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本帖最后由 李杰春 于 2013-7-16 22:30 编辑
. D+ f! |' X' N2 Z7 E, c& f3 z }
# ~: B+ w$ I, w$ q1 p( v1 主换热器热端温差偏大现象
8 q2 c0 R7 ?9 ]; }. A某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
D: \2 P1 `; V$ V; a增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主" t5 Z/ K& E4 e+ w4 s" ?
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器9 t: ]4 I' }% a1 h$ F3 o
和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
" I. ^) o5 r" w) `热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来4 z% p* f$ h1 f! m5 X9 N
进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进
9 {* ^+ N' P+ Y膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
' q4 r; U2 y/ ^; a( G# d温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。! x- n( t7 Q; p! |* r3 Y2 m+ ?
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。* r# J+ j& k0 p8 V
此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调$ ]: @4 K" \. G; W! Q& }1 v
节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用$ D+ G$ i6 m# S; d
较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
7 F T8 m Q+ c0 S* W# Z( {9 ~' r压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满" o5 {& Q ^5 u
足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
6 b' N' A( Z0 O3 ^当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这, J7 v1 e* B d
种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求" w' e8 @ [0 x# j0 W+ U, n7 G' u
变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增+ R# K9 N! v2 \, k2 b: L& t, N6 l# d# M
压空气还是采取两抽口为宜。% |8 f+ T; ~/ _
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热+ S( j' H( Z ^# H/ N6 e2 D
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
& Y% P* d, R& B- Q2 U1 x: p2 v种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦& {0 m4 q: x2 l" P( ^
都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设# G) ?# N; v0 R9 M! q
备都采用了增压空气两抽口设计。* e% C4 b$ s, X. a
6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热$ w9 {8 d* Z5 n% Y3 s6 G6 P
端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃/ K4 j, |6 A7 I+ t5 ~5 e
～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
7 F( T+ v2 ^8 e4 B! y; b. j+ R·55 ·
' Z, V# U& e& r7 f# P图1 6500m3 / h 空分设备流程简图
% `( i6 n" A" f2 原因分析% H9 }9 ^# p/ {# m1 u+ X
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个: l0 R3 O: P! R1 w
(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
+ M" f" A) I8 H1 `; M器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器5 @ |4 ~- B1 o/ j2 A/ H; _
增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
6 l# N( b0 F1 @8 A' J9 c: Y6 O据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带) ? k$ p7 C4 u; c* ^# `, k; [
温度调节的主换热器。- s `+ ^# L" @4 R! D" n% i0 A
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发
: P, u" V7 ]$ F I' s/ B0 Q现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
+ v# }: [& r# W. u: H# s换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
2 n5 B$ S6 }! W$ X" j) I足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。
& f4 T& u( X# F) K" w(3) 操作时工艺参数调节不当。5 T4 z( ^ {# u, U6 ~3 D
根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
5 {5 E# {5 B5 j6 b; c, a/ c/ K温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主
/ l; W: a; Z0 i/ h3 e换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人. V# y; y: ?. k+ F
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就4 Y0 {: K7 O, V1 i* Y
越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致5 X7 }/ i' d" E$ D
主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
; O& r/ b( H9 ` W1 j要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义
" u& X9 w" T$ D* @1 g d' Y$ }上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流
1 P5 k# o# y3 e/ o Z* X9 f气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均: f3 _1 W9 h' y4 |
温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃2 s" W1 I+ D/ ~
略小一些。; Y7 `: G8 u3 A0 m
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
( n3 H: D( F5 t的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
% _; o7 ~: E* O4 \等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
5 ^1 h P) p/ D3 n8 S; j热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温' o8 ], r+ }5 S6 U
度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
) z& x9 \; A/ ~3 r低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
4 [( }% a+ q! w5 x T用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
( [. G( U- _' ^+ {0 j2 A2 p增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
6 z7 y2 w% A5 R0 b越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
! S! m7 q( v' T8 f( L3 解决方法及效果
/ d3 B, u; R! f* U4 \2 C对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
. R. k% X! K6 i- h8 N r6 t, z5 j阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
. c1 P5 V0 z/ b; I压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
9 _2 V4 r; j! i7 ]- A+ Q3 }水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
- Q" I. f) }$ h9 s% Q机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热 k, ?" M; M8 Z1 E2 q' H
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
: N: M( I6 L' t R* p% R: J& O趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
( [* m- O! s5 }( ?, a3 } D面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
" r% j: {5 \0 ^( k5 D2 G# N温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于7 ?6 t) N+ X+ I; }$ [- E
正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
9 C: C% o6 M9 H/ Z9 z分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温5 S8 O' l6 }8 y+ s' A8 T- {/ b+ n
差缩小至3 ℃以内。1 l# }, R/ Q# ^8 z# T
4 结束语
9 ?3 @3 Z4 P1 P+ w- N产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,3 N4 Q8 _* |# D
然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。! l8 g" ^( I) A' u- c
大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
: s! O) V3 L. i' i9 n7 u最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬
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发表于 2013-7-13 19:42:03
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发表于 2013-8-9 21:02:01
