主冷卻器熱端溫差偏大現(xiàn)象
 
　　某6500m3/h空分設(shè)備采用分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機(jī)及全精餾無(wú)氫制氬外壓縮流程,主冷卻器為分體式,有1臺(tái)氧冷卻器、1臺(tái)氮冷卻器和1臺(tái)污氮冷卻器組成,其流程如圖1所示。
 
　　熱端溫差可利用正流空氣閥V1、V2和V3來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。增壓空氣出主冷卻器只有1個(gè)抽口,進(jìn)膨脹機(jī)的空氣溫度由3臺(tái)主冷卻器中抽空氣的混合溫度決定,各冷卻器的增壓空氣量不設(shè)調(diào)節(jié)手段。因只有1個(gè)抽口,進(jìn)膨脹機(jī)空氣溫度亦無(wú)法調(diào)節(jié)。
 
　　此種增壓空氣只有1個(gè)抽口、不帶中抽溫度調(diào)節(jié)的主冷卻器,因?qū)υO(shè)計(jì)要求較高,盡管國(guó)外采用較多,而國(guó)內(nèi)較少采用。從換熱角度考慮,取消增壓空氣下抽口后,只要抽口位置設(shè)計(jì)合理,可以滿足6500m3/h空分設(shè)備的啟動(dòng)和正常運(yùn)行,且可適當(dāng)提高增壓通道下部的利用率,有利于換熱。但這種主冷卻器不適宜用在較小規(guī)模和對(duì)液體產(chǎn)品需求變化較大的空分設(shè)備。從操作和調(diào)節(jié)方面考慮,增壓空氣還是采取兩抽口為宜。
 
　　筆者公司也只設(shè)計(jì)了兩種規(guī)格的此類主冷卻器,一種用在了2套6500m3/h空分設(shè)備上,另一種用在了1套6000m3/h空分設(shè)備上,實(shí)際運(yùn)行亦都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。但后來(lái)設(shè)計(jì)制造的所有空分設(shè)備都采用了增壓空氣兩抽口設(shè)計(jì)。
 
　　6500m3/h空分設(shè)備開(kāi)車運(yùn)行后,主冷卻器熱端溫差一直偏大。返流氣和正流空氣溫差達(dá)4 4℃～5℃,而其設(shè)計(jì)值為3℃。
 
　　2原因分析
 
　　造成主冷卻器溫差偏大的原因可能有3個(gè):
 
　　(1)沒(méi)有膨脹機(jī)進(jìn)口空氣溫度調(diào)節(jié),且主冷卻器中間抽口位置設(shè)計(jì)不合理。之前采用的主冷卻器增壓空氣抽口都有上、下兩個(gè),進(jìn)膨脹機(jī)溫度可根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié),還從未采用過(guò)這種不帶溫度調(diào)節(jié)的主冷卻器。
 
　　(2)冷卻器設(shè)計(jì)余量不足。因?yàn)橥ㄟ^(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn),以前主冷卻器所留設(shè)計(jì)余量普遍偏大,故此主冷卻器設(shè)計(jì)時(shí)作了適當(dāng)?shù)臏p小,盡管理論上亦留了足夠的余量,但與以前同規(guī)格主冷卻器相比偏小。
 
　　(3)操作時(shí)工藝參數(shù)調(diào)節(jié)不當(dāng)。
 
　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作記錄:增壓空氣進(jìn)主冷卻器溫度比正流空氣進(jìn)主冷卻器溫度低7 8℃。因此主冷卻器熱端溫差偏大的原因非常明確:由于操作人員主觀認(rèn)為只要是熱流體,其進(jìn)主冷卻器的溫度就越低越好,未對(duì)空氣預(yù)冷系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,導(dǎo)致主冷卻器熱端發(fā)生溫度交叉,使熱端溫差變大。需要指出的是,此時(shí)反映的熱端溫差也不是真正意義上的熱端溫差,真正意義上的熱端溫差指的是返流氣和正流氣(含正流空氣和正流增壓空氣)的平均溫差。實(shí)際的熱端溫差應(yīng)比所反映的4 4℃～5℃略小一些。
 
　　產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因很簡(jiǎn)單,在主冷卻器熱端的某一斷面,返流氣的溫度和增壓空氣的溫度相等,而過(guò)了這一斷面,返流氣不再被增壓空氣加熱,反而被其冷卻。這樣返流氣一方面受到比它溫度高的正流空氣的加熱,另一方面又受到比它溫度低的正流增壓空氣的冷卻,換熱面積得不到充分利用,造成熱端溫差加大,增加了不可逆損失。此時(shí)增壓空氣所占比例越大,增壓空氣和正流空氣溫差越大,對(duì)主冷卻器熱端溫差的影響也就越大。
 
　　3解決方法及效果
 
　　對(duì)空氣預(yù)冷系統(tǒng)工況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,通過(guò)調(diào)節(jié)閥V10、V11、V12、V13、V14和V15,減小去增壓機(jī)后冷卻器的冷凍水流量,增大去空冷塔的冷凍水流量,適當(dāng)調(diào)節(jié)冷凍水回水冷塔流量,保證冷水機(jī)組在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)轉(zhuǎn)。從而使正流空氣進(jìn)主冷卻器溫度降低,增壓空氣進(jìn)主冷卻器溫度升高,兩者趨于一致,避免主冷卻器熱端的溫度交叉,使換熱面積得到充分利用,從而有效縮小主冷卻器的熱端溫差。但應(yīng)控制增壓空氣進(jìn)主冷卻器溫度不能低于正流空氣的進(jìn)口溫度,否則將產(chǎn)生溫度交叉,使部分傳熱面積失去傳熱作用。調(diào)整后主冷卻器熱端溫差縮小至3℃以內(nèi)。
 
　　4結(jié)束語(yǔ)
 
　　產(chǎn)生主冷卻器熱端溫差偏大的原因非常簡(jiǎn)單,然而卻有很多新用戶的空分設(shè)備普遍存在這種情況。大家要對(duì)此引起注意,精心調(diào)整空分設(shè)備運(yùn)行工況,最大限度地降低整套空分設(shè)備的運(yùn)行成本。
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