 @* Q9 x! k a& \; ~# q
端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
: j N; d3 V- e7 U' t& e9 Y～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
. t( V2 m4 n8 x·55 ·2 K( v6 j5 I2 \& [ B
图1 6500m3 / h 空分设备流程简图
8 Z. S5 i6 K9 \2 原因分析8 v' ]+ j, N7 P) r+ Y
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
2 W5 s! q. h3 i) [7 V6 z(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热$ E7 ?2 i- |/ ]' d { X
器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器! _( G/ Y6 o4 V; }
增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
+ R( {1 q- u4 L; |" q: x据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
7 L3 h2 S9 Z5 S+ o+ }温度调节的主换热器。- z" e, I/ _' X$ f1 u
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发8 T7 e, V# C4 P! L+ q
现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主! i! l! v" K M
换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
7 f, ~4 h2 r) h* D足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。
% z5 j: y0 s$ a5 c. W(3) 操作时工艺参数调节不当。
+ ]6 ^4 ]( E! }7 {6 K; @根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器: p# t* S) u s5 j5 R7 V
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主& c' X( z) a% y# {3 n2 \
换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
! o, f! j, L$ p员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
+ ~, q& e8 ^5 \2 G' t6 u越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
* X2 {8 I" y( e# w6 I- |: y主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需0 s7 N5 Q0 V# ]
要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义
g! S: P0 d4 b$ w0 D$ t上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流
8 c3 ~% n$ S! i1 n气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均4 R0 M* p- w) w/ ^, F
温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃* l. _+ H7 ]7 V- n& ^
略小一些。' o8 p$ ]% E/ ?' ` u8 z
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端; R% z5 e8 Y/ I! v3 U
的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相% V( G7 a0 `% M3 D5 ^3 a7 j, |) |
等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
$ k7 [7 o( ]6 n) j热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温4 Y* K4 t |* ?% [" \
度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度* j6 f! q8 f& X* \# N* G
低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
% y. F9 M/ n! O* v* {$ e5 y用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
7 D; h. z$ d9 d: Q; D# u增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
( X* a% y+ Q8 P9 i5 u越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。4 j z/ F. y5 w$ f1 w# n
3 解决方法及效果
. s8 x* M4 w: i5 X/ s/ e对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
9 W/ k- I8 y/ J5 D! k: u8 Q, I阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增3 S7 S3 I# c+ y, j' o R$ E$ [
压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻4 e( u0 s+ g4 M' d! v) o* v
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
: G( {. j% Z6 `4 C/ C5 @机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热
9 Z& d/ x5 r9 T2 ?8 J器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
0 {9 L: v: W6 j5 s9 D6 {. ?趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
# e% y& b' O( ~( z j( E0 ?* Y面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
! s: C% x* L; B温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于& I+ j+ l/ j0 }& _' T# }
正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部# B: a* _3 g( K
分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温
/ Y$ h+ ~0 j& h6 @5 Z差缩小至3 ℃以内。. B8 V% w& s/ h6 M) |) B
4 结束语* D2 s! {$ B* C' L7 T# x" {; B
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
* ^ P9 {9 B* y; Q然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。" [2 Z" i k7 V) Y
大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,6 _& J9 g' e$ V* |6 @8 F( b# E
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬ |
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