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主换热器热端温差过大原因分析与处理点击：2306 日期：[ 2014-04-26 22:06:00 ] |
| 主换热器热端温差过大原因分析与处理 钱吉庆 杭州杭氧股份有限公司设计院 摘要:对某厂12000m3/h空分设备主换热器热端温差偏大现象进行了描述和原因分析，并进 行了故障处理，总结了在改造过程中出现的问题。 关键词:空分设备;主换热器;热端温差;偏流 1.主换热器热端温差偏大现象 某厂12000m3爪空分设备采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀、规整填料上塔及全精馏无氢制氮外压 缩流程。自空分设备开车以来，用户一直反映主换热器热端温差过大，其中一组换热器有7℃一8℃的温 差。通过各种调节手段，液体产量仍达不到合同要求的设计值。 查看空分设备流程图和精馏塔总图发现，6台主换热器(El一E6)分两组分布，分子筛吸附器出口空 气通过正流空气阀Vln和vllZ分别进人El一E3和E4一E6两组换热器。两组换热器之间的热端温差可利用 v川和vllZ阀来调节，每组内3个单元之间靠冷箱内配管来平衡气流的分布。增压空气出主换热器各单元 有中部、底部两个抽口，进膨胀机的空气温度由中部抽口总管阀V31和底部抽口总管阀V犯来调节。返流 气体只有通过各自总管上的调节阀来调节流量。 现场实际运行的DCS控制系统数据显示，在VllZ阀全开、Vlll阀开度较小的的情况下，El一E3换热 器热端温差较小，约为4℃，而E4一E6换热器热端温差较大，有近8℃的温差，且增压空气出主换热器的 中抽温度也有很大差别，出El一E3换热器的中抽气体温度明显低于出E4一E6换热器的中抽气体温度。 2.原因分析 为了查找主换热器热端温差过大的原因，做了以下几方面的工作: (l)重新审核设计任务书和换热器设计计算，并通过对相近产品的参数分析，认为该套空分设备换 热器换热面积有足够的富余量，其返流气体温度偏低是个别现象。 (2)结合空分设备开车过程中，增压后水冷却器曾发生过泄漏的实际情况，对空分设备进行了大加 温和吹除，开车后主换热器热端温差略有减小，说明冰或干冰堵塞不是热端温差偏大的主要原因;同 时，在吹除过程中，也没有发现分子筛和珠光砂粉末，说明分子筛和珠光砂粉末没有进人主换热器。 (3)对主换热器空气流路进行反吹，在反吹压力达0.45MPa的情况下，并没有吹出明显的杂质，说 明空气流路不存在杂质，或者说是没有可以通过反吹吹扫出来的杂质。 (4)根据OCS控制系统上显示的数据，可以认为主换热器的热端温差偏大，是主换热器偏流引起 的。但比对主换热器出厂时的气阻试验报告，认为主换热器各单元气阻与设计值基本相符，并不会因为 这些差别而引起主换热器明显偏流，进而引起主换热器热端温差过大。 通过以上分析和处理，认为很有可能是某些返流气体管路中有较大杂质存在，导致主换热器各单元 气阻不均，引起主换热器偏流，进而导致主换热器热端温差偏大。 3.处理措施 既然主换热器偏流最有可能的原因是换热器中存在杂质，那么首先考虑如何去除杂质。通过对空气 流路的反吹，证明杂质不在空气流路上，而对返流气体流路的吹扫，需要和空气流路反吹一样高的压 力，但换热器和返流管道无法承受如此高的压力;如果按换热器返流气体的设计压力来反吹，又达不到 效果。因此，只有割开认为存在杂质的管道，手工清除杂质。由于设计时仅在氧、氮总管及污氮两条汇 总管上安装温度计，没有在返流气体的各支路上安装温度计，无法准确判断具体哪条管路出现了堵塞。 如果在现场把每条管路都割开检查，不仅耗费大量的人力和物力，而且需要较长的时间，显然不可操 作。另外，如果杂质已经进人主换热器内部通道，那么这种方法也是无能为力。 既然杂质很难清除，那能不能通过人为地改变主换热器各单元气阻的方法来改善偏流呢?于是提出 以下两种方案:一种是在空气通向每个换热单元的管道上增加阀门，根据某种返流气体的温度指示来调 整阀门开度;另外一种是在某种返流气体出主换热器各单元的流路上安装阀门，根据某种返流气体的温 度指示来调整阀门开度。 最初的方案选择是把阀门增加在氧气出口管道上，因为氧气是用户最为关心的产品气体。考虑到返 流气体阻力的增加，会大大增加整套空分系统的能耗，且国内也极少采用在返流气体中增加阀门的办法 改善偏流，于是选择了在空气流路上增加阀门的办法。具体方法为:在空气通过vlll和VllZ阀之后，在 通向每个换热单元的管道上增加阀门，在污氮气出主换热器各单元的支路上安装温度计，根据污氮气出 主换热器各单元的温度来调整阀门开度。选择污氮气温度作为调节参考点，是因为在所有返流气体中， 污氮气的流量最大，最能准确地反映主换热器各单元的换热效果。 在征得用户同意后，利用用户对该套空分设备进行中修的机会，对空气进主换热器管道进行了改 造。实际改造完成后，对新增加阀门的开度进行了反复调整。最终，在正流空气温度19℃的情况下，污 氮总管温度巧.2℃，正返流气体温差3.8℃，温差跟改造前相比，有了较大的改善，液体产量也达到了合 同值。 4.实际改造中发现的问题 实际改造中也发现了一些问题，在以后类似项目中值得借鉴: (l)由于主换热器冷箱和主冷箱没有隔开，为了对主换热器管道进行改造，不得不对主冷箱进行扒 砂处理，一方面耗费了大量的时间、人力和物力;另一方面，对冷箱内设备和管道也造成一定的伤害。 如果主换热器冷箱和主冷箱在设计时考虑隔开，显然以上两方面问题都可以避免或者减轻。当然，这样 做的直接结果是冷箱占地面积和冷箱制造成本的增加。所以，是否把主冷箱和主换热器冷箱隔开，需要 根据用户的实际情况具体实施。 (2)由于新增的阀门是手动阀，而空气总流量的控制又需要调节阀，因此在空气流路上就有双重阀门，额外增加了空气流路的阻力。如果在设计时就考虑在每个换热器支路上都设置1个调节阀，则只需要一种 阀门，且运行时会自动调整阀门开度，在出现预料之外的换热器偏流的情况时，则多了一种调节手段。 在换热器数量不多的情况下，这种方法是可行的，但当换热器数量较多时，由于调节阀数量增多导致成 本上升，并受到空间的限制，因此还是值得商榷。 5.总结 造成主换热器温差过大的原因有很多种，很多空分设备都普遍存在这种情况，要引起注意。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;当发现主换热器温差过大时，首先要 正确分析温差过大的原因;在空气流路的各支路中增加阀门的办法，可以有效地改善偏流和温差，尽管 在实际操作中有一些麻烦，但针对主换热器偏流引起的热端温差偏大，是一种行之有效的办法，在运用 多种手段仍效果不佳的情况下，可以加以利用。 |
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