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本帖最后由 李杰春 于 2013-7-16 22:30 编辑
% Z. h* {& t( u" t4 b9 _# j
7 Z3 F5 u* B$ I" Y R/ b; J1 主换热器热端温差偏大现象
, R7 l( F$ D& ^* k4 Y) F$ e某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
- i2 i9 K8 ~' {7 m, x: D增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
; c/ W& d4 w+ ?' \$ z换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器6 }1 q- m! ?! Y1 p: O+ r
和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
1 d: c# j; X$ g5 Q+ D' l* n热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
2 \& v7 C7 W" n: E; e进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进6 `: L, X) c% o: g4 X. t
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合4 I4 h4 L5 ?6 Q! ?
温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
% e6 Q; Y' p3 V$ [# _8 N* U5 W因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
0 |; I$ f9 G4 {- N此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
" q( O8 g6 k5 u9 K5 _节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用* V8 @0 h& J4 J6 j+ g$ }' P
较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
5 }. k! {" I2 h6 ~压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
8 A1 Q/ e; [4 I/ h1 y& S足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适# ^8 M' l7 ^: x( a
当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
! W7 j9 t8 l" r种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求
- T% _7 ~. i( I变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增$ D- K+ s( t9 i9 K6 r! O
压空气还是采取两抽口为宜。7 T- t8 d2 H7 R2 |; _+ ?) ^
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
! P7 Q @: }4 Y) d! Q. d器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
$ t7 d" N/ D* }种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
8 ?' N Y z+ _2 m6 B7 O都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
5 p9 G9 L# L; p6 P备都采用了增压空气两抽口设计。
5 |" }- i; m. T# K0 C6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
2 y+ L/ f T; n+ B$ p8 u4 H$ t$ B端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
6 ?( s2 y3 t- n9 b! ]～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。/ L+ E# J+ I! g+ X1 ~1 J3 W, k8 T0 R/ E
·55 · @- _7 D+ {' U/ \0 l' |7 g
图1 6500m3 / h 空分设备流程简图
) u' _2 p! O; V9 T T; ?" Z% v2 p2 原因分析# l( P; W! p8 l: o+ {
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
: W! Q3 z' B* Q/ |(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
5 i1 D0 W! n% j# D6 X& U器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
6 z, C8 F7 d7 F, ~# l; h+ |: I增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
7 h" ^ ?9 [/ d+ X, _. \据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带* q& ~ m: B2 u- J6 r
温度调节的主换热器。/ V2 f. a1 K0 Y) L" m" n/ d
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发
/ v, c- j9 H! q8 ]) V现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
0 N$ ?* ]8 }& g; l7 w9 X换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了$ x+ z+ e: v3 k/ ]
足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。
) M P" q, z5 S, t5 [, E7 l( M4 `(3) 操作时工艺参数调节不当。
- w- @: _& } A5 g* q根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器* b. M+ S# {2 x( ~
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主
9 o( ?7 v: U/ [, j' y9 i1 s换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
: y' g' `9 e6 s+ A$ D2 ?员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就4 U* p& e# c2 m: m5 Y, e
越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致- Z+ K. W1 r* ^/ [8 o* ^7 Q9 {. K
主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
" ?1 g; n& J2 C* A* I% O8 ^! {要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义" F2 X3 m! j& {; A
上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流
& e/ u2 p2 a! d4 v7 L7 ]- @" e( g气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
4 A+ q0 v( {1 a2 I+ J2 t5 C8 q/ R温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
) g6 J# o# b. H) D& Y略小一些。
! \, l2 M7 C2 f4 R# g产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端; d; g) N5 y; Z' o* z3 q4 A
的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相/ t6 Z3 P8 c% @
等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加7 t7 n, n6 o/ S
热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温. R& D0 B" s+ U# F+ Z: J1 W
度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
6 g& Q/ f' `0 A' ~低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利: y2 X/ w$ z5 Z- \
用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时; }# r6 P" S) \- {. l) Y
增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差2 e2 \6 l R: z, r
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
% K/ Z1 ?3 p, n7 w' W3 解决方法及效果
( R) n) y1 O, m3 ~" N- n% V对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节7 [+ K1 R# [3 X
阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
; H% p4 k( o* P# ?' o$ L压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻 T U- l. G$ M2 R; C/ s3 I
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水* }' j1 N( s: Z, ?4 p" S( f+ {3 z
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热; j; |3 \! G! `
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者% k! l' h h" {# l9 K
趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热# {; D, p0 y# p: `+ I+ D
面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端( Z1 w$ P3 d5 b9 h4 ~2 ~) `/ C8 h4 j
温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于2 y+ R& x# F! ]1 K, U# L: y4 M
正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
. O$ s& P* a1 p' l1 i分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温7 x& o5 l' [0 _9 O- M& @4 E
差缩小至3 ℃以内。( v% b. y3 U) U! q0 g
4 结束语 K+ ^3 b: W' H$ q6 o3 }
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
8 S6 c; G4 S2 T- ^8 N, T然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。! I" A( l+ I, K/ w, s! _0 W0 x& j
大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,1 b5 x) q" c5 b1 C0 M
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬
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