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本帖最后由 李杰春 于 2013-7-16 22:30 编辑 ; r8 m( }8 P9 W3 X9 p* f0 @/ j" x# \
, T/ M$ e- J) l9 M' u1 B* b1 主换热器热端温差偏大现象: s) i2 r% f8 p }/ U1 F! e
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、# [! W0 B& w2 q! f0 |) x/ \
增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
& `! `2 W2 T) i% ]5 b8 _换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
, |: ?; E3 w4 `- i和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。& o8 h- g8 F1 \3 L1 r' a
热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
2 A6 |+ K, u; C* j' p6 ] z进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进 ~3 G+ @& B" G1 ^
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
, |. [2 L) r# r5 I: H6 J$ h8 R温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。8 G4 Z7 ~: ^# I* i5 C5 b
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
. Q: t: f. X2 Z/ D' O9 h$ t6 i" W' T此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调4 B" p% w& W) b
节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用7 [% [" }, j& ~/ g: \
较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增7 n* R" h) Q2 t* I! {+ N0 t
压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满3 F$ K0 l6 p: J5 z
足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适 n( Q+ R3 I4 c6 C' G4 v
当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这) B/ v- @ c) |
种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求4 J3 ]9 m' E1 k9 {) l" z
变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增2 M. H7 Z) K; ~# x5 n* T$ T. d
压空气还是采取两抽口为宜。$ O3 k. \9 r c! g9 \# U
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
( v% F1 I7 a% t器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
1 i2 m Y X" b L种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
' i" }4 o& d# V) M# v都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
q" x+ Z4 m5 V备都采用了增压空气两抽口设计。+ T) Q4 x/ ^0 O2 y
6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热2 Q2 O1 ~ }6 ?; t7 H5 L$ {
端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
. L. {! K& m+ b6 v) k7 m～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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! c& ~% M# ?( p- _" H, y图1 6500m3 / h 空分设备流程简图7 i5 D/ m% t1 r4 e) B# ?# s- w
2 原因分析
1 y5 V$ X, C+ C, l: g造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
* q, h* W0 i( a7 C$ y$ Z(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
) ~, z9 ^, p$ G& @器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
. F% j D( j; p* X) Z5 P增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
! m* e+ ~! S% n% |+ K4 q* V据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带) c0 N0 X/ ~. F) n t, r
温度调节的主换热器。$ F M# j# H+ K. V
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发
, D8 v8 w* d; t' |8 i9 P, ~4 d现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
/ h' o) V! f1 s: B1 {) l4 J; O换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了: r, O' E, t( I/ n5 W
足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。+ B% \0 [2 E& e+ d+ w/ M
(3) 操作时工艺参数调节不当。0 r# D4 P F; P7 x/ o
根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
) z5 k; q/ h9 D! N7 ~* U7 {! z温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主 v9 t; M$ q, H- S! a% V- f$ o* b1 k
换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人' q/ ^- ~- x; q: Z
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就$ j& L$ F0 P5 m# @: k0 P. V& O
越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致5 n; Z! T( O" K' c- y) T0 R4 B7 L
主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
6 E& l9 v# v+ I4 p9 E# f, d! N# V要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义
& `$ `9 i3 v+ F. ^! L/ _上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流# o0 n U+ H, Q* p3 J
气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均3 \$ |( R& v9 F, ~9 [- n1 d0 v( p
温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃4 w9 A4 T# x9 z4 @3 r+ w
略小一些。
0 y. o! Q, X: ^( Y8 h! y2 ~产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
; J' L8 W" g" n5 ?的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相/ A' J0 z2 N4 }8 x% g. h5 r" b
等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加+ k( y" c' D2 ^
热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温 \% _! }4 V+ K/ Z! f3 t$ y
度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
3 q l- G' r& A; w t低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利" o8 k( \ l% n p- T8 h6 b
用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时2 `! P: A) O' f# W' v
增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差( _+ F4 j, l4 @8 J% U- j r
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。* l0 M( w. E% \, K" x3 |0 k6 c
3 解决方法及效果* f& U. X9 z7 V/ y* Q
对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
% D, ~8 s7 [; o8 z/ W0 g阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
2 ?4 i# F4 i! a8 n( U% Q压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
! I$ j. L* R7 c0 N; D1 F/ |水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水3 b4 I# N# d9 w; B. l4 @7 |
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热( @) m6 ~! j2 d) j
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
% ^9 G" R( Q w% E7 B0 v趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热6 B) d& k& a* T9 o, B' Z; v8 ?
面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端, h0 }2 c6 D% Q' U# }: ?
温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
9 P/ F% ]" ^9 C+ k- e9 m- e正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
% c$ {1 V% m/ i4 j5 ]+ K! I分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温
. c* L( N; z! _* w5 Y2 p' a差缩小至3 ℃以内。; C8 ?% ?( \1 ?" P( d0 G
4 结束语1 o1 `6 D4 @; A' H. ^ J$ |
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,7 X- d/ ^8 Z8 ?( o. A
然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
. }- C: W, B7 E: |大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,: n+ S# h3 q' _7 c- H
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬; {- U$ f$ s6 |5 {% {
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