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1 主换热器热端温差偏大现象* a! M- d, c% D; y6 g& S. e! L$ D
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、5 R$ D: v: \8 |0 E
增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主6 C+ K/ k: B' m# Y& a9 d) W
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
$ f+ h& f, I+ L和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
7 Q* }- p( f" I! ^ K热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来 q6 c5 @: i% I; G
进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进7 {0 R! H8 H4 x& ?! e3 F2 F. S d
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
5 P0 ~3 l( @7 v! `温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。6 }! i' W @, M3 h2 d, \" `
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。 z( n6 S, k4 e- V4 X; ]8 P- u
此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调! l5 q8 o I9 u. h# z
节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用$ v. n$ o; Y5 C. ~& q9 |" f
较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增& W5 _/ m2 ]! m2 G4 ]: @ a
压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
- \2 x; M1 H7 c& G' U d足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
: w/ M7 n$ F# {8 g当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这0 b. A/ Z: y% E
种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求
, }- i/ X; s7 Q9 l, Q' t8 w变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增# l/ r* p- I# | d( o3 U
压空气还是采取两抽口为宜。, S( i. p1 `* ]
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
# l9 {! F& K4 u* |: P$ V0 q' |器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一4 u) t! S- z. @! m
种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦+ r, \$ C, w$ J+ [ Y( J) T' U
都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设4 \7 b1 d! B/ [; D, p: c
备都采用了增压空气两抽口设计。
' d7 \5 M8 }, p: V) ]& y8 H2 h7 s+ H! b6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
2 ~' X3 k) N( H/ T端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
: _+ X- ]2 H& L; r4 R6 Z6 ^～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。& c v1 c* `& p3 p' p n
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© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
8 M2 p% B; l. R6 W9 d图1 6500m3 / h 空分设备流程简图; H7 U. ]% G$ _0 q
2 原因分析
. ? F( C/ W0 v3 N/ }造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
# S2 ]# x- Y2 ] ~9 \' ^6 b* |(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热0 p k) {& _) r! K# n3 r5 e
器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
a$ {8 O& H. ~- x' M, \2 i增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
& R: `( u& i$ [; o' L据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带8 b0 J9 ^# P8 @. f, G0 F! D4 v* k
温度调节的主换热器。" ~1 t8 m' R- s& ]! A& y0 U$ b6 F
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发 |2 E. I$ |! W' K1 a; u
现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主. L3 ^; J1 y' j: |& E
换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了3 i" ~: b. F. R2 M
足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。" A s5 o1 p! Y h
(3) 操作时工艺参数调节不当。0 Z% H7 z' {% e+ }; |
根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器1 `& t7 @' W8 @9 h
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主
: \$ _1 f5 ]3 Y换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人) B) e/ d5 e- J$ }6 b
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
+ @. f9 H6 o/ E& B% @越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
* v; [7 ]5 z* _$ j. z主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
6 D8 ]' G6 `! A- u3 T要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义 E |2 `9 t# u. L
上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流
$ ]+ n0 T4 v& N, S$ e) M+ G气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均 x/ L% {4 D' O, [1 q2 q2 y! ]
温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
$ Z" G. R; \0 B3 F, W0 C- |略小一些。
z- P& O7 l0 d5 Q: J/ y产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
1 G* R( v- M* b/ o0 X1 S的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
% T( E: F) q4 g6 D9 d等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
, `, h: S E5 _$ ?* {% v9 _9 ~2 D, b热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
( }0 u. g @' x( ~ m( ]度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度3 M& z, F! c. v+ v1 T% m ~
低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利$ K0 s6 c2 f' `+ k0 d6 x
用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
/ a1 ^, C$ K3 d$ q6 h1 Q/ x增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差1 z' }; Q I( U. |5 y- ^. h$ a2 H5 j
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。2 J6 @3 f' T- W% M' m
3 解决方法及效果
7 Y0 x5 S" F X* |对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节+ r9 h7 S, q% m8 v/ A v
阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增9 U0 L% B8 [0 ^# p/ F1 q3 n. F
压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻* q- G; q3 G( h3 n/ s; D4 q. ~" A
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水' [0 b F& t' n9 [5 ^
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热
& H6 O; U1 f( ^! y1 w5 G# h7 X) H器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
* a( Q. P8 d; w0 E9 A. I趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
8 }+ s$ |6 ]: A0 q7 l0 k# y- V面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端! z$ Y% F1 R c( G8 i
温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于- g. Q: W: X3 C' M2 O3 X$ S1 t8 b5 ]
正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
6 h$ Y% K. `! e3 x4 k3 g6 x! n1 P分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温
- P1 u! [' e. m$ q. [差缩小至3 ℃以内。+ g% Y; [9 G, u O: I
4 结束语
: n- R Q" u+ d9 E; O u产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单," t# W w. U+ X1 c6 D8 O4 V
然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
1 |! @: e7 B8 ~5 T- D# o* D; E大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
/ C$ e6 \; N, \, j最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬
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