主换热器热端温差过大的原因和处理

流云天下

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2 l" @0 B7 G1 P! w( I5 J/ l$ T1 　主换热器热端温差偏大现象
; H: W# ]8 }) w; x* B某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
8 ^6 f) R$ M" ?2 q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
3 c- K, [( N/ f% q和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
% j) x3 E* }' G9 }热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
" z, h; J3 ~$ `* q# t( M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。
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
压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
! }$ u: d- U0 w* o, r7 d3 ]/ H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
; T' ~/ ~' ?' r0 R8 {" I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
压空气还是采取两抽口为宜。
/ @/ [) o2 G+ K笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
- d+ e/ d$ q7 u. W5 ~3 a器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
: z6 B* V2 Q: O; h2 j6 d& u. Q9 Q种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
- @0 X5 K5 Z7 D. [! Y# W" P0 e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。
6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
: K" [: U& W4 g" J( G: r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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& [) g$ x5 \7 Q% S图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
6 q: w8 A0 L3 Z3 G. ?  H* g2 　原因分析
  u4 R* ^6 M% d' q5 w, ]5 u% {造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
: U% m, s( `9 b/ g. P/ y) [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
$ R9 ?# G' X0 q" |5 V2 n据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
# Z! l; d4 E$ U* `) a* }5 f温度调节的主换热器。
4 J) R' H3 k) Z4 G, |* |(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
7 R8 x  Q, g2 m% F# `) u% c& _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。
(3) 操作时工艺参数调节不当。
+ [) E# L; _- ~+ b' f6 T+ b/ u根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主
6 H& J# W) t# k+ ~# o换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
: }8 ~2 u2 r6 `+ ?" }员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
$ o" G6 C" X$ {, ?9 ]越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
! y4 x: U5 }3 i! i8 Q& h" N9 }) r主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
( L" A& Y& n9 p* o% M/ T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
+ P; ?9 I& d* Q) U4 ?  L0 t5 |* M0 u气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
略小一些。
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
: b0 t8 `8 t/ B$ J2 }: q% Z! w等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
" ?0 h3 m% d. d热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
) e) F3 }3 o+ C" `% d7 Q度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
) K8 D& s6 K7 H' A' m低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
7 P" X, M* @0 E. K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 c/ |2 R0 l5 o; W4 z; P越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
! E, W6 _6 b8 i8 G3 　解决方法及效果
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
6 `/ M4 q# R1 [压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
. m6 a/ r" q, w* d% `水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热
- ^" Q: L+ ~: Z0 U8 ?- W$ d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
面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
8 M1 \8 e' c; j5 u* Q正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
: C5 i7 r7 H" O$ {分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温
差缩小至3 ℃以内。
4 　结束语
. Y, i4 Z8 K$ J5 S* S0 ^: v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。
& w' x& T  C/ ^  w& O% e大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
- P% v# Y' d) A: w  l! o最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬

shuiganjiuying

积极参与，共同提高