主冷卻器熱端溫差偏大現象
 
　　某6500m3/h空分設備采用分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機及全精餾無氫制氬外壓縮流程,主冷卻器為分體式,有1臺氧冷卻器、1臺氮冷卻器和1臺污氮冷卻器組成,其流程如圖1所示。
 
　　熱端溫差可利用正流空氣閥V1、V2和V3來進行調節。增壓空氣出主冷卻器只有1個抽口,進膨脹機的空氣溫度由3臺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調節手段。因只有1個抽口,進膨脹機空氣溫度亦無法調節。
 
　　此種增壓空氣只有1個抽口、不帶中抽溫度調節的主冷卻器,因對設計要求較高,盡管國外采用較多,而國內較少采用。從換熱角度考慮,取消增壓空氣下抽口后,只要抽口位置設計合理,可以滿足6500m3/h空分設備的啟動和正常運行,且可適當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模和對液體產品需求變化較大的空分設備。從操作和調節方面考慮,增壓空氣還是采取兩抽口為宜。
 
　　筆者公司也只設計了兩種規格的此類主冷卻器,一種用在了2套6500m3/h空分設備上,另一種用在了1套6000m3/h空分設備上,實際運行亦都達到了設計要求。但后來設計制造的所有空分設備都采用了增壓空氣兩抽口設計。
 
　　6500m3/h空分設備開車運行后,主冷卻器熱端溫差一直偏大。返流氣和正流空氣溫差達4 4℃～5℃,而其設計值為3℃。
 
　　2原因分析
 
　　造成主冷卻器溫差偏大的原因可能有3個:
 
　　(1)沒有膨脹機進口空氣溫度調節,且主冷卻器中間抽口位置設計不合理。之前采用的主冷卻器增壓空氣抽口都有上、下兩個,進膨脹機溫度可根據需要在一定范圍內調節,還從未采用過這種不帶溫度調節的主冷卻器。
 
　　(2)冷卻器設計余量不足。因為通過計算發現,以前主冷卻器所留設計余量普遍偏大,故此主冷卻器設計時作了適當的減小,盡管理論上亦留了足夠的余量,但與以前同規格主冷卻器相比偏小。
 
　　(3)操作時工藝參數調節不當。
 
　　根據現場實際操作記錄:增壓空氣進主冷卻器溫度比正流空氣進主冷卻器溫度低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為只要是熱流體,其進主冷卻器的溫度就越低越好,未對空氣預冷系統進行優化調整,導致主冷卻器熱端發生溫度交叉,使熱端溫差變大。需要指出的是,此時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。實際的熱端溫差應比所反映的4 4℃～5℃略小一些。
 
　　產生這些現象的原因很簡單,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。此時增壓空氣所占比例越大,增壓空氣和正流空氣溫差越大,對主冷卻器熱端溫差的影響也就越大。
 
　　3解決方法及效果
 
　　對空氣預冷系統工況進行優化調整,通過調節閥V10、V11、V12、V13、V14和V15,減小去增壓機后冷卻器的冷凍水流量,增大去空冷塔的冷凍水流量,適當調節冷凍水回水冷塔流量,保證冷水機組在設計工況下運轉。從而使正流空氣進主冷卻器溫度降低,增壓空氣進主冷卻器溫度升高,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。但應控制增壓空氣進主冷卻器溫度不能低于正流空氣的進口溫度,否則將產生溫度交叉,使部分傳熱面積失去傳熱作用。調整后主冷卻器熱端溫差縮小至3℃以內。
 
　　4結束語
 
　　產生主冷卻器熱端溫差偏大的原因非常簡單,然而卻有很多新用戶的空分設備普遍存在這種情況。大家要對此引起注意,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。
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