主换热器热端温差过大的原因和处理方法

摘要：针对某6500ｍ3/ｈ空分设备主换热器热端温差偏大现象进行了分析,分析了故障原因,并提出了具体的解决方法。

1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。

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,主换热器热端温差一直偏大。返流气和正流空气温差达4 4℃～5℃,而其设计值为3℃。

2原因分析

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。

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7 8℃。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越低越好,未对空气预冷系统进行优化调整,导致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)的平均温差。实际的热端温差应比所反映的4 4℃～5℃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

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温差。但应控制增压空气进主换热器温度不能低于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,最大限度地降低整套空分设备的运行成本。