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主換熱器熱端溫差過大原因分析與處理

點擊:1694 日期:[ 2014-04-26 22:06:00 ]
                             主換熱器熱端溫差過大原因分析與處理                                            錢吉慶                                   杭州杭氧股份有限公司設計院     摘要:對某廠12000m3/h空分設備主換熱器熱端溫差偏大現象進行了描述和原因分析,并進 行了故障處理,總結了在改造過程中出現的問題。     關鍵詞:空分設備;主換熱器;熱端溫差;偏流     1.主換熱器熱端溫差偏大現象     某廠12000m3爪空分設備采用分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹、規整填料上塔及全精餾無氫制氮外壓 縮流程。自空分設備開車以來,用戶一直反映主換熱器熱端溫差過大,其中一組換熱器有7℃一8℃的溫 差。通過各種調節手段,液體產量仍達不到合同要求的設計值。     查看空分設備流程圖和精餾塔總圖發現,6臺主換熱器(El一E6)分兩組分布,分子篩吸附器出口空 氣通過正流空氣閥Vln和vllZ分別進人El一E3和E4一E6兩組換熱器。兩組換熱器之間的熱端溫差可利用 v川和vllZ閥來調節,每組內3個單元之間靠冷箱內配管來平衡氣流的分布。增壓空氣出主換熱器各單元 有中部、底部兩個抽口,進膨脹機的空氣溫度由中部抽口總管閥V31和底部抽口總管閥V犯來調節。返流 氣體只有通過各自總管上的調節閥來調節流量。     現場實際運行的DCS控制系統數據顯示,在VllZ閥全開、Vlll閥開度較小的的情況下,El一E3換熱 器熱端溫差較小,約為4℃,而E4一E6換熱器熱端溫差較大,有近8℃的溫差,且增壓空氣出主換熱器的 中抽溫度也有很大差別,出El一E3換熱器的中抽氣體溫度明顯低于出E4一E6換熱器的中抽氣體溫度。     2.原因分析     為了查找主換熱器熱端溫差過大的原因,做了以下幾方面的工作:     (l)重新審核設計任務書和換熱器設計計算,并通過對相近產品的參數分析,認為該套空分設備換 熱器換熱面積有足夠的富余量,其返流氣體溫度偏低是個別現象。     (2)結合空分設備開車過程中,增壓后水冷卻器曾發生過泄漏的實際情況,對空分設備進行了大加 溫和吹除,開車后主換熱器熱端溫差略有減小,說明冰或干冰堵塞不是熱端溫差偏大的主要原因;同 時,在吹除過程中,也沒有發現分子篩和珠光砂粉末,說明分子篩和珠光砂粉末沒有進人主換熱器。     (3)對主換熱器空氣流路進行反吹,在反吹壓力達0.45MPa的情況下,并沒有吹出明顯的雜質,說 明空氣流路不存在雜質,或者說是沒有可以通過反吹吹掃出來的雜質。     (4)根據OCS控制系統上顯示的數據,可以認為主換熱器的熱端溫差偏大,是主換熱器偏流引起 的。但比對主換熱器出廠時的氣阻試驗報告,認為主換熱器各單元氣阻與設計值基本相符,并不會因為 這些差別而引起主換熱器明顯偏流,進而引起主換熱器熱端溫差過大。     通過以上分析和處理,認為很有可能是某些返流氣體管路中有較大雜質存在,導致主換熱器各單元 氣阻不均,引起主換熱器偏流,進而導致主換熱器熱端溫差偏大。     3.處理措施     既然主換熱器偏流最有可能的原因是換熱器中存在雜質,那么首先考慮如何去除雜質。