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 y% M7 d" f' X2 ~! n  h某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
, ~) G  T& b7 C7 x: B, z换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
2 O2 t  c9 `2 }3 L& Y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
% j- ^( z& T9 ]/ `膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
% e- E7 B2 M/ V# Z1 M! x温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
' d+ \$ ]0 t5 {; q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
7 s" I1 _' s7 _5 E- i% q2 S7 `7 d节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
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
& c/ [# Q" j$ |- V: F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
" ~5 o, q' k+ B0 l. U# t1 W* w种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求
% K3 P- X! b- G3 y" s4 @2 \: y变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增
: Y# K7 f  T+ K( [+ u9 [* p, S* x0 Z压空气还是采取两抽口为宜。
! X; O) G9 {0 t) u- A4 s( c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
3 |- E) t3 p, k2 o9 G  S( O! c/ Q& h种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
1 o- P" d: H# }1 M都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
1 t  U  j4 K* g% e% Z- f* @5 p备都采用了增压空气两抽口设计。
, h6 E  U& {4 @, O5 W6500m3 / 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 ℃
5 n% X: V* J7 k) s. M* o1 v～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
, l' u3 F" e& }' Z1 u& x·55 ·
& k# v! B" J: @7 [6 o% W; s图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
2 　原因分析
! H6 s- f! a; c% x1 s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
& l2 L" f$ N5 }8 V- r器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
& i4 f: S6 O. l/ B% z/ s增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
6 m3 ]) k1 D) K  o% ?9 p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。
7 _+ v6 }) p" _$ r: C! H; M; N" J(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
换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
! ?( P8 H, h+ K5 X. b% ?& n足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。
/ T3 _$ B% p- H% }$ h: d% U(3) 操作时工艺参数调节不当。
根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
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
1 R* n/ M% U, P" P员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
0 }" k8 Y4 m) N4 v8 r9 A越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
6 i. W- a; m9 H: V  z* {) }0 d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
. z& T/ L3 {( o/ O7 P8 Z6 n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 ℃
略小一些。
, s. A1 h5 @" I. k; r产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
" q. K6 K. C+ s" ~的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
9 U5 u) g: y& X- f( J热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
4 H5 V. Z$ m( D1 b) G度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
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
$ A. G( s' Y/ N; j. y) y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。
3 　解决方法及效果
9 q& r4 x2 i3 r1 p对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
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
3 I4 R8 n( e4 @) S% A9 {$ U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
+ s. b8 U0 C7 `趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
1 F2 _3 T5 a3 K4 x6 z* ?# q& n& D9 a温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
( I5 S' ~8 B7 ~  E$ x  q: \正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
3 o8 d: ~2 p- ^  q7 G7 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。
) \9 B) g) L$ [2 l4 　结束语
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
1 V( W! Q* C. m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,
4 Q; o+ F" L' ?. Y* C最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬

积极参与，共同提高