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主换热器热端温差过大原因分析与处理

添加人:admin 发布时间:2010-11-26 14:00:20 来源:中国热交换器网

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显著低于出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,以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顺吹除,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,并没有吹出显著的杂质,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,可以以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讲演,以为主换热器各单元气阻与设计值基本相符,并不会由于这些差别而引起主换热器显著偏流,进而引起主换热器热端温差过大。
  通过以上分析和处理,以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,证实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斯高的压力;假如按换热器返流气体的设计压力来反吹,又达不到效果。因此,只有割开以为存在杂质的管道,手工清除杂质。因为设计时仅在氧、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,无法正确判定详细哪条管路泛起了堵塞。假如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,显然不可操纵。另外,假如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,由于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,且海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。详细方法为: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,是由于在所有返流气体中,污氮气的流量最大,最能正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。终极,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℃,温差跟改造前比拟,有了较大的改善,液体产量也达到了合同值。
  4.实际改造中发现的题目
  实际改造中也发现了一些题目,在以后类似项目中值得鉴戒:
  (l)因为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,不得分歧错误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。假如主换热器冷箱和主冷箱在设计时考虑隔开,显然以上两方面题目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本钱的增加。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详细实施。
  (2)因为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。假如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,在泛起预料之外的换热器偏流的情况时,则多了一种调节手段。在换热器数目未几的情况下,这种方法是可行的,但当换热器数目较多时,因为调节阀数目增多导致本钱上升,并受到空间的限制,因此仍是值得商榷。
  5.总结
  造成主换热器温差过大的原因有良多种,良多空分设备都普遍存在这种情况,要引起留意。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本钱;当发现主换热器温差过大时,首先要准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,尽管在实际操纵中有一些麻烦,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。