通過對空氣 流路的反吹,證明雜質不在空氣流路上,而對返流氣體流路的吹掃,需要和空氣流路反吹一樣高的壓 力,但換熱器和返流管道無法承受如此高的壓力;如果按換熱器返流氣體的設計壓力來反吹,又達不到 效果。因此,只有割開認為存在雜質的管道,手工清除雜質。由于設計時僅在氧、氮總管及污氮兩條匯 總管上安裝溫度計,沒有在返流氣體的各支路上安裝溫度計,無法準確判斷具體哪條管路出現了堵塞。 如果在現場把每條管路都割開檢查,不僅耗費大量的人力和物力,而且需要較長的時間,顯然不可操 作。另外,如果雜質已經進人主換熱器內部通道,那么這種方法也是無能為力。     既然雜質很難清除,那能不能通過人為地改變主換熱器各單元氣阻的方法來改善偏流呢?于是提出 以下兩種方案:一種是在空氣通向每個換熱單元的管道上增加閥門,根據某種返流氣體的溫度指示來調 整閥門開度;另外一種是在某種返流氣體出主換熱器各單元的流路上安裝閥門,根據某種返流氣體的溫 度指示來調整閥門開度。     最初的方案選擇是把閥門增加在氧氣出口管道上,因為氧氣是用戶最為關心的產品氣體。考慮到返 流氣體阻力的增加,會大大增加整套空分系統的能耗,且國內也極少采用在返流氣體中增加閥門的辦法 改善偏流,于是選擇了在空氣流路上增加閥門的辦法。具體方法為:在空氣通過vlll和VllZ閥之后,在 通向每個換熱單元的管道上增加閥門,在污氮氣出主換熱器各單元的支路上安裝溫度計,根據污氮氣出 主換熱器各單元的溫度來調整閥門開度。選擇污氮氣溫度作為調節參考點,是因為在所有返流氣體中, 污氮氣的流量最大,最能準確地反映主換熱器各單元的換熱效果。     在征得用戶同意后,利用用戶對該套空分設備進行中修的機會,對空氣進主換熱器管道進行了改 造。實際改造完成后,對新增加閥門的開度進行了反復調整。最終,在正流空氣溫度19℃的情況下,污 氮總管溫度巧.2℃,正返流氣體溫差3.8℃,溫差跟改造前相比,有了較大的改善,液體產量也達到了合 同值。     4.實際改造中發現的問題     實際改造中也發現了一些問題,在以后類似項目中值得借鑒:     (l)由于主換熱器冷箱和主冷箱沒有隔開,為了對主換熱器管道進行改造,不得不對主冷箱進行扒 砂處理,一方面耗費了大量的時間、人力和物力;另一方面,對冷箱內設備和管道也造成一定的傷害。 如果主換熱器冷箱和主冷箱在設計時考慮隔開,顯然以上兩方面問題都可以避免或者減輕。當然,這樣 做的直接結果是冷箱占地面積和冷箱制造成本的增加。所以,是否把主冷箱和主換熱器冷箱隔開,需要 根據用戶的實際情況具體實施。     (2)由于新增的閥門是手動閥,而空氣總流量的控制又需要調節閥,因此在空氣流路上就有雙重閥門,額外增加了空氣流路的阻力。如果在設計時就考慮在每個換熱器支路上都設置1個調節閥,則只需要一種 閥門,且運行時會自動調整閥門開度,在出現預料之外的換熱器偏流的情況時,則多了一種調節手段。 在換熱器數量不多的情況下,這種方法是可行的,但當換熱器數量較多時,由于調節閥數量增多導致成 本上升,并受到空間的限制,因此還是值得商榷。     5.總結     造成主換熱器溫差過大的原因有很多種,很多空分設備都普遍存在這種情況,要引起注意。精心調 整空分設備運行工況,最大限度地降低整套空分設備的運行成本;當發現主換熱器溫差過大時,首先要 正確分析溫差過大的原因;在空氣流路的各支路中增加閥門的辦法,可以有效地改善偏流和溫差,盡管 在實際操作中有一些麻煩,但針對主換熱器偏流引起的熱端溫差偏大,是一種行之有效的辦法,在運用 多種手段仍效果不佳的情況下,可以加以利用。 
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