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1 主换热器热端温差偏大现象7 [: ^) L' \( N* `) r
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
. z Y4 ?5 C" t+ L6 T1 Z, _% K增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主+ s2 H0 E0 m# H t0 f# L6 ^8 |
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器+ d, |4 }; S* {) [1 q
和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。5 V5 {3 \: \2 v2 c( d) h# O
热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来# t* N/ _0 @0 a
进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进
0 M" d- M3 Z: X膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合8 m" x) I4 u2 V8 P4 G
温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。( B8 z4 ^( ]/ g5 ]
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
3 D O0 q/ h% o* _( o此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调' Z7 Z3 D( ]" I1 }% u
节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用, U. Z& p2 P. O
较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
" Q0 P3 w) c# C" O! p压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
$ x& ^, ^& y- F: a, j8 C/ s足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
8 C, _6 H1 G: x% o! I0 p7 G+ N当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
9 _3 K5 Q! j9 k$ L* |+ R种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求
3 B6 e+ Z8 Q3 w4 B( C变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增
- z& Z! K, V, c3 L& D% \1 U- U9 S压空气还是采取两抽口为宜。# p+ j8 ^! e4 s T
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热, M& d% r+ s+ ]- Y3 g/ N
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
' p' r F2 w) C5 c- T6 I z' ?种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦: s7 C: d; ~, p0 ^3 b$ G# l
都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设0 |6 ^1 b3 A+ \ S8 j
备都采用了增压空气两抽口设计。
& z: y, ^% v! S7 A- P. b7 x6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热. H3 y4 g8 y4 h& c# \; P. Z1 H
端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃5 w9 f8 I' V2 h+ r0 k! H, g
～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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- e0 }/ ^- h6 e. {; L© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
3 J5 j* H) R6 i5 z( d& d) j) S图1 6500m3 / h 空分设备流程简图4 |' h0 q, _' L5 ^+ A& G
2 原因分析9 i5 o k# O, F" I: e" A! j/ X
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
0 I8 F+ S+ K6 [1 w9 {(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
4 R- D3 b( [8 i5 n" t器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
6 J+ g' Q4 S1 [) ]! x' A增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
* L% ^1 \" t" ^# S9 o- Z& s$ X据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带, g# w& Z' `; I6 q) }
温度调节的主换热器。/ ~5 D h- }, U4 I8 f
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发. P! z: R+ `( k, I
现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
0 W3 S' e" u; W1 C% u2 c; H换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
: S% Q5 c+ G W; Z2 B/ }4 T足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。
0 S* {2 ?9 o: g- e* b8 o) \(3) 操作时工艺参数调节不当。* d4 R+ ~' h5 {5 r9 l+ C- @ i) s
根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器2 R8 n, r+ `% ^; N
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主. F- r( t- ]; q5 A. F7 m) |: Q
换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人& n$ t4 W0 F5 ?7 o0 o$ y
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
; c) z: ]/ Z( N8 S( X越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致5 y+ o0 L" Y+ [% E6 W4 l$ J k# k
主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
7 S4 W" S2 H% Q$ Q+ j. _要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义# a8 K, E5 _" \- p
上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流; Z9 P* v6 F6 Q4 ^) @
气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
, x+ Z- u; G5 O% h温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃+ \6 ?, M+ c4 Y% L3 @4 H
略小一些。
8 Z3 W; W9 c" U3 k0 }产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端0 `1 X9 e/ c( E: t# }4 B
的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
9 F/ d8 f1 b6 I; R% b# q) o等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加" s4 [% Q: `- p
热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
9 A5 [' W' @$ j5 p" q8 \; }度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
6 _6 w9 g. \1 Z8 r8 w低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利! y, ]/ F+ V. }# m
用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
$ K: _" y( t& ]% @( h1 u/ N' {增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差( Z. K& i: ~5 v9 r( L5 l% q( @
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。2 d/ J- M& }7 v# d! L |. N
3 解决方法及效果/ F$ p" u" r7 q4 p7 c2 g2 H
对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
% j- X6 D; z) t e/ \% t阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
7 |0 z& A- ?* m1 M# a压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
& ?4 y9 l7 p* b1 J+ o0 l; Z水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
Z# a" G3 D0 G2 c$ n( u机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热) e8 w2 V# O, \+ t1 f& w
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
0 j/ J4 }, E' h$ H, p趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
4 v; E5 F$ @/ `2 q2 h面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
Z3 `+ |+ e0 k0 R, v0 \温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于- x/ p# Q/ @& A/ T/ D9 {5 u& B6 U
正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
6 M* v3 W( R9 M3 x! B8 l, M分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温2 d1 S! w% c/ g' `$ q1 d
差缩小至3 ℃以内。1 U# U. T) j- g+ v
4 结束语
2 }- r# _0 z2 ?: a; ~产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,% ^$ B" w& \1 }4 Y: r$ Y
然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
7 a8 d! L( b F( M大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,- S3 Q5 `; F2 S) \ u6 l
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬
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