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本帖最后由 李杰春 于 2013-7-16 22:28 编辑 3 f' l8 z" p' u1 K* c/ A* M* C
& M ?+ D9 @1 p. A0 ?+ j5 [
1 主换热器热端温差偏大现象$ a9 ~1 M/ H7 p* e
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、- \- o" x: w" H! m" N0 f& w; t+ N
增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
* W: m2 y0 {# ` D" \换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
" d8 y. U- U$ A8 U& V2 R" ] f和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。2 U# ? P8 p+ ]! w1 T: \$ J& |
热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
+ p) g2 X3 m; k0 f, C进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进: i- v2 q( m9 J( w# u
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合/ d" B* U1 j" _! n. H& v- F
温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。$ T3 j4 g' b2 T6 }* K, Y4 c! h
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。8 v2 B; D Y# q5 ? I/ p B% X- r+ V S
此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
# r& d9 U( H6 r0 r4 c2 M节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用2 h2 X; q. f) P: q0 d M0 r
较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增) U1 j! W* Y6 A0 `) t( l3 X3 F
压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满" B' j& B2 n" h, j
足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
$ K D1 C; T5 p, S4 @; l8 b当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这9 c6 N% R; f; z2 ?# f, w2 f& n* R
种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求
7 u7 i0 {- P+ _" A4 }变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增
" E8 O" x5 B% P5 X压空气还是采取两抽口为宜。
; U9 P3 V- e3 ]7 J+ H$ n笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热7 u `) f' u9 F3 u
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一; ]+ j! k" P% A9 S- Y3 F9 m0 J
种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
% k1 @1 H$ }& ]3 I# T3 A都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设" N5 @4 b% }& d1 {# @
备都采用了增压空气两抽口设计。& V" i( J/ [, p) J5 B! s$ z
6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热1 M. J4 y2 P/ U6 v' ~; M8 m$ _
端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
' N& _/ |+ A% {+ i$ K～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
/ R+ O. p5 ~ E9 I" O# W·55 ·
; y: h/ H% K7 Y图1 6500m3 / h 空分设备流程简图$ c1 U$ i# A" Z0 i) C. U* D
2 原因分析6 x) F1 ?- K/ j6 `& _+ Z
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:+ W% T$ A0 V. ~) Q) E3 f$ b4 d; X
(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热 \# I1 n5 N& k7 L0 a' f: F
器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器! f" ^# [4 N/ z6 }+ A4 S! x
增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
9 k2 m8 d5 U3 G" a据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带5 \7 n o0 s8 X+ E! u! k0 {
温度调节的主换热器。
1 R+ m) U- I* d* n z(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发
; w0 {1 B4 _. A5 s现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
9 b! G+ m) O0 O9 o- U8 x: G; m- ]: B换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了2 B7 Y; Z: n. K) U6 q6 j2 r- u
足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。) g6 B0 [+ I" A
(3) 操作时工艺参数调节不当。
$ H' ?% |* c9 _! G. v根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器! N; s& k% p/ w9 m+ D' B$ B
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主% M0 s) }: ?2 U) }
换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人8 ^* G- J* A# a; K+ C2 \" E8 q6 V
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就3 ]2 x' r6 d+ G2 @. }4 M/ M
越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致1 N8 r, M2 X; r+ D! m! N* C3 |
主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
: q3 H. d! t2 l3 {" C9 h+ u' ?* i要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义4 N0 ^- r# v: B+ m
上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流. r, ~( }- R( ^1 o, a
气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
" S+ H: H E& k& V" c温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃( g1 k7 v3 T% h" c/ C8 ~1 ]4 G
略小一些。& h2 t6 m% f8 X3 H% Y+ ~3 w
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
, H& c% C! ^3 o) F% g$ {的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相3 [- Y. S) k/ x% D& u0 b
等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加% V7 ~! [6 W* Y6 ]( g( ]+ G
热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
2 p7 i6 G( d( P# ?# T+ i" m度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
* I6 X0 S ]! @低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利 G/ o/ r. \; q. v4 b
用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
6 K) `+ _; z6 y- H& _ H, q2 R增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
, w$ d' ?0 K D7 [" I6 v越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。" }- W. A* }7 a* L
3 解决方法及效果
5 u9 u2 L4 x2 `& b+ p对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
: Z0 o/ w3 p; k阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增4 H! }- I: `/ x$ E
压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻7 u" m6 V% G5 \0 x& ^
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水8 }6 ], F7 O2 P4 P. R
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热" ~, ~! {$ _4 N* b/ \
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
+ z% i; ^- ?+ K: O1 \趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热; Z+ j2 R0 `9 e
面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端; m/ S" `9 d, l
温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
; l$ g% ~1 \, {9 x正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部) L3 [. ~/ g4 ^' x
分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温
0 {: Z+ V4 h* L; [差缩小至3 ℃以内。) I: E: H2 O7 C( Q: x. h9 p; Y8 G
4 结束语! d: y% |1 g$ W N+ ~0 l
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,; h: l8 U4 x# y- R, F" m d
然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
" X, R' |0 L- u2 B9 ^* s大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
- _8 J/ j" _# m6 b) Q最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬ |
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