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
; B8 u* X) j2 c, n某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
6 [8 i) F6 w; _5 V, H6 y增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
$ ?6 G! p+ n1 u& ?4 `3 v热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
, N4 I) A0 E( d' |进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进
/ _9 a- n' w7 s/ f$ b膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
, \7 t. ]1 S+ n. L; u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。
" v9 K5 s) u! F! s0 w8 k此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
- w7 U: s) ]+ k; {" ~压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
) E4 S, R% D5 G' @6 K/ ~足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
4 W! T: Z9 U$ ~, B7 s' ~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
# r* x9 I4 p7 O* _# Y) z' l压空气还是采取两抽口为宜。
. v9 o( b. t. }4 z- q/ j. X4 ^笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
" }( y& g( s: p8 b8 L+ H种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
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。
* v4 H: F  d! N* I' C6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
% ?( U: i. F- F3 h端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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. F6 @+ W4 o$ J4 @* B- [图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
2 　原因分析
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
$ E+ E  t7 u, h' r(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
: c% M) K+ V3 p# h器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
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
温度调节的主换热器。
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发
现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
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。
! V# z4 r; n* x+ E7 V/ p- z& E(3) 操作时工艺参数调节不当。
根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
& `" d% B( @( `/ D+ H3 _: E* L温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主
; N0 }$ D! v2 Y  e8 L换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
) a2 F2 [( A' z# h4 `, T8 r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
2 o% M4 H7 d0 U5 z% S2 V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
) E  O" m5 W7 E气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
( ^# c" B- I4 J温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
8 S" Q' v& k  m  l& J1 M略小一些。
! ]/ J: X$ Q' y9 W产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
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
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
3 u  `) ]( [1 A用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
2 ^6 W4 C( [$ L- ^- c: s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
, n$ t9 N8 R/ M8 ]$ i" h# }$ P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
压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
9 P0 V# g  u5 C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
趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
6 S. O! v5 m$ F; O% J( B" l4 s2 i面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
- X& Y8 C# A, g* i* m8 W温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
. y; x+ M4 X2 k5 Y1 `/ ^  d4 `分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温
# n. k# U. Q" D' U4 @差缩小至3 ℃以内。
4 　结束语
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
! S( \( {( l3 U3 R6 {8 r/ g2 L大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
( T' N. |( V* |* U1 B7 i2 y( T最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬
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