主换热器热端温差过大的原因和处理

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1 p9 p- J) W) {, x, ^6 G; _1 　主换热器热端温差偏大现象
" Y* g( Q: M8 s5 b8 F# B5 k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
换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
* ?, y/ P( @9 s. y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
/ @+ i3 y: u/ B2 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。
因只有1 个抽口, 进膨胀机空气温度亦无法调节。
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
压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
; g1 R0 `: s, |2 G& Y* I2 `3 c* T足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
4 S4 \0 ~3 W/ C! M+ V: h: e当提高增压通道下部的利用率, 有利于换热。但这
: X& _9 l1 E) ^# W& w种主换热器不适宜用在较小规模和对液体产品需求
7 t7 G) q$ ^. [* `1 O% j变化较大的空分设备。从操作和调节方面考虑, 增
+ Z0 i: K; E6 @4 O6 |5 o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
) Y, n6 ~- E+ ]2 C5 A' J器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
2 R- T, V- q* Q+ W$ B种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
+ O2 Q$ Z+ u4 }" O* `/ b" B都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
, M- q# ?1 R# I3 d9 h备都采用了增压空气两抽口设计。
8 D. L. A- s' R$ Y6500m3 / h 空分设备开车运行后, 主换热器热
' R5 N5 B8 ^! m& W# k1 q端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
! n/ Z, {( k5 g5 l: q1 v; ?. q～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
( U8 q' B' W" L1 _2 　原因分析
6 x/ l! K7 D5 R. r$ Q, q  r& @: w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
; |4 Q7 v, m% U& `/ H器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
3 B) m9 f- s4 }( X# C增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
! h$ `* b; i4 B6 v/ q据需要在一定范围内调节, 还从未采用过这种不带
9 o9 k6 p: G2 d# I! q5 V+ E温度调节的主换热器。
" w: M, y& M. \  e: m+ i+ L1 L(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
' O4 T# ]% F1 G- h2 z1 h2 ?: s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。
+ A+ q9 M- @0 n0 P" b7 O0 X(3) 操作时工艺参数调节不当。
3 B1 N" g  m2 m1 L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
7 W  g7 i. ~' X# i: l. v员主观认为只要是热流体, 其进主换热器的温度就
5 R( x% h  h, \# n  n越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
+ {" p  I( D# x, o- D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
气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
7 L# q$ Q( I( i" i2 g温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
略小一些。
9 M: v" X6 v6 T! t' L0 ]产生这些现象的原因很简单, 在主换热器热端
/ l1 n3 K" l+ z的某一断面, 返流气的温度和增压空气的温度相
/ T5 {% K! n2 l4 r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
9 b* J7 I& x% ]/ p% \. s9 q度高的正流空气的加热, 另一方面又受到比它温度
6 F) B: F' |+ ~# U7 p低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
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。
: }& f0 q0 d: s! P, s! t3 　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
" z8 X( T) ?* C* c( `7 _0 l- x7 }压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
1 b* `+ {3 l9 Y" o7 S6 {, j水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
( u+ \* ~5 Q6 s9 R& m" [- D. T机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热
5 l$ n6 `. c: \7 {; g器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
4 s% T5 {7 C! [! F/ S$ X9 d! j趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
( B; [/ [- p9 m6 U- F* M6 L! Y面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
$ @% p5 u) U" n: Z  x  o# e* z% U温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
4 |* g- ?/ [/ K1 A+ E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
8 `7 t: X. Y2 ]; \/ r: u$ B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,
然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
% S* L! d/ a( S" ?9 p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