主换热器热端温差过大的原因和处理

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1 　主换热器热端温差偏大现象
3 k2 ]) l6 K, G3 ~/ J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
( W% f/ c# x4 d$ v- d! h2 g换热器为分体式, 有1 台氧换热器、1 台氮换热器
* M: U% F( I0 Y6 D3 t6 B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
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。
  p1 {6 d0 o  L' D1 H( m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
& A0 b7 P4 }7 v3 f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
3 }% o/ Q0 @/ n) C( x" ~; ^足6500m3 / h 空分设备的启动和正常运行, 且可适
1 \+ d8 V# c" v8 C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
器, 一种用在了2 套6500m3 / h 空分设备上, 另一
3 K# b' k1 b2 S. p% K0 \2 J: b8 w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
: W" B+ ]9 A3 B8 F- F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
端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
" g& G% T! P" T" R9 C～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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6 H/ b& V( X$ Y: G# c图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
2 `: R0 k: a+ n! X2 　原因分析
7 Q6 o( C2 }: `% \4 o0 G造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
" s9 A( m$ f! |6 Z0 C9 x  n2 A' g- j(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
2 e' w3 v+ B0 P$ S2 o& g" F9 k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
! Y- n- U+ }- R温度调节的主换热器。
* @' p5 _3 H( q# J% X& q6 c$ k(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
! ^- M( l9 M4 v: o# N( Z! u' ^# ?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。
' J# |' n% ]' J- V( b(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
7 \5 g1 y/ Z6 i1 c  w( V温度比正流空气进主换热器温度低718 ℃。因此主
. z! a% C6 y2 [换热器热端温差偏大的原因非常明确: 由于操作人
$ J( V1 D. @& y& q4 w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
7 @8 x9 a: I7 Q' R$ X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
: F9 [+ Q& w7 N3 @+ m$ ^& e上的热端温差, 真正意义上的热端温差指的是返流
+ N1 ]# u. }4 f3 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 ℃
; s+ {$ B$ Z$ S& T( e5 d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
" `7 O/ a' V: q. J等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
+ i/ I' z8 r2 |$ _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
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。
3 　解决方法及效果
$ b. v& M- O6 `$ G- H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
压机后冷却器的冷冻水流量, 增大去空冷塔的冷冻
0 ^9 o% H  H3 v* L/ m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
) D9 H! \1 C/ J( r) I7 ?2 B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
* j, q, M0 H, p% j: D面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
, `# q4 _5 ~* b( T) p& a温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
) p2 B; q9 ]; P, O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
' f+ V+ ~; N; p3 [; n  H. 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,
然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
$ y  c% @  u: e( `% E大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
  m+ {1 E% u2 t6 Y) m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