主换热器热端温差过大的原因和处理

0 \' K& f4 Z+ M: z& B1 　主换热器热端温差偏大现象
& _: f6 F2 v0 ]# _, o/ p某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
6 r3 I& J) O7 c9 U$ F4 i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
% T( z7 p2 U7 a" a+ p4 g3 a! ^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
" F! P+ ^8 q  R8 ~: b( e' I3 Q进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
, H$ `3 {3 x4 g0 @4 q5 F' R温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
( n& X# \2 J6 \, m6 b8 _* c, ]因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
- T/ m% ?5 ~8 Q1 ]此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
& H5 V0 ^, P! x; c' W* _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
) W* p9 Z1 V. a& n2 x' C* Z压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
' f1 E& Z* k: d当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
: B7 D' s. `: j  e3 x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
  v% j. D. e2 G- G; y2 ]( p3 C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
. a" `; [, d2 d$ F* n/ c7 ?器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
2 h3 c' T5 \4 ~8 ~6 z$ h种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
; I2 T8 }: t3 b3 \9 d+ v; a8 u0 g备都采用了增压空气两抽口设计。
( s* n" m# ]2 ~7 j  M6500m3 / 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 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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8 j5 V9 f5 ]  h& d图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
2 　原因分析
! Q6 y" U: N( u# z. ]" W8 D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
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
; ~, V4 R  G7 m, t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
# M. h8 d; _: ~; g& }8 o现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
; U) h' x, m9 A; J9 |$ g/ G换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
9 I& Z7 d" ^( E, f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。
# N" g2 u7 A$ ]% o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
9 P: Z0 s% ~' v: M/ Q% d员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
% h2 @: A0 I. g/ x- U越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
5 X6 `) R3 f$ o' q7 @6 p主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
2 ], {, @6 ^% ~7 o( C+ M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
' C; `& [' G/ U+ s气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
0 H5 J& V4 N2 ]  \温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
略小一些。
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
% _: D+ o& h, k  q) V4 E/ n* J的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
' Z, }! O/ O& C: J+ x0 [" x5 Z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
低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
3 N, D, ?) Y% G0 _用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
8 _4 l- s# {" d8 [5 D越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
8 F9 P7 q3 \$ v$ t3 　解决方法及效果
! ^' C$ [' q3 a' \  _+ X对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
, f. V! V1 `3 q$ z* w6 f8 [阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
9 I; z( Q* E  H1 O6 s! |& o4 ]压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
# ?; _& @$ W/ U4 D% e  Q3 W' j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
, `6 ~- u3 ^  J+ P2 T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
" _0 a( z( ]0 r; H$ f正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温
2 Y5 K, X9 Y: z/ W差缩小至3 ℃以内。
3 e: S+ J' u: V- K9 S' I' n4 　结束语
: D5 Z. p7 Z6 W9 I产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
7 M  X: u5 M' f5 O" `然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
7 D8 P  Q! ~2 M, j' ]; _' a8 Y/ t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。¬
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写的不错，学习