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1 主换热器热端温差偏大现象
- r6 U7 |! ]3 H/ O. |某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
' E! B# a! V0 [. o# N% T增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
' q2 q. @4 _9 j3 e" _5 b) R换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
: A, p/ r3 V* E4 ?和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
_+ m3 ]9 [1 i3 E& G. D热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
- G9 b7 m& e3 l: w) P- W0 d进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进
0 |) }- i" s+ L9 j5 E! C/ r/ j K膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合, z& e# L3 T8 C% n, c8 y0 C+ v
温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。% S2 u" k' r, ^3 m
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
' n' x Z4 ?1 B4 E此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调7 Y4 J: d* a R& Z! f' f8 m }
节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
) z# C3 C! c2 K) S+ J较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增4 o- L5 P1 l7 K# H6 p# B9 X7 B, O# Y
压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
7 g# D; V# X0 j! ^, O3 M1 B足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
3 J+ R: O8 P5 }* a! s* C当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
6 \+ k" x, G4 O9 A& @% b2 d4 Z% b+ a! s. _种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求
/ [/ |9 u5 o2 I" C3 o变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增
N& _, q6 ]. R) w7 f3 l2 q压空气还是采取两抽口为宜。3 P! E Z) w5 u3 J/ D2 h4 L3 G
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
7 d7 y. ~- N# r器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
, x b n8 M. x$ |0 C$ ]) `; O种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
5 y: G$ x- g% p1 @9 o$ Q都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
; H* r0 l) f! c8 _) l备都采用了增压空气两抽口设计。
, Y+ C6 y) ? e! Q( V6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热* R6 J; T& I6 P$ n J8 Q, F3 a
端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃' C# }: }! \" M) ?( X* k/ w
～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net! q: Z$ D% ]3 B. F4 J# s
图1 6500m3 / h 空分设备流程简图, y1 h8 x& R, `
2 原因分析* y: E% C+ ^# H h9 c# G" [
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
- e8 j- |0 {, s0 H o2 I(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
: p9 B8 T9 n! m* n器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
; ]3 M( I8 A* d I2 |" b) `增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
" d H9 ]6 s3 I% X. u+ G3 N. |据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带. a: y( p) |3 W9 u8 ^. O& x7 n" o
温度调节的主换热器。6 R' v3 ~! B$ A2 s+ ?* b$ A- v
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发
" M, Q1 Z* _8 O/ q/ {/ v" p5 p现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
. \1 O) B* V7 b# c }换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
& x" Y" S3 E! l3 u9 x, X! A9 c( w x足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。
' L& B0 D* j: d; g(3) 操作时工艺参数调节不当。+ x/ K( f: C2 M* W' C
根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
9 v$ Q" b% F3 {0 p+ D温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主) y& |: }2 R2 b8 M3 E, O- p3 `
换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
" r/ A* E9 U* L7 q员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
/ w7 Z3 ]$ }0 V8 ?2 T }- A, i# W( z越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致& F& V* @" O" J" A* F
主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需) u3 E3 ~9 i5 a6 \, i/ E
要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义. g" k: d) j- Q4 L! ?. P& c
上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流
7 {6 w. d6 x# f: j U3 F$ z气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
9 o% ~+ I# \% h$ D温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
4 y% B* J# t9 j( U略小一些。9 N5 l: G) @* _) ~5 x" H
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端: ]+ ~4 M2 N% f9 z/ a) b8 c
的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相8 e& L) Y' ^2 C$ _ A9 M
等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
`4 t2 Q4 Q' P% }9 n- e热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
# i# V+ Q9 S) a/ K; Z度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
* w4 E4 N( b/ w+ h! \! S' q低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
; Z! C5 r! T8 k, x( j用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时* u& F- e( H/ q4 T; U# Z$ o
增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
; ^) D9 _5 O0 L7 n; y7 {9 {越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。& I& I8 |! ?" ~, T! z- D7 w" l
3 解决方法及效果- m* O: N7 e) m
对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节5 V4 h- ^ C; K8 q- ~( H- ]& D
阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增4 s: S, d z4 j) S* u# }3 d& c
压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
( }' T' b! v- z: Y) C水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水, A( v6 w* m" x' F
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热0 x# ^6 u) z9 U. q: h" l( q$ ]
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
: G( O: p& D" j9 j- d8 W趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热) Z8 z% O3 Q! J6 k; `5 J
面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
' ]- Z7 d1 V1 Q! }" V# Q9 @$ i- D; c温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
* |5 J* ]+ V$ D! ~4 ?正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部! _7 u& Y9 R3 [) o# ?5 ~% N
分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温. n" k- m$ ^& i
差缩小至3 ℃以内。- E' R7 h' I3 g) l0 t, i
4 结束语( }- V) T2 z, u$ X3 D( o6 k
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
, N9 X4 d' V9 ^( h F/ y* C然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
5 {* l9 r8 A- B1 t( B大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
. u% V7 j7 I# Z最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬* K% \3 J4 `2 F4 j% ~0 K+ ]5 s
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