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本帖最后由 李杰春 于 2013-7-16 22:30 编辑 3 }9 M" J+ @5 z7 k
: T2 ^4 r% w/ N- v- d0 e1 主换热器热端温差偏大现象* m5 q* `' C3 s T# \. C
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、$ T6 E8 u6 d/ O Y& |) I( [; ?2 c" [' H
增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
8 {# ~9 j; }; Y, C换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器- c$ \6 R/ J w) E
和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
4 \% A# W5 C1 y, `3 A1 e8 @热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来: j- U5 C. l: I2 {
进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进. A. ^5 A6 E. h8 Y
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合6 o+ E# j; ]% o3 \
温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
' `' [8 W$ `0 ~: ~, s9 v因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。. A p: T" q1 o( G N7 O$ l
此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
0 O4 [7 e4 J& A7 x: W1 O3 o节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
8 i1 D# z$ ~: s; o较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增# |- r% N; Z5 V$ w! V1 k
压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
! H! b, w; }2 r" B/ h4 u/ o& D" K2 p# P足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适2 q5 w( ^/ J8 d5 K3 L7 v
当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这2 F O' u1 N, O& j
种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求0 ]5 K4 T. M" E" a! u" f, Y" C
变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增- M# d3 V, t; S. n6 r) z$ c8 h
压空气还是采取两抽口为宜。4 v0 l' ]: A/ r1 _! h/ @! b
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
: C* v) A4 ~3 G器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
8 ^; b8 _) ]" y9 c6 m5 R M种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦$ P! k6 ]) `2 J' T. ~8 l
都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设6 d- t2 Y6 P1 U8 {9 f
备都采用了增压空气两抽口设计。+ A4 ?* H& W9 ^! |" W2 Q& p1 d
6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
( k/ j1 ^: W A3 {端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
' [ X% y, Z# @' u( I9 M～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。: W8 Q# Z( _3 }3 o' n5 F; k
·55 ·
! ^9 V0 ~0 n. X8 X. u+ ]9 a& C3 R: ]图1 6500m3 / h 空分设备流程简图! c& U5 ~. {: q1 @( G! B5 r
2 原因分析: L% Z8 J4 Q) N. j9 A) L
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:& h' Z7 e9 x" D1 ?. B( E
(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
" O* V# |& _, Z$ E# a器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器: Q6 \& T" R6 D( c' r, t
增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根' e H5 R9 e/ @# | P/ f
据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带# ]6 m5 e* U a6 }# z, I* _. _9 M
温度调节的主换热器。
+ O- `- a: d, m4 f* T( S(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发6 Y* |+ T; t! l5 t
现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主1 [9 V" g# i# H% E! g& s) `
换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
# D1 e# n4 N, b+ v足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。
, M( ~4 p: F' l: V' z2 @7 x' w(3) 操作时工艺参数调节不当。( l- [7 @6 f8 u9 T% ^
根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器* X. m" @& N& q
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主0 x! |& S. _5 h5 y
换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
, g; ]3 V1 H, D4 J& t( j* l. [员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就; v5 U# s7 @0 S9 \+ T$ K j
越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
2 P( B6 I) {3 o+ z5 X$ C/ `$ b主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
) j$ r% V. x& I0 U; g要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义2 y8 c5 h8 a, c+ K
上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流
. g6 w* e9 f: x+ f气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
* E- @( e! S1 t, w温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃* p! g5 P4 g+ l8 a, C0 k' L, N/ j
略小一些。
2 s' F+ m" M& `产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
' A9 U2 ^! Z. q" Q的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相' F5 l2 s# y2 \: Y( n. a
等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
# _4 e4 p( ^+ a" u( u3 X! U2 Y热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
5 N6 |$ i/ m) z% Q" ~* D& E' X度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
( I6 R. z2 H( k% w+ R/ ]: h低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
. W @' l U/ M* Z; p用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时- {$ r9 s. ?# Z p- n3 k" @
增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差* n$ Z, x( t" R$ j! a/ S" n; o
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。- z7 O/ Z4 l# t7 ^4 I2 i3 y9 \
3 解决方法及效果; W5 |7 m" V6 t' {$ W0 B
对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节# [4 ?" i' P$ H- `$ x, Z/ z
阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
! r3 t/ N8 S, T7 Q压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻( n% p$ V0 }9 {1 c$ ]$ i
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
! p! _ }: F8 J1 d$ f9 L/ U8 ]& Y机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热0 n6 |1 H; P" r
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
: r/ U% |: O1 ~- \1 d: S+ p N9 C趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热, H7 L: w e% w" p" c
面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端; o8 \& p- U+ I" M, ]
温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于& F9 x) z/ ]+ c1 X/ \! l
正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
/ G& Y; O$ Y. J分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温2 G9 ?3 R9 B% [9 S
差缩小至3 ℃以内。- h7 w4 c1 a, |) F! U4 F
4 结束语5 K: ?, T! P/ l r! k8 f4 J
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,+ h l. j7 C+ g5 N3 K
然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
! Z' N- T$ u" g' Q- g, W大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,9 w9 A, u) k/ ?0 \% r
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬5 O5 [) b* I4 K
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