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本帖最后由 李杰春 于 2013-7-16 22:30 编辑 ; k, x0 k1 N' G0 C
6 u* t; a: |- U/ L$ @4 c1 x
1 主换热器热端温差偏大现象0 N, d9 o; `" X/ Y' G8 a
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
, s: v7 E3 s* U. P$ U' q' P+ N) C9 p增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主9 M3 @8 v* J- \1 M/ q: ~
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
# N7 S2 E4 M6 `% O# O, S( P3 {* p和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。& u; u$ D" i: E
热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
7 `8 J( F L/ h# f' p进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进. U$ H0 b0 m! |4 H; x% ?9 R/ N- O5 s
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合* j- v @, Z$ W* [
温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。+ a+ l/ B" D8 ]3 Y; @+ J6 o- N
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。! s4 P9 ^# M% y7 Z3 }* B
此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
, J: q: M! x }3 \' b5 |$ O9 t( Q节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
' a6 Y3 B; S" o5 i2 ?较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增6 ], [$ @8 q6 m/ z
压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
8 w- n3 A( x |/ Q- Q# d( N' G足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
+ U' b' g4 C3 R$ c- F( C当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
9 _8 d( ?" X, p* l0 F4 h, I种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求5 {4 j. [ G& o& }, m
变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增+ ~$ m) U, ?7 J2 J, ~! J; \, G B
压空气还是采取两抽口为宜。
4 C# D; [7 I( Q# R笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热. W4 B) p8 @+ N- e" K% Z
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一( f+ I7 z2 L/ R9 g7 R
种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦0 e L H- ~( }; p W
都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
3 O, K: J9 x! H0 x! P9 P备都采用了增压空气两抽口设计。
6 N/ w9 l1 p. ]$ [6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
' \; W) u1 ~/ r% E1 p端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
* _4 H+ B$ y: {( p6 M( Z2 x8 m/ N～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。3 d2 W* s# |6 w0 D
·55 ·
- ~' H$ z9 K# r: j+ m6 `" j图1 6500m3 / h 空分设备流程简图
3 t# \* f( O' C2 原因分析
6 P. M" t, Z3 O6 T造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
; r* t) m J! }) q(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
' ?$ ^, b9 G$ |8 P* _! b器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器/ \4 J+ V( [' I
增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
# Q) m9 ]+ b- _0 c: M' i4 S据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
+ i( |' {+ i3 Y; b+ m温度调节的主换热器。& P$ X/ n( V' |" w1 M1 W
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发2 K6 W7 ^6 j6 Q6 q3 U+ a
现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
+ n, q" p) p8 |4 ^换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了5 o; o& w& K. a- J( A
足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。
7 B, O+ D3 X# @4 a(3) 操作时工艺参数调节不当。
$ k, D( e( Y; y- [- s$ M- b根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器. ^! Z% L& }8 b+ @6 H5 y+ V7 ]; ^: }
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主2 f7 W; ]! B4 G, S: g
换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
^- x1 p0 \. V. k' M; l# X" P员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就3 n" \2 Z& g5 Y: }* W' U+ T- E! u: i
越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致. ^( P3 J7 t* u( Y
主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需( u! V2 M! O+ j% X" ]( d
要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义
7 S) k7 _6 B; `) g7 {上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流
8 X3 ]9 Y4 g! F/ P% M7 T+ N4 M2 C- U气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
4 ~ G+ \8 ?' [0 N温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃- A) _( F, I- K- F6 p
略小一些。1 U2 I' ]4 B5 ?. n5 m4 v
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
3 M0 q; n" |" |# e( o e+ x的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
8 I2 b5 ]# m1 d7 D3 U等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加: I6 |8 x9 @- c8 D5 y
热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
6 b8 X5 y1 j( v8 |6 {( |" N: Z$ {度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
4 g/ G8 G. L: O1 g/ b低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
& Q" c$ u ]( @2 k. l9 k用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时. J& `, j6 @2 D' }6 ~
增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差1 Q7 A V0 O, v9 l# J2 e. O% {
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。7 T8 n0 M& H7 w. J$ F
3 解决方法及效果' h/ I) F& P9 F o. L: Z4 P4 W; b# _
对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节0 V1 o5 ]5 U6 }. G( A2 o; G
阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增, F1 S1 e: D# e, e% O) f
压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻" y& Y: D5 }. X3 C
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水1 e4 F# A; z2 G' d* a- B- G
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热
& c: c2 M6 e9 Z) V& K2 s器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者+ f' I+ M$ U4 A i3 q0 _
趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
, I" K) j4 f0 z" R W' H面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端1 D& P7 E$ ^* J2 s" h) _0 ^
温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
$ b8 x6 H4 N3 t& o' [正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部; Z# i8 Z* N! E6 a+ N$ t
分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温7 U$ S% v9 K( M/ Z
差缩小至3 ℃以内。
9 x" f8 d2 E# y# I8 w7 a, c4 结束语3 O0 X, x$ \ T; p z1 _
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
) E q5 c4 ?) a; t3 U) u( h" w, N; x6 @然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
4 B% `' T q; N大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,$ I8 ^6 P* ?8 R# ]' F6 k- N
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬
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