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主换热器热端温差过大的原因和处理

流云天下 发表于 2013-7-13 19:42:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
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本帖最后由 李杰春 于 2013-7-16 22:30 编辑 % C6 s2 d# m9 w6 J4 r, Z( E
; Z2 E/ h3 x* Y5 A/ j% ~$ u( K
1  主换热器热端温差偏大现象
5 z5 e9 J4 R9 b, w5 |0 Z0 [某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、$ }; j6 t# G6 I0 R; P3 m
增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主  C  C& ^1 P1 Q$ M! o  _9 q
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
' G( U/ P$ ~. n8 M+ F和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。7 z$ N( U3 O( O
热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来" T6 V9 X) d) _  w+ Z
进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进3 q- `) u/ {1 R. J
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合' c0 @4 q* p/ R+ v% P
温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
9 X+ g9 T# s2 A8 i8 E3 O, \4 i因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
6 [) j9 |5 Z. l% I/ I9 o1 I此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
, I1 v! e: q( Y6 I8 s6 l节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
" Y. Q& V+ e$ Y3 Y. e2 l较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
  c- p: s' {7 g2 e+ V压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
* s( {- j# Y; r足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
. O, P! J. d5 ~7 ]+ g; r当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
& S  A- G# n  T+ L0 B/ J/ v种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求
# X% q2 z% f$ e, |( g变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增
! e" N6 W% \4 l# N$ w压空气还是采取两抽口为宜。$ P2 y) ^5 z" j( \5 x7 ?
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
5 h  D1 d# e+ F8 z器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一: ?; S5 W  }  I; X" R% b- \! a% c# C6 d
种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
" `2 G, a0 e( b  E6 z都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设' x- U0 r/ T1 R% G& H
备都采用了增压空气两抽口设计。
3 p5 ?; ]6 x9 d$ X8 b- s! R; j# ~6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
' \! K6 S. i, I端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
- J+ Y* v! c- d2 s; j# M~5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
: f+ S% ^% [6 a·55 ·3 z( z1 f( P/ {' W6 A
图1  6500m3 / h 空分设备流程简图, q: z; L! [9 m6 W% `$ l5 U1 Y0 m
2  原因分析
; f3 x# I4 ^8 N8 }造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
) G, l: l: w3 B- F  r(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热- D6 [6 o$ w- X) _/ w' U
器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
+ M0 g1 [& c5 ~% o3 _增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
- F3 A/ R# \8 n. ?据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
, u0 S% n+ o% l. t0 @温度调节的主换热器。
' ?# d  U) A' y, g3 F(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发
& J& p/ n8 d5 S+ q3 G4 I1 }( c& x# ?现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
4 x, y1 `6 D1 f* D9 l1 x0 W换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了6 g( L1 ^1 z- H# Y1 _3 j, `& \
足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。
( v& h8 H) d8 U7 j! ?) g1 b(3) 操作时工艺参数调节不当。
& L5 Y+ I& V) u4 I; g! H根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
& F' U5 \- A1 O7 M$ h% C温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主7 v0 h: ^8 S2 |4 W" U$ t
换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人$ Y1 r# V: T1 R  q; X5 p7 r- D
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
2 K  o, Q4 v- V! w越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
) ?/ Q* R4 v1 H+ _( D主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
' Y9 V3 O: L. m& b8 b* I- S: Y要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义% E( E  n8 Y% N9 ]+ a( P0 Y) I6 s
上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流& ~2 w$ V6 o% q7 B5 v
气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均1 B" d+ a! x6 t  y- Y
温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃~5 ℃$ @; X" b+ _* f8 t
略小一些。. o% [& L* i* M) w, f  R0 i
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
/ X2 \. i' A- s% ?的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
3 b% D5 |' b- ^& E8 N, I' s/ E+ n等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加5 ?" M% l6 F$ X; @& C
热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温  v: b' O6 \3 d# S; O( {$ l* d
度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度" Z: U! M+ m0 S- {/ b
低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利: h0 F& B9 l7 ~5 T; P0 ?
用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时5 A) P; H  I* C1 u6 H2 v* K
增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差2 i, i2 _# t5 M; u* ~7 F4 J) `
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
  ^/ ?) `. l$ ~+ L8 I1 ^3  解决方法及效果0 \: g9 g" W6 r- C% k
对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
) i9 Y; v& G: \阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增% Z$ d& }& V4 P( m0 Z
压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
( @' k5 R' a3 ?" a1 ~- A水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
& K/ t6 i; F& R$ |) F/ A: x机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热; R, d1 R4 O  N
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
2 ^0 G8 |8 j' z$ Q" t趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热3 {/ {4 ]7 V8 l6 z  Z2 B' k
面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端5 m+ t3 m% {" z
温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于+ s* V" Q) r7 @# t
正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部; `; l7 I2 t% k% j0 v
分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温' V5 V1 k& X1 j! O4 K3 W8 c* ?
差缩小至3 ℃以内。
' l6 M# }4 i" J1 T5 g4  结束语: J0 U. d0 W3 u
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,7 r. J$ z: r0 \4 R
然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
6 i; @- L$ f# A2 J- p大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,) _& X  k9 S% A2 h* D- p! R- i! ]
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬
# n4 \4 Q2 I3 P7 Y( t2 K+ ~% x·56 ·
2 q9 i- ?3 I- m
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    2013-7-16 22:35

评分

参与人数 1空分币 -2 收起 理由
李杰春 -2

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全部回复(7)
很好啊,,,,,,,,,,,,,,,,,
2013-7-13 19:42:58
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写的不错,学习
2013-7-15 08:19:38
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支持支持!!!!!
2013-7-15 09:49:16
回复 0
                                                            
2013-8-8 14:00:54
回复 0
学习{:soso_e179:}
2013-8-9 21:02:01
回复 0
不错支持,顶
2013-8-19 10:12:57
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写的不错,学习
2013-8-22 15:15:03
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