主换热器热端温差过大的原因和处理

5 ]. I1 P) S1 x, U. i. z# c0 B
7 B& U) k9 p" `9 D; F  D+ K# f1 　主换热器热端温差偏大现象
% H5 l4 p4 s' A* k0 |* c: |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
: X& f! t- a5 u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
+ ]  v7 u4 S6 ~3 z5 M* E* x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。
4 k. s. g$ R$ i: u" _7 u* o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
+ V' B) `5 n  X) q% F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
2 w/ r3 `, W  }0 Q3 f压空气下抽口后, 只要抽口位置设计合理, 可以满
5 @- b) J- z5 I) U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
  ]7 F  L: [! [; h: ~9 _/ v压空气还是采取两抽口为宜。
4 L" E- u9 t. Q+ @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
种用在了1 套6000m3 / h 空分设备上, 实际运行亦
6 M2 k& Q( A6 e都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
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
6 _* a2 [" z+ ?' E; d) T) `' Y$ W端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
4 i( p6 U& B- ^: T) ]- ~& r～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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0 U$ n% H) l+ R' C" I图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
2 　原因分析
造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
4 l( w- l7 u* t# N2 {* x(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
% F' ~5 ?! [/ `: ?. Z. j器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
7 j; Z  Z# Q; @9 ]  o1 Z' g' i4 \增压空气抽口都有上、下两个, 进膨胀机温度可根
4 V- f8 r/ t1 S; a$ ~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
现, 以前主换热器所留设计余量普遍偏大, 故此主
8 J7 U1 i) O# N+ V( r1 o7 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。
(3) 操作时工艺参数调节不当。
0 X4 `5 Q$ j( f' b- K  `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
0 S+ a! y; b0 O9 {; v. {越低越好, 未对空气预冷系统进行优化调整, 导致
# u% T( L4 O9 a* y. j) ?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
1 ^, O* h+ [6 `气和正流气(含正流空气和正流增压空气) 的平均
  P: s8 ^$ S* o* q1 M6 t& N) ~/ B温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
2 k, y% q$ z. K+ U3 q$ v7 o略小一些。
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
6 q6 M$ u$ g7 Q& s# s等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
9 b, i* `" [1 g( W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
- H5 N+ ]. w) i6 Q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
" Z( g: V' k# o7 [4 _8 N; D, B越大, 对主换热器热端温差的影响也就越大。
4 D- H+ L. n, i3 　解决方法及效果
3 V# B/ [- o# _# S1 H7 Q3 C对空气预冷系统工况进行优化调整, 通过调节
- c$ K( M+ ]9 f阀V10、V11、V12、V13、V14 和V15 , 减小去增
! p4 k* z4 \8 `, Q( w# r压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
水流量, 适当调节冷冻水回水冷塔流量, 保证冷水
+ q2 N$ B' ?6 O) D. H) x9 z机组在设计工况下运转。从而使正流空气进主换热
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
+ @# T3 E0 c- q: }7 P6 T温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
% x1 _) p4 p( Z, v/ E7 g/ K正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
. D3 K3 ~) D/ q3 Q; u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。
1 ?* r7 _8 A# N0 U5 B' t4 　结束语
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
$ J3 R9 Y6 B+ O+ p, f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,
, d) k" u% `* m+ n4 W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