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本帖最后由 李杰春 于 2013-7-16 22:28 编辑 7 g P* `/ K2 e, H: G- O
% d& ]# T1 n6 A) S2 i2 }' Q8 w
1 主换热器热端温差偏大现象
% M9 \- x# ^" J5 v& @某6500m3 / h 空分设备采用分子筛吸附净化、9 M5 X) g0 w/ N! O* S
增压透平膨胀机及全精馏无氢制氩外压缩流程, 主9 D6 Z) q; y2 ^9 l7 F. y2 J+ ?) B
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器! h* {$ z, o# E4 ?
和1 台污氮换热器组成, 其流程如图1 所示。
2 D9 t/ p# Z8 x5 |. t7 t# L热端温差可利用正流空气阀V1、V2 和V3 来
- ^- I0 D& N" M) I进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进
, m0 A- s% N- Z8 c, o膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合8 r9 p# H0 G# ?1 T1 r9 J3 l
温度决定, 各换热器的增压空气量不设调节手段。
& H$ [, K: j! }因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
. r; S- q- @% k+ }% l( \4 B: {6 H$ |此种增压空气只有1 个抽口、不带中抽温度调
0 W8 H" |! J1 s9 E节的主换热器, 因对设计要求较高, 尽管国外采用
6 D- U! o; U1 _; e) d5 ^2 B0 a8 L较多, 而国内较少采用。从换热角度考虑, 取消增
2 U6 b; O. v9 M1 k: X: I压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满& H, x/ k9 L" p1 R9 f+ s
足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适' {6 v. |6 o6 L' N4 ~
当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这. Z" y) ~! {2 t6 W, ^/ h" W
种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求$ I9 s+ u6 H9 M. r3 P7 z$ V
变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增' }7 q/ {& u3 ]
压空气还是采取两抽口为宜。
5 W; Q4 S: M) E: d笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
# V& a' s$ \& ]3 G' N# |器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
' b4 L8 ?2 _+ z, q% z种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦+ q. v B5 ]( G+ ^& m
都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设: q& ]' ^8 T+ r- a: h
备都采用了增压空气两抽口设计。
( o8 O9 p( l; O7 U4 ?4 N6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
5 y. }4 H" U, J4 ^5 \ j e. H1 e端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
1 `- {, X1 y( k$ z～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
6 K. y( I7 @6 ^5 R% p# J) p4 h·55 ·
/ D. x0 {5 y& O& b, j图1 6500m3 / h 空分设备流程简图
; T1 W$ x7 r5 T6 {2 原因分析9 B* C$ E" R, L/ C0 [& [4 x
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:. O, k. ?6 C3 R. y
(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热$ X" x9 k r! V8 r3 Z
器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
1 j% h. z3 Y8 a6 e* b7 J增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根, p& j, U% Y* U j
据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带" J, a$ u8 R# Q5 D: M9 P
温度调节的主换热器。
% y4 i$ m$ `0 T k" M. `(2) 换热器设计余量不足。因为通过计算发( b/ _" Y* o E; w: m& f9 U
现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
0 x- j' ]9 W7 j, C5 k换热器设计时作了适当的减小, 尽管理论上亦留了4 c: E4 F5 I( A. |5 s4 u
足够的余量, 但与以前同规格主换热器相比偏小。& Q5 j X$ K+ a8 F; T c
(3) 操作时工艺参数调节不当。
2 M* `, o0 c/ P6 M" v2 u: P3 u/ [根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
" a) e5 H; ^- d4 \# i温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主
- _+ C3 p5 f3 B6 q' }1 V2 S" B& s) k. ^换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人" s: K+ a/ j$ A! B9 a1 n7 N
员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就! L& g8 C6 M% H2 E
越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
& H& P v( Z' N$ p, y+ _7 x. h主换热器热端发生温度交叉, 使热端温差变大。需
/ a6 b9 |3 U! P2 ^" k2 m% g9 I# X要指出的是, 此时反映的热端温差也不是真正意义
, }" Z' R; O2 j7 r$ L; ^# Q上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流
5 @! R3 F$ S8 Q, ~5 ?气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
' q1 S# K7 b# m5 R; A3 |温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃ N$ ?0 A' e: F7 H/ ~
略小一些。. h2 @' ?% C+ d8 @7 {
产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
' r u h( y3 C5 w的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
W! I. K; T B1 Q+ j% Y, e等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
) ~! m9 F* R5 s% Q7 E6 P" ^热, 反而被其冷却。这样返流气一方面受到比它温; T. T; C5 a) k5 d
度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度: D5 { V& G0 ~% A2 e# a
低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利3 N( l8 m$ P" I7 a
用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
- D7 S; \& W" [# o9 Q增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差- ?6 W& p- F$ L1 S d# i' w; I# K
越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。/ s T7 }/ v c6 v7 n9 N- C( k( w
3 解决方法及效果
- d9 d+ |$ b C' j: d: }对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节* n4 `, h0 d- T% `4 ]$ q5 e( H
阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
: P* L9 p' q- k8 U压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻) W8 ~" P& c# x( r6 C9 B$ C
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水$ U; ^* y& i! |8 C% t: m
机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热0 E) Q. M' ?7 v8 |( f4 H3 S$ o8 P6 H
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者/ M) [! U7 X( m- E3 Z
趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热; k. L8 s/ B$ m% w$ f+ o. H: v
面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
C N) u+ v& C" k3 M: E温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于4 I) A4 i: h7 q, s$ B
正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部* Y [6 o0 \, i4 @$ `3 t$ N$ e
分传热面积失去传热作用。调整后主换热器热端温2 ?' {. r0 { {; d# M/ [
差缩小至3 ℃以内。" q* [( r) M. y0 R* _: q! `/ _/ g
4 结束语. h3 i# k e) @2 O+ @- C
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
4 v! x5 j6 J) M1 l, u' k8 P然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
. D3 ~* W3 `. ^6 F( x大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,) J) N. X2 B k% ?0 E" @
最大限度地降低整套空分设备的运行成本。¬ |
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