主换热器热端温差过大的原因和处理

流云天下

1 　主换热器热端温差偏大现象
) u" [/ ^: i! N# W% {9 e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
/ C' C5 Q1 b( B+ v8 E1 M换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
4 ?% L! w. L) g% h, m- B; k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
  e" h# ], V7 c! O+ o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。
( r3 u2 q  ~: t) ^/ w) E# `因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
" R5 x- G) e" b8 b5 F: i8 N此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
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
: d/ B7 m) W  w1 g# e* K. q# \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
- c8 _1 j) x" g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
/ ~( e' p; L7 f8 \, `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
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
% \) [) H& N) B' ?1 [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
4 u$ M" H( h1 s$ g6 l& D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
% o* k  ~- ?/ w! Q% v端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
2 W. e1 x* f2 w# {～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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& V! W7 P/ k; r. H/ I6 b9 x9 E% c图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
2 　原因分析
+ W0 m3 p: l5 C  m( D造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
0 p$ ?# @/ F4 j. m, v2 [% c% m1 z器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
: H4 O6 n! H3 q% w0 \% A* R' ^增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
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。
3 O2 [6 E* Y0 n8 V' o" @(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
6 O, A( R" w; b2 t" s$ [0 x0 ~* Y换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了
2 I- K. l. H; Y$ L- C* h, M足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。
7 C% i( t! b' ~; k(3) 操作时工艺参数调节不当。
/ C' i) M8 f/ @- M+ k: o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
" @& Y" E4 K& R; I员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
  ]* N  {2 q+ i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
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
7 {0 s+ p6 K& Z6 x$ d1 e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。
8 z) S4 h. D+ o# c. O6 a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
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
; Y: R8 q' ?2 ~用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
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。
' A: D  k& b3 n3 E6 P" ], S3 　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
阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
( J  X) ?& ~) v7 G% u" Y5 o, r压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
* N6 l9 O8 t8 h1 X1 m. ~% V水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热
4 F. s" q5 y: L3 u9 ?1 f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
面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
3 h8 l9 j9 ^- f" p3 K; @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
( `$ U2 A0 P, S* \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,
: x7 S0 N' s: C3 G然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
  \- X1 i# w# T! a* b/ k9 u; W大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
2 L0 ?6 K! _( J1 b最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬

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积极参与，共同提高