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1 主换热器热端温差偏大现象0 D0 V4 D) [3 Z6 v, @ h+ }4 H
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、3 h! L4 g) k! m
增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主- L1 T/ F8 B5 \- {: |. e' f9 @6 W
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
l8 w- [- H1 ~2 a% d f和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。. o; D! }9 D4 L3 j
热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
# W% G5 j r0 }/ x进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进8 O3 S4 ]7 m3 A' \# k, ~) Y
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合# X4 ?+ o' ]% ^1 {" Z# K) y; ^
温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
% h" l3 l3 o" t8 A" }* M因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。) B: D' L* c' M6 r: ]* t
此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调7 n4 a& q" D' D! [/ p
节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用+ O* _$ G. p; N4 h
较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
& y, F8 U5 ~2 U! W* m6 |6 }压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
+ `0 c5 k" Q6 U* J$ _7 O: N4 W足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适2 U+ I: r/ ~- H
当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这2 D2 A; l/ g8 v1 b9 V
种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求% d! d: N: B, H2 F$ `3 X
变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增% K/ k. M7 q. s7 p
压空气还是采取两抽口为宜。
+ q& t/ ^0 @9 A* g+ L4 _笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热; r6 i% ~; ^* [ u" u3 [! ^7 i0 e) b
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
9 _' E/ P! T2 r8 ]9 X1 J种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦2 U9 L& H# B4 y: z& u# j3 a( S9 u
都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设8 k: P) X* }5 l7 V7 x/ a, R
备都采用了增压空气两抽口设计。; N* a6 |( k- F
6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
- n- }- V- B; z {0 V7 {端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
6 X) [/ v* i$ o& r; w- m9 \～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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% `% f2 G- R; _' V x© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net; e" ~9 s3 ~! B3 {" O
图1 6500m3 / h 空分设备流程简图
/ J) n$ Z2 R& J. ^; L; l2 原因分析0 e1 j: P7 h" t0 ?) F. O/ q, N
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
; `' t+ \, r8 \4 |8 L6 S- d(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热+ Q8 P6 o7 j; y8 P
器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器7 l& R0 Q/ p3 f
增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
3 ^4 v J% v# @9 r$ i据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带9 m2 O8 Q2 X; h4 U, {2 I
温度调节的主换热器。" l: v' w1 U: J$ X4 K# t+ Y4 q: N
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发2 s! }5 W4 e0 K5 } ]; G$ [
现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
8 `8 ~; G0 C$ Q6 ]( |9 S0 X! m换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
: H* \1 J, V/ u* p9 J足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。4 I3 U# {' m1 I* i8 O( X/ G
(3) 操作时工艺参数调节不当。
- a4 I; \4 k9 j, ]. c3 |% U% x根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器8 h, _; u4 w5 o
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主7 U% v8 O r6 F+ B0 h
换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人# f: U5 O3 v. ^$ _/ @( x8 N
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
0 C* O1 g' _, U* ]越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
& ]" J( C( Y+ i# z主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
$ y4 P. c; Q# B X9 L1 ~要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义# H% l1 s6 W% y! i0 R0 h
上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流7 q" T+ p9 o6 }
气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
1 [3 S; c n% C. [% f0 n1 X温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
5 z- m0 [, e: `" \略小一些。5 Z- Y% F# z3 w7 U' g" D4 F6 ]
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端* X3 ]3 I0 m$ p4 t1 u |/ Y. W( _$ Y
的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
5 \; p8 q4 K' q! u1 a1 R等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
2 L& l& j- f1 M+ C热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温& H$ b& ^7 c% Z- O+ ]
度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度0 T, C: N- P2 F; ^: v
低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利3 |$ z# A3 o5 ~; ~; e! S2 e0 `
用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
5 Q* H4 z4 ~1 E0 [增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差1 b+ j2 P, N0 R/ J3 k: L
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。9 P; k$ e% s7 `
3 解决方法及效果2 U- K4 Z: |5 o; S& ~ a6 ?' i
对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
" I0 e- i/ f. b/ L阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
" a1 f8 r# g M: E压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻- p4 F$ b" {2 _0 M
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水2 A# q# H4 P7 @$ T- {
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热# h$ @% m9 c" f& b9 l# K4 o
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
3 ]% O4 t }; b趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
) v8 u1 {0 n: y2 l面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
3 Z" N1 T Q `) Y温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
/ T2 V: g+ i/ ]3 p {* X" m) K正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部+ }2 q [% U% m3 I( R+ m
分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温; K4 ^4 }9 D) s/ O! X. a: _
差缩小至3 ℃以内。
3 g2 P( ^$ X0 v+ D4 结束语
3 z; }" ?+ O% g产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
4 q% x8 `! }6 r# b0 \然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。5 g! P# L# S& D6 i+ E
大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
8 M$ V$ z" f7 B/ H最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬
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