主换热器热端温差过大的原因和处理

1 　主换热器热端温差偏大现象
/ I7 s1 T1 s/ e* \某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
9 ?5 w- J2 R. A$ |( h增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
# v. h7 D' K4 [6 f, u+ D换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
3 S* Z$ ~& J) C" o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
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
& [2 p; o6 K1 ?( p8 o4 t5 s温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
. f; G1 T2 z* z6 C节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
) |) n/ M" ~# O9 h1 Q8 }较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
( D( Y& X: l% ]/ ]足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
4 @6 N) g4 f. P( A9 [1 n) @5 S1 Z当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
: ]' _/ A5 e7 ?/ H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
压空气还是采取两抽口为宜。
# p9 S/ E, D: v) b: D: M笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
' F' `: |" i5 O6 m器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
! N5 I4 b; ?3 _, j* k种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
+ }# l' p/ v4 f  q/ L都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
备都采用了增压空气两抽口设计。
6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
/ T& l+ K& |- {端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
  s; E) w( K4 W: c! _' j5 H～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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6 B5 [. }5 b1 z: o4 E图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
2 　原因分析
1 U4 d% l2 j% m7 [, ?6 L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
/ q6 }( V2 g0 O5 C" G器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
- l0 y2 m+ N. \! ^增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
) y' b* h8 F, c8 j. s8 o温度调节的主换热器。
* d; E) n5 a# ~" Y(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发
/ w# S1 j5 g0 O* P8 v! |现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
, Z5 {2 J% J. H; H9 x换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。
/ |+ ^4 _8 P* S7 i" g) A, @+ K0 d(3) 操作时工艺参数调节不当。
  |3 ]8 c7 X/ v" Z" a1 e7 O: 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
' l2 S* g7 J! `' j: k7 R换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
" K9 ?4 Q& Z" w" `8 s) ~) G员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
, t9 {$ ]- F  ^0 r: Q  w+ {+ D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
3 B  [1 J! _* ^8 U; {气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
略小一些。
9 M3 C* j+ T  m产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
+ C- d3 j  k0 j) [的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
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
3 a4 s' U& U- q# ]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
用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
7 H1 V7 Y: _4 }; ]8 ]增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
6 Q: A; c0 ]. s3 W" o: O+ _越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
3 　解决方法及效果
  [! t' g1 u/ q对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
- g, \7 x- _. \压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
3 y& o9 G$ O7 f) d  s5 `6 X水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
- J9 d. [3 a: M1 l( t1 Q6 U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
7 w: I( ]3 d& S; c) L% v趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
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
8 D+ b/ N( m; p. w5 ?* f4 v正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
* p2 \8 S3 y' E分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温
差缩小至3 ℃以内。
& {) m* f9 {- F: f( K- ?4 　结束语
0 `* r( _5 |9 W4 ?产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
0 e( p$ g( T+ s然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
5 F% S  s3 N0 U3 s大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
1 {7 y* ]: B; E/ t最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬
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