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本帖最后由 李杰春 于 2013-7-16 22:28 编辑 3 m1 _" l0 R6 ^4 P _$ E
, W- R- g1 w3 L+ `1 Z2 O5 h1 主换热器热端温差偏大现象" B2 F3 `- c' }) \" m* w: p2 h
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
. h+ Z% \" y' `" T7 D, H5 A! P增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主5 M3 J! J- L8 [! V8 O
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器4 W5 v* ^5 |+ T' B( V7 V
和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
* |* x/ c. q3 n% d, r热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
+ V' k: b: V( y0 y进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进) r( C6 y) E) W$ E
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
2 t" ~1 u3 A" [' u5 K0 j+ r# {. l温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。, l3 p! A9 H; Q. g* @& Z
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
* C' A8 f+ z3 G; n此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
6 K& L2 T5 v! K4 U/ b" y% l节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用; S% S+ v s! U% A- m$ s
较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
' V9 ^0 f7 a7 f) Q& ]* U/ k压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
8 v5 V$ g; U- g- q ]足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适# b5 H" p9 ?9 r; T7 Y. Y$ n
当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这, R: f; H5 n! l R6 g
种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求4 a2 x" h. F9 ^" t, j; F$ b
变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增$ F( C% |4 r- F: A0 j. E! e; S3 Z
压空气还是采取两抽口为宜。0 T. h m4 y5 i$ x) n& {
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热( K! X$ X1 }# [, ^
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
2 E9 F6 W) p) M种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
) o9 K/ Z: m6 a+ W: Q都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
~# ^: T* \8 r( M5 z& p- N备都采用了增压空气两抽口设计。' ?# g1 O* T5 y" R/ q6 x$ L' E
6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
: o7 |# _( e3 _, r" Z8 @) h0 H( Z$ i端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃7 m+ ?0 e. ^, o7 f
～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。* q8 F/ C* I1 O, C$ y! I6 _6 T) p
·55 ·
9 j" I* M I0 e' |6 w图1 6500m3 / h 空分设备流程简图
' I" I" C: \, w, i4 l2 原因分析2 F* C* ^6 t# y! K8 H. y6 r( ^# H
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:& ?! H$ n$ M$ d, }0 g' X" l
(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热) d( L0 J, v- C
器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器2 }% E: E _2 v7 g7 J( e
增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
3 G& X! I& h4 h+ U据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
5 I6 _# M i1 W温度调节的主换热器。* v6 ]6 Z4 g5 N3 Z! C z9 O
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发
" ]9 x: W0 _8 m( ~3 M现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主1 Q _$ x" E0 p; S% l2 B
换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
/ Z0 p6 S$ `) @3 K5 j' z q0 B足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。. o4 {" T! e6 u" _* x; m9 r" G
(3) 操作时工艺参数调节不当。' B9 T/ y2 O3 a+ l; C* z4 c
根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器. k) _0 E' w1 Z+ S/ j4 v
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主- |6 q/ T; _! A7 K2 k
换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
& P+ \( w, P1 b' L. f" P员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就2 Y: V' X, n9 N- f* u- T$ W5 A
越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
% L2 B2 }; F9 {0 o, S3 y主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
* c/ h8 K$ e W8 E+ a要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义
% O1 f' t3 f4 {% O6 N: V, Q上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流* F2 n( A; r! t6 s( Z, ~% E! D* V
气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
0 ^% U" ?% Y A: W3 J温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃) J- }; L. |) F$ k4 {
略小一些。
6 y6 Q5 r' ^1 W: H2 L% L产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端9 `( Y/ x5 q$ k) U$ V& h
的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
+ a: A; D) x: W9 |等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
- p% V% m p% z6 x& O/ r热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温0 M' C* r, A9 q7 ~
度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
0 V$ V: O, c, @低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
& I/ Q" D( K& d. B用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
5 `" U& }' l8 R9 `; b: w* a增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差) Z- \9 O, R. O. A( b
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
: d' H7 l/ x0 | B% Y3 解决方法及效果
# p; s" y7 O) U& J' P3 g4 [6 ~8 A' F: a4 W对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
; O* e3 }4 R6 u/ p* Y4 n4 n阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
2 k! _1 S- C5 ^( q: w3 p W压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻, ?! Q0 q! N# f) h9 U
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水- ?3 Y' v0 i( X" i: y2 M6 F
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热1 K- h1 \. [( E. P
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者+ }! ?( I3 H* V. P$ ~
趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
+ g; I0 i: @. h4 W9 }+ c面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
/ o" F: l6 G6 S9 ?* U! n8 T" o' U温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于8 o" j5 F) l8 S* T
正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部; N, }+ m* @8 l f( c
分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温
# M+ Y; N; K C差缩小至3 ℃以内。- g- _: R$ g4 u) k$ J; l( V
4 结束语 I8 r. F* W0 d
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,9 ?9 I+ y( L: ~7 J; Q( }
然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。9 Z! T: Q5 }8 ?5 t4 T9 k5 y
大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,2 o) o; ?+ z& Q0 \7 \
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬ |
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