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
. ~! \( v7 C+ i- L  u某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
) R. [, p) |0 x  r" G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
7 a. h% Q1 ?0 I) {+ s' J8 c! W# M和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
2 p4 [6 P$ G! d3 K1 I" W( ~, Z/ _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
5 `4 C! R; \8 S: y5 m. ^0 D膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
% t' B/ O$ P, t6 L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
6 |2 p' U/ S1 U4 d& c8 }节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
8 b/ H0 q- i. G; b* Z  ]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
9 s0 |5 s3 p8 E# ]9 c1 m' s4 C足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
6 n: J6 V7 m* i$ r2 F" ]1 J当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
% ~" Z# M& x) q: Y# F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
; Q8 M# P5 ^) Q2 Q* 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
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
- b, o2 r; q% p9 E' X( J+ @都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
+ e% _/ n) O/ B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
+ g* K3 b/ u4 ^7 Y' ~: o$ \端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
0 y( K# Z. _  e0 ^, z, [8 s# W& ?# U( x～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
·55 ·
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
2 　原因分析
( s4 n0 m7 m' ?# T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
$ E! Z  a! @) D5 r2 A) N3 U+ K器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
9 `- ~5 n+ L8 `据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
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
' o0 D9 w/ g6 n$ O3 [$ [& P# U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
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。
4 _" E7 R4 @& B* S1 S' G根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
* D5 W( }1 x% h; k; k) U9 |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
  b% P  y7 K. [6 M; _员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
0 t3 c1 Q& v. U! K  v5 i) n7 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
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 ℃
& k* Q  C  o' m- B9 |略小一些。
0 Y+ k7 A8 d" u' d$ r2 Z! \  T产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
3 D- p' V0 D6 k9 _$ j# [的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
; r& Q1 z+ H0 X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
度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
1 J; h& k. F2 z( X4 u低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
+ c3 ]* P' _% c/ m6 D用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
: k/ l8 {& L+ `! `: L6 x$ Q增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
0 L4 Y. l, `0 n" y9 j3 　解决方法及效果
; E: b8 h' G; C$ c, k对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
* R5 u4 B5 _! S+ J- D# N; M1 B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
; m7 \$ c  H1 k+ U) R( S2 o8 J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
: l! I! ]: ~& A0 O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
8 @0 r$ Y: M; f1 [1 b  a3 V: _( u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。
( l; u% O9 L  u8 i9 d+ |, G2 H4 　结束语
0 i2 _6 g. B' D$ P# @, P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,
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬
·56 ·
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http