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本帖最后由 李杰春 于 2013-7-16 22:28 编辑 - y E M/ W: [' a
) b' \1 ^3 T0 E/ _; i. n4 {1 主换热器热端温差偏大现象% ?$ }: u+ i- Y. ~' b- V! O+ Q8 k
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、$ V. j3 s. [( f2 @! d7 y
增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
0 @- u0 a& y3 h9 ^( y换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
, K2 k4 P9 m3 `- J4 e6 n/ ]和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
1 {% b( _, I# ?/ W2 t! i& G热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
0 i) z0 W/ _# Z: l9 O2 h进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进
2 t$ z6 t: c j# `2 U( r膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
2 Q( ~( X+ R5 I$ ~3 ~温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。4 i1 N7 F8 Q* @) \8 f) G+ A# t* {
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
# N* r+ V9 \3 x4 D此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调; y1 D7 O6 a' q7 m% y
节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用9 y w. r0 P. Y# p3 p9 a$ b6 ~
较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增; c8 _5 u" J% H+ I2 _- d0 ]9 {5 q
压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
7 Y5 _7 h+ ?) t足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适- G7 G l! S1 e- e2 q2 R0 T( K3 n
当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
: ^) O2 k9 H {" _种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求2 l# @! W* G# X% q1 p
变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增5 `8 @& p' ^- F0 V/ M2 s
压空气还是采取两抽口为宜。) F% b5 x& t1 G& [
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热& U N+ l2 n; s& v; K7 ^- K( T6 J# x9 s
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一! s; j1 P y d' V
种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦& U) k2 h% C1 Q/ i' c% l
都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
1 @" f: L' J `& W! a备都采用了增压空气两抽口设计。
. J# t [, m- r& ~6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
, W! y% G& S* F端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃9 N% G3 n) R9 m6 n2 G0 Q0 D
～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
% l6 f0 Z! A; ^' b) p8 [·55 ·- q% I* L9 w* }4 J( D
图1 6500m3 / h 空分设备流程简图
. \- Y7 j$ k. ? \2 原因分析9 q: [* e' `0 g% y9 V) D, r
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:8 m4 P2 \1 i1 H% ?( o! ?
(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热/ _$ N) G# P$ z6 E. n5 C" \3 f) v5 P
器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器) i3 v0 ?0 R" i. g! a+ ?# [1 g; Q6 Q2 |
增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
. `5 x( x. a n6 \据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带2 o6 i8 ^% _/ z0 q
温度调节的主换热器。# I" _% f) ^2 M- o
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发* {( I6 H9 K9 E3 c; ^6 b
现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
9 ]+ Z7 o" i! Q& V0 w1 l& `换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
( f, Q- |" T4 X3 h足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。, e8 O( l8 h! _" p" {
(3) 操作时工艺参数调节不当。0 h8 j. Y* z% t& B. c
根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
6 h$ \# b6 I: j/ L温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主
1 d, z% Z6 G6 }6 Z) e9 i换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
& m) V8 O; V! k员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
. j/ p y+ k* i# K$ I: Z越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致9 ^& h5 U+ O5 |
主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
6 T' b# b0 ~. e+ U) N1 D要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义
/ R2 P @; Q# L) o6 R上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流! t' X- Y* O5 W: o6 K& a7 m8 o
气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均& P. n% q: N L
温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃" d% j( a8 t2 S; M- P$ R3 A8 L
略小一些。- e% m- C* F- }; b1 V9 n4 w" O
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
+ c! }7 L5 ~1 @) f ?的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
6 g! c/ b: M8 Q0 ]) b8 a) F4 ~# g等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加: E9 y \, b' J5 D/ o
热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
$ b1 I& g# A; \" j度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度# ?( e4 q. \9 F8 U
低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
! x; N u+ Y' E- j( ]用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
3 ^1 a- ~! ~" s& Y增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差0 P; I1 Z# b% ~+ b. x l6 A4 X
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
6 g' u' O# g, O7 E Z" A+ u3 解决方法及效果
, h' W3 i+ I4 {- B; T( o1 H x+ C! \! Z1 a对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
" w( E: @: g% f阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增$ c; ?) C( U9 i4 a2 G _
压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻2 q) M: S) }5 w* c" K9 @; m0 E
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水! @* P5 S' \" p% }: |8 H
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热4 R' }1 B4 m6 x; y( \, D) p5 Q s
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者, y- t" K% M" T7 Z5 A% _' Y) D
趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热2 Q2 I+ L C7 v
面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端0 b& h A; h7 v+ N! Z& O
温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于; P7 h# j& s2 `/ O3 p% o b) F
正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部1 L7 X7 Z) I9 F4 o' W0 L y
分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温' |8 C* V3 L; P2 F" j6 Q
差缩小至3 ℃以内。$ P* v4 @9 c6 @+ Y. _0 w8 y
4 结束语7 X( \7 C2 v3 R
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,* e. g) z- o. U
然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
1 g+ T) [- D+ R, X& U o大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,1 H9 o. g. ^. Z. \: R
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬ |
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