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本帖最后由 李杰春 于 2013-7-16 22:28 编辑
: N! R& x8 n7 A0 L% ]" n% ?/ n& z: G& R
1 主换热器热端温差偏大现象
" h4 T w3 r( E4 Z \4 e某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、" [# C2 c8 B* x5 T0 F3 K5 @$ |; i
增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主2 b7 r4 ^% y- m
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器* f; R6 C5 N1 a- N
和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。; |. x& Q+ i$ o$ x; R: Y
热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来7 B6 w4 X# P3 L J3 u2 {2 M& T! ?" i# J
进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进0 Q7 _& O! h( @* N0 W6 F& O2 S
膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
- K6 R. W5 w) t- o, L温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
; Z7 [+ b! C. E7 w0 k8 e因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。7 `" c; v! ^, Y; g* b
此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
; g2 ]/ {9 y/ A节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
b; p* i% k7 ~+ T$ \% ~. ]较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
( u/ Z# f3 {2 ^% P压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满+ B* a- D! P7 k
足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
4 A2 E' x. l0 h" V7 d0 g当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
2 W) E8 H) ]; Z. O9 G种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求
0 z6 R# e( m# I; Y; U! R3 J变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增) n6 W- R4 a7 X! h) E' ^0 V
压空气还是采取两抽口为宜。2 L3 {1 N9 |2 }; G+ c* B
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热* H6 O0 [& N6 n" x; n
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
C$ p, S! o( Y* R3 [种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
+ c {6 B; X- [, f! ~7 u都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
- t. r) F; [+ P3 J8 e. I: _7 L9 _4 O备都采用了增压空气两抽口设计。& S$ S* `' X$ \( f& Y
6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
7 E1 y- S# ^; @( x" E9 h端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
9 E ]. \. n/ Q6 u) P# S f～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
0 `5 n- h* y% p/ @# V& s1 E·55 ·
) J2 j# g( t& e# T ]' e$ ]图1 6500m3 / h 空分设备流程简图
# a9 U6 B* v$ x) r2 原因分析8 h O* P/ k& c' v/ \. V
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
$ {' U9 [: L, a(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
+ d5 n) A; n2 N4 i1 x3 W9 Q; _器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器: l7 `, B- Q5 c8 q7 w7 H0 D
增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根0 P; v$ d6 c+ N& V+ k2 |
据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
- {9 f% Q0 [( ~( o2 i温度调节的主换热器。
5 i: n! h/ V. Y5 E; `( ^(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发 Z. p7 ?+ h2 O% |, C3 {9 I
现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主' m" e5 o: P$ k! B8 |
换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
$ J) Y2 i. d- d- A足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。- N8 T( n* Z+ V, W9 B! @5 W: g) J
(3) 操作时工艺参数调节不当。
0 ~+ R! h( ]3 y8 H/ ^- X根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
: Z8 a- c! g! `! M, |% L3 c3 B9 ?温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主
( H Z; v( C- h l, ?换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人/ M+ \' H/ e5 a7 w1 Q& b- X
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
6 m8 m+ v/ R- e- Y越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
+ P' y& @3 X6 s; g2 x主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需) b; d4 i* Q- M9 b" W* p
要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义
: x. C% o$ {- m* E: W9 y上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流' O; J* ? a7 W& @8 [/ e/ T
气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
% a. l0 ~; d& N. _* S4 q温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃# k7 `* Y) [" }
略小一些。% d1 ~) _8 `2 p3 V6 A! I" c- h$ K: j
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端: W" w; M' ^8 ^% w$ o! m& ]$ X
的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
2 ]# y- _: [4 i/ E! z1 k+ a等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
4 S j$ t5 k# f+ d热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温# g3 f9 P/ Y2 k" V$ Z
度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度/ |3 w) L/ I8 ]
低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
* T& l/ C, \- H l8 [用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时% F- i2 p7 C: `3 a8 k
增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
" [8 t+ i8 y9 K( }- j& u7 q越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
8 F# I' j4 j+ w/ o3 s I& L3 解决方法及效果& ]1 B) Q6 m' P) \1 a3 j
对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节$ j9 m! K; ~5 t M4 L$ u- ~
阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增2 U1 p2 B/ f0 S1 k: p2 I) N5 u; p
压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻4 {' H+ f, [* B, D o- a
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
2 g0 s: l" O# a- V( a机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热$ ]5 t+ W3 P. ?* ~ g
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者1 M: j2 L$ _" O
趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
8 }" ]! G3 f- z) g' b) p' a; {面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端2 p0 }9 e5 i7 H; ^
温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
h1 R3 F, `% G$ C5 q: }正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部/ X$ i% V' J' h, ^
分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温
) c3 k8 ~) V3 E5 L( u! ~差缩小至3 ℃以内。
2 G) f6 T1 D* O3 F- M, o" ?4 结束语
. ?/ E" [* x- }% X: X6 P+ _产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
+ W' j: b6 }. r$ V* H6 e然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
: z& L3 i. @ N: s大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,1 @5 E+ e+ d0 f/ E Q" R
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬ |
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