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本帖最后由 李杰春 于 2013-7-16 22:28 编辑 1 t1 {4 b) D! P8 w' G* d. ?% w4 r) i0 x
' k0 P) [2 B6 m5 ]5 V, a6 V6 z1 主换热器热端温差偏大现象( a9 S! L2 P2 ?! t* ^
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
) V) g _2 C- ^* j% @. e. N' z. M* H增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主$ _& C- {0 X0 k, m6 k
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器* b: w; X9 s \4 w
和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
4 V% N3 Z8 U3 [7 `% w热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来. [3 ?0 ^; J$ Q0 a
进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进" L0 G" P4 x. p2 O* J* [! q6 X0 f
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合 ?8 C. I5 A3 U! ~5 c, t4 g
温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
* r& K: g# n8 G- A7 E因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
0 ^2 b* ? t r, ]3 [+ ?此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
. q: ?* g6 P( M5 b5 _( P' Q) t节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用) B+ M' q2 n: M. }. F
较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
m- U, g+ a) E2 W压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满2 ~& h/ Z! h, ^: }: ]$ D# f, m. w6 f$ l( U
足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
0 c( \8 C4 o$ u* `8 O3 b9 z当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这2 D \0 e' E' @' H: k# Q# c- c- e2 c: B
种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求
3 g& @: C/ C" \% E; G变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增
$ M" c4 h& j' J* W: m压空气还是采取两抽口为宜。9 {, k& L) B; e& d
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热) T$ `( l6 ^+ Z. W8 s
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
7 H) x. D) S4 v; F7 ?& B! e d种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
; @7 }8 H% N* l; V, X9 m都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
' ~8 `$ _9 }4 h% a+ p2 Q7 F9 d备都采用了增压空气两抽口设计。- G% ^7 d2 |, Q/ y+ g
6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热; _' x- |5 _6 F$ M# e5 G/ ?" @
端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃* `6 h0 t7 M7 C
～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
D0 D1 t2 M* I m·55 ·$ D1 ~7 x' |( p/ t3 q6 ~
图1 6500m3 / h 空分设备流程简图! o1 L. n- r+ B7 L
2 原因分析4 z+ x3 o9 T) R4 e( g
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:3 u( T' p5 [% N$ b2 d
(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热, s, Q- m6 t3 \& F6 ~/ N1 M; C5 k5 c
器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
- s6 I/ a8 W; E增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根; s% T' C9 ]! _
据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带( S5 G5 r1 y1 j( U: J5 q
温度调节的主换热器。
1 h' O3 p! p* J, P(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发
0 j. |4 L- d! l现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
/ H0 ]2 R0 }3 _4 ]8 Q9 @6 i! b1 a换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
1 n a9 ~1 A/ a. a2 `, Q足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。
, c) j' S u6 i1 U0 F(3) 操作时工艺参数调节不当。
! `5 o( W6 l# w! }" d! U根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器+ j; c5 I. y, t8 }
温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主6 C/ L( E. X, U J" _0 d2 b' T1 ~
换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人& V) B6 Q/ k* }& w6 s
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
* h; w6 ~4 a2 m$ Y9 [4 t越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
# j! Z$ W% `0 r8 t6 v主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
2 U9 Y# A8 r3 O要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义& y. \$ u6 j. P6 @( i
上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流' M9 l. u% H. R1 q
气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均% B6 j! Q- A) z; G0 Y( }7 f% @
温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃- B+ i7 W" J1 d
略小一些。, l+ b! x" l5 t
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
7 l2 O! F4 s4 X0 s的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相) [5 C# R6 e, t5 w( n. @# n
等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加0 Z( Z; f7 t, o# `5 q7 q$ U
热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
/ I3 l2 [& k) Q度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
4 c% v o( @- m9 V) |% i& h低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利; G: Y8 @) ~; g. D# L
用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
. X# [6 O* b8 H1 R8 Q0 _增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差1 o1 i# V; _4 C, c( l
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
4 V/ i& X& C3 B9 L9 s1 Q3 解决方法及效果+ E$ z& W% |3 D) O4 {/ E
对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
v* p8 A( k5 L" G* K2 u阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增 C' P9 \! a8 z5 y3 D
压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻: y* L* ~- W# H7 _
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水' v, s5 v0 k6 D- P
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热0 Y1 @$ p8 Y0 O S6 Q* Y$ M
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者( z+ u: z' a: Z8 v
趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
6 E4 _( Y+ e1 A9 E, N面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端' J* S0 O' g$ S0 _6 v. `, o
温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
5 h, F, a9 x Y正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
+ A: r7 O9 R n: A" x" T6 f" L* c分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温' Y4 S( |; U, M5 M4 \5 y
差缩小至3 ℃以内。
. ]4 |/ F' l, W4 L8 Q8 m+ n$ ^6 W8 |4 结束语
[. M5 J; A0 c R% B$ c产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
5 p. P1 y3 _$ Z* N然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
% K* U4 `+ w1 S5 q6 L大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
2 [+ [ n* Z7 t q# ?最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬ |
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