主换热器热端温差过大的原因和处理

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1 　主换热器热端温差偏大现象
6 f+ z) Y+ N0 q' o" E! x0 k某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
8 h1 l+ C2 w* r! p. ]! |3 f7 u  e9 v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。
热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
) k8 p& o; C% T; i% r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
温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
; n+ j* g7 |2 Q1 S因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
# s$ q! O9 n% K+ e此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
+ a9 ]& m( `9 y8 g; q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
% T0 h, k" x+ L% R# m& s' O足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
5 f/ W9 y* u  h( r& q  s当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
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
' u, m3 O) I; q- {9 k, n. t3 \压空气还是采取两抽口为宜。
% }& g  C5 c% q9 |7 z笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
0 I7 j, g3 G" f0 A! }& v9 Y6 [: f+ ?器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
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
3 t4 |5 i8 {0 X9 m* W1 _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
端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
1 k! l( `" Q* T  }5 w& K～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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$ c: y2 d; c1 t, X图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
% P4 K7 [+ U1 ]" r% h0 b2 ?) F2 　原因分析
6 y. X! m; C& ]" {( l9 G- h  P造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
  S9 V' k  }- R, s(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
" s( @; b) S, B" |$ K/ }0 V6 [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
  f: j1 i* F. X& w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。
6 z- I; I3 ~9 u5 E" W0 u6 F(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
# U" D$ B% Z, K( z" h" e: \4 S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。
8 B) b; c! A' e& ^' N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
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
越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
* s/ Q5 k; A9 [4 ^主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
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
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 ℃
6 {2 @) J9 G. x( c* I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
等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
& d5 M$ `" L1 o5 M! P) S# u! a9 M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
. _  Z% A; b, g5 M1 H用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
  w+ G/ Z! x, F, q" a: p' v增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
) R9 `) Y7 p) o; k9 a  ?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
对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
- r: n; ?, \3 q: q; o; I, C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
' M) Q9 x4 n/ `' |. N6 O水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
% |2 B" j5 `. M. U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
) |9 W2 {2 h& j6 T2 f. k面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
( ?; d8 _1 ?+ p- H$ L' Y+ i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
分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温
8 i4 @' V. m& Z+ q: f6 ^差缩小至3 ℃以内。
4 　结束语
, N# E$ W9 z5 b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。
大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬

积极参与，共同提高