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1 主换热器热端温差偏大现象* v* k! d: Z' o8 M$ A
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
( _# C' P d/ M* b增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主0 d' N: N+ O* S4 `
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器/ g" ]! H1 E7 G: S" k, h6 a
和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。/ `7 P# m1 k: x& `' C8 |
热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
( m' W' u( E# N" `进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进% Y# E* S7 g7 A& m; e6 a+ }
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
" G. N( u. r; G9 X+ B温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。9 m& v7 p0 d; h/ E7 M/ i
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
( O: R. }: e; J2 a) g( X* k此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
+ K3 Y6 ~2 L4 M% h节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用. \2 w7 v3 v' d* `. |3 D1 m7 k2 ?
较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
$ m$ N4 B- a J. r# f: ?( s$ c压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
7 c1 F/ s w9 `9 G: ^; r4 `' @: G0 M足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
) z" r$ g' [. X d! c, N5 r2 B当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
3 t9 U6 R' P$ z% @/ X" {& S+ B种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求2 H+ U7 @7 }& v$ P7 ~! j# u5 |! k
变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增
5 e) J" s3 K! j: Z: M压空气还是采取两抽口为宜。
, E9 Z- @4 ?& e, m, p; K笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热6 j) [0 E: S G: P
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
0 C% Y. K( z+ T. X种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦 [- ^. A. Z1 B/ i
都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设5 \* ]+ _; j' g
备都采用了增压空气两抽口设计。) C/ ?0 i! E& }* I% M; U; a
6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热. `& ~+ u; ]3 q* f+ J7 ?: z0 e
端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃& u* j6 Y1 z+ K9 l
～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。. k* C; @+ T9 H& }# k* q4 }2 e5 y
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© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
+ \ I, g+ C% ~8 _0 I! `& R! _图1 6500m3 / h 空分设备流程简图1 }/ y. q" d% a$ M) e
2 原因分析; E5 P6 I" F3 l9 f+ z8 n
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:# J8 \+ \2 |- Z3 J9 S4 w6 M: P
(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热* u% z' \/ \8 p: ~# V
器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器) e9 f% v6 u! l1 Z5 O% ?
增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根0 W4 l( U, y: b
据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
2 Q- O! M! ]5 V& _( U5 S2 r9 K1 L3 X( _温度调节的主换热器。
2 _( i' A% C% }/ p8 R( E(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发
]+ h& N7 B/ m0 s+ R0 P现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主3 p( d2 s( S( \6 ]: [2 a/ U( X; P
换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
3 l+ k/ U: J0 X8 U足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。- Z) o, r* |$ ^. d
(3) 操作时工艺参数调节不当。8 |: I4 S! i4 G/ e1 X
根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器- u! G. A1 q1 _$ d& G0 d
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主
2 E8 T6 o5 U9 x8 |: B换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人! y# P) X# g' Z* t5 W8 d9 [1 {
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
9 Q" [- b- A, Q* d: d* C越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致/ R$ P" f' v4 P. c) U5 `# U! C( i
主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
& H7 B. G9 K9 m' E# ?) a要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义5 E& \; a, N9 p
上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流; O E; \8 c, P3 E: i
气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均& N2 h& _8 ]& }8 y: E
温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃; j$ w% `; R; N2 i% S
略小一些。+ B4 q0 _3 J/ z) ?) y/ a
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端( h8 x! h5 v8 C) }
的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相: h. z3 Y3 ~: \
等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加; }, ]" o: f* I1 j
热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
) g5 U5 Y" B$ b2 F6 m* _ A度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
) u7 M9 r' `% A- }/ ~6 f低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
" p" F5 {9 t0 H0 r$ m8 `5 Y8 o用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时 Y/ q' o* x j* I: F; m1 q+ T+ z
增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
( |: ]2 P; X$ Q. G) o0 P越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
3 y/ _/ h! F# h' z# X3 解决方法及效果7 }7 B8 j% J0 |. ?" ~5 U5 F
对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
0 n: t+ \) B7 A阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增) x' m4 Q. v9 s, q* j
压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻- s; U+ D, F" {1 z
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
/ O! t z9 M" \. |: K机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热
3 k! q) h% O: J: O- D/ S0 S器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
' @+ Y O b' g" Z9 |' {趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
L: m8 D1 a: |3 w. e% |' J面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
5 r$ E j; u9 M$ ~9 h- y温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
- {/ S: e2 w1 s. n+ ^5 ?8 J! }, {1 g正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部0 Q! I4 i4 v: h( C4 `
分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温' _8 s2 t' E1 a- n6 {" Y$ X% [
差缩小至3 ℃以内。+ D0 n1 Y( c# l
4 结束语
' q" T8 ~4 ?& \& d6 N% ]+ B6 s6 N产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
0 {: ]9 F# q( J; f/ P3 R+ h1 \, j然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
( d0 c4 y) E( n/ F3 ]& [" s大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
! _+ |( W+ h! A最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬4 |5 }* V' X# p' `4 A0 C# n
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, l4 M# e! V( ^$ Y, l© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http |
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