主换热器热端温差过大的原因和处理

1 　主换热器热端温差偏大现象
7 n! t4 d. C. n: |5 A+ _某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
+ L, L3 d( @* ~- v增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
6 o. C, K& J: T# b% _8 p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
; }3 E4 G& _! d3 _  D6 G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。
此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
* M" J  T. ?2 {7 {& {* B0 D节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
9 W* p4 P1 l7 `8 J  X/ S; R较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
2 g* d0 J4 V% |9 |) O" G压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
8 e3 [' e, y2 g* o* b$ ~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
0 Q# v4 w4 n. H* j. h6 E种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求
. Q6 m  C" h" B1 I3 H* Y6 n9 p变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增
& P; `# ~% s  X! Q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. s6 y' b6 p1 ]! c( m# q器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
2 s4 s: t1 ]5 G( L0 i; S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
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
端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
. w+ I( k4 J! ^: }2 a( M～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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/ z1 d8 l- n+ Z7 a; |6 U1 {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:
& s& u- [6 F" T, J; d8 y: S(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
0 z7 g" h' U) ?# w2 b6 O' A4 m$ T增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
3 z& i6 W, `, ~8 X# d$ A& w据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
1 H" P2 u2 @, d2 p' j$ Q4 e2 F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
7 n2 Z& a7 P) ~' x换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
) p- K" o) F8 @4 Q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。
. r) m0 b7 E' {/ \( v+ B1 V根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
/ p6 @: y5 k$ x; I% X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
6 J" l! O9 Q# u+ e: Q2 p) k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
/ j, h  V- q! s! A& B" m6 L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 ℃
  m4 D  k' n* m. o+ }& \& {略小一些。
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
: p* @; [; W3 }, \; S4 x$ B的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
. Q7 }7 L4 ?, L% t& a& A" J等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
( n/ x; p$ b: o热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
( Y  D* P& M: f. `: w& G度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
/ v  R+ F! X* P' u低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
9 X& Y- \& j7 t/ T8 E7 f增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
1 Q+ K& q1 ?# R越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
) d, `/ |% K0 r; i; F5 s: O3 　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
, R  J3 _7 ]/ }9 O( b* {阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
  \1 d' a" r. C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
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
趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
2 `3 y4 K) }' l9 x, H; ~面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
, o! m, h9 N/ p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
; [- M5 H, b0 a, G2 B+ \5 A- K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。
- y1 e; Q8 a7 y9 }4 f2 L4 　结束语
4 n9 T4 J! y, \产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
# u  j6 j3 o$ }2 t然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
" `3 _# f- G. D2 F+ ?6 i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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