主换热器热端温差过大的原因和处理

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3 a8 C9 K% D/ w1 　主换热器热端温差偏大现象
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
9 f9 h; H; F+ t8 j& J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
进行调节。增压空气出主换热器只有1 个抽口, 进
$ N8 s5 v0 l! u, @4 V9 ?膨胀机的空气温度由3 台主换热器中抽空气的混合
6 @; t7 N. m. u% \* m; Y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
. A" U$ x6 X) f9 J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
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。
$ q0 d4 y& J, F. f! A笔者公司也只设计了两种规格的此类主换热
9 u3 `; K  b/ X) W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
都达到了设计要求。但后来设计制造的所有空分设
4 x9 n' \1 l. E4 ]0 T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
$ ]9 t& I0 {7 d9 S% b' Q% I端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达414 ℃
# s/ @% d3 b( M6 o～5 ℃, 而其设计值为3 ℃。
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图1 　6500m3 / h 空分设备流程简图
' s+ F& r: \& f: K, p2 　原因分析
; W# w* G8 X" o( [8 K" @造成主换热器温差偏大的原因可能有3 个:
4 P) G+ }4 ^- u1 y" d1 b(1) 没有膨胀机进口空气温度调节, 且主换热
& q$ r( X' d5 }/ s5 u器中间抽口位置设计不合理。之前采用的主换热器
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。
(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
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。
4 _3 N5 A5 M6 V$ i* _5 ?根据现场实际操作记录: 增压空气进主换热器
2 K8 w0 m7 W) X, H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
  {2 P* O$ e, m6 f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
( W: \' ?+ R1 V! ~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
) X( d3 x0 \4 a" q9 E5 n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
: t  O9 @' n) q, I+ j9 Y0 J温差。实际的热端温差应比所反映的414 ℃～5 ℃
略小一些。
# h7 I3 A, o" e0 G9 V4 D: G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
2 K7 l- i  E0 x$ N( T8 G7 I: F等, 而过了这一断面, 返流气不再被增压空气加
# Y2 W8 C" C5 A4 p, w- f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
; p& Y8 q1 i( W! Y4 o6 F* z低的正流增压空气的冷却, 换热面积得不到充分利
* b( l  h& [3 B) s7 y用, 造成热端温差加大, 增加了不可逆损失。此时
) s* y) l' x! ?" Q1 m. F' ]. Z增压空气所占比例越大, 增压空气和正流空气温差
/ h' I1 D+ j/ B( ~, j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
: j% `4 M: E7 [  I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
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
器温度降低, 增压空气进主换热器温度升高, 两者
/ d# e7 @6 e! |' e" b" T" A8 G! E趋于一致, 避免主换热器热端的温度交叉, 使换热
0 _9 q. \2 p  H. D# a% o面积得到充分利用, 从而有效缩小主换热器的热端
温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于
2 T! s( g% v- U, C( }2 p9 j& ?- n正流空气的进口温度, 否则将产生温度交叉, 使部
/ h# N5 r' l" N' @) I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。
5 F+ ]: L+ [3 J) D) {% y" E4 　结束语
产生主换热器热端温差偏大的原因非常简单,
8 y* e( @; x: Y' S3 }# u* v' m然而却有很多新用户的空分设备普遍存在这种情况。
1 B4 [# K: b) v. b: d大家要对此引起注意, 精心调整空分设备运行工况,
+ i7 q5 N' q) B* {& H. q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