主换热器热端温差过大的原因和处理

! R3 F4 @( q9 r7 n- u1 　主换热器热端温差偏大现象
某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、
: h9 K% K0 I. ~0 A5 u增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主
, I4 u  L9 g) m1 s8 G% ?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
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
+ p& R- O/ Y2 e温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
( S" i3 [9 v2 m2 m因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
0 I4 c, W; P! v& u- i% p) m此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
2 C9 O0 X& N2 T% c4 o5 v- H节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
1 D9 H1 O" J, }. G" o# j较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
( g+ V; j4 b/ u9 g压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
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
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。
笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
5 C+ [( x) U" p" J% z器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
8 K, L4 Q/ i# i/ _' ]6 }; J5 o0 b5 ?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
, o4 Q1 l7 |5 l0 |3 x+ Q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
$ p& ?) E" m: k5 h7 `; @5 j* S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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9 U; c2 j9 F% K; T3 L$ C; I图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
2 　原因分析
- H0 s" r4 s$ k& |造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
3 Z: x4 g6 n+ @$ l  d(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
, v, x$ D1 Z6 K& @" P& V8 q器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
: B. D' L6 q& u) A, ^( i: E' Z增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
+ U! J3 f9 B% c+ Y9 N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。
(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发
9 F, I; P! \) l5 R0 j8 K" g现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
6 h  D% H: G' f8 S4 m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。
# `$ O" ~$ g6 }8 c(3) 操作时工艺参数调节不当。
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
主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
' K. O& X7 ?# r% M, L1 E6 }* p要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义
! k) T' J  A) a4 V+ S$ r7 |3 `# l上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流
& r# L+ c8 T5 x+ T8 ]5 T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。
6 N; d: q( ^* e5 F7 j* F4 k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
4 L$ A  p+ v3 U7 J$ Q" B' c热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温
* ?$ h0 m- N0 ]6 R) I  f度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
9 A/ `+ t# A2 X" ^/ m$ l' p; e低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
. q! r( S7 W; w- r* M- B9 {; c用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
: h. X9 M) q6 t- l& B+ r* a1 {增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
( M$ [0 t9 `( \/ f1 ^3 　解决方法及效果
3 t2 G) I$ y: i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
3 u+ _! C" k; b# u1 t$ j# b+ A压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
% Q! o. ~7 @& b  ?5 X1 m4 c& d% _水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
% Q# M& {- X- I; E$ Z机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热
/ }: ?' z7 y) M) }& h9 S) o. E器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
4 p" x1 j: F5 E4 @' u/ o+ a趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
3 `( o2 m: E% Y* E- Y( |面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
4 b+ K1 o& f; r- Z" Y温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
9 x1 K, x- ]+ G) ^3 ^; s2 `, D正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
. A$ e' z7 P( N5 a% m7 [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
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
5 b; t" e( ^5 T5 M3 o, i然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
  d1 g$ V" z* n& c, Y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