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图1可逆式换热器是铝制和钎焊而成的。与通常的蓄冷器一样,用作空分设备中的自清除主换热器。加工空气在压缩机中压缩到5、6个大气压左右,然后在换热器中被空分产品氧气和氮气逆流冷却,从室温(约30K)降到接近空气的露点(约100K)。降温所需的冷量来自从精馏塔得到的产品氧、纯氮和污氮。空气和污氮的通道以10、20分钟的周期进行切换。通过切换,沉积在通道中的原含在空气中的水份和二氧化碳等杂质就可由污氮气吸收,带出换热器。这就是这种型式的换热器被称为“自清除可逆式换热器”的缘故。在大多数场合中,这种换热器的布置是通过许多单元的并联来加以组合的。放置在隔板之间的是约10毫米高的波纹形翅片,构成尺寸约为1000X100X300。毫米的板束。由于翅片与隔板钎焊成一体,通过各通道的气体之间就可以进行良好的传热过程。一个单元约有10个通道。对不同气流的分布,总是使一个空气通道置于两个空分产品气体通道之间(见右图1所示)。一个可逆式换热器单元的最大尺寸可达120x120x6400毫米,这种单元称为“超型板束”,它可处理12000标米³/时左右的空气量。多数场台使用的是长度达到3600毫米的“单个板束”,在这种情况下往往将两个单元串联组成一个“热”段和一个“冷”段。如图《可逆换热器工艺流程图》所示。

可逆换热器工艺流程图

环流空气对可逆式换热器温度工况的影响

1.环流量对板式热端温度工况的影响

制冷工况统计值板式热端温差反映了产品气体复热不足冷损的程度，由产冷系统分析可知，热端温差增大1℃，则复热不足冷损增大约0.313大卡/标米³加工，氧提取率减小3.17%。因此，在空分设备正常运行中，热端温差的控制对空分设备的氧产量和经济性具有明显的影响。当环流量改变时,热端温度将会发生变化,其变化率可以由温度工况参数方程式求得，即：当环流量增大时,低压气体热端平均温度下降,热端温差扩大。对于板式“6OOO”可逆式换热器,若环流量偏离设计工况增大1%标米³/标米³正流,则低压气体热端平均温度T_f^h仅只降低0.0206℃,热端温差亦仅只扩大0.0206℃,这样小的温度变化是温度记录器所反映不出的,可以认为,环流量的微小变化对热端温度工况没有什么影响。

2.环流量对可逆式换热器冷端温度工况的影响

根据自清除条件,要求冷端温差不得高于自清除最大允许的冷端温差,否则板式通道将被积聚的二氧化碳晶体所堵塞。因此,板式换热器长期稳定运行的关键是控制冷端温差。运行实践表明,环流量加大,则冷端温差可以减少。但是,环流量过大,会造成冷端温差过小,以致在冷端出现液体。这对可逆式换热器的正常运行十分不利,应尽量避免之,保证正流空气出冷端有0.5~1℃的过热度。环流量增大时,冷端温差将减小,正流空气冷端温度孔也将下降。在环流量偏离设计工况而增大1%标米³/标米³正流时,冷端温差将减小0.36℃,冷端正流空气温度将下降0.36℃。显然,环流量改变时,冷端温差的变化比热端温差的变化要大得多。但是,在环流量变化1%标米³/标米³正流的条件下,冷端正流空气仅仅反映出变化了0.36℃,这样小的温度变化,对于温度记录器来说灵敏度太小了。

3.环流量对可逆式换热器中部温度工况的影响

制热工况统计值环流量增大时,中部空气温度与返流气体温度随之而降低。若环流量偏离设计工况而增大1%标米³/标米³正流时,中部空气温度要下降1.8℃,中部返流气体温度要下降1.96℃。若是与冷端温度工况变化率相比较,当环流量偏离设计工况而增大时,冷端空气温度下降1℃,则中部空气温度下降5.13℃,中部返流气体温度下降5.37℃。显然,中部温度的变化比冷端空气温度的变化明显得多,即灵敏度高,所以中部温度能够反映出环流量的变化情况,可以作为操作中的调节信号。可见,环流量增大时,中部温差也将扩大,这是由于中部返流气体温度下降比中部空气温度下降多而造成的,但是,由于二者变化率相当接近,故中部温差的变化很小。当环流量偏离设计工况而增加1%标米³/标米³正流时,中部温差仅仅扩大了0.086℃,显然在温度记录器上是反映不出来的。

综上分析,当环流量偏离设计工况时,环流量的改变将造成可逆式换热器温度工况的变化,其中以中部温度变化最为明显,故可以选择中部温度作为调节信号,而热端的温度工况却几乎不发生变化。

1、低压气体量对可逆式换热器热端温度工况的影响

若选取低压气体重量流量与正流空气重量流量比例为低压气体相对流量(简称低压气休量),当正流空气量为确定值时,则低压气体重量流量的变化就可用其相对值的变化加以描述。低压气体总的流量基本不变,但是流过每个换热器组的流量因通道阻力不一致而分布不均,将出现偏流,这时各个换热器组的温度工况也将发生变化。

2、低压气体量时可逆式换热器冷端温度工况的影响

低压气体量增大的换热器组,其冷端温差减小,冷端正流空气温度更接近低压气体平均温度。假若低压气体量增大过多,就可能发生冷端正流空气温度过低而出现液体的现象。当低压气体量偏离设计工况而增大l%标米³/标米³正流时,冷端正流空气温度下降0.632℃,冷端温差减小0.632℃。可见,当低压气体量发生偏流时,热端温度工况比冷端温度工况的变化要明显,且变化的幅度要大一倍左右。这与环流量改变时对热端温度工况几乎不产生影响的规律形成鲜明的对照。

综上分析可知,在低压气休量发生偏流时,造成可逆式换热器组的温度工况发生变化,以中部温度变化为最烈,其次是热端温度工况。若与环流量改变引起温度工况变化相比,最突出的是对热端温度工况变化的影响要大60倍左右。

换热器堵塞原因

可逆式换热器流程示意图一般说来,空分分离装置运行周期是指两次大加热之间的装置运行时间的总和。空分分离装置周期的长短与设备状况、操作水平和环境影响等因素有关。从操作角度来讲,空分分离装置的周期是长是短,就是要看可逆式换热器的空气通道何时被堵塞。即不被堵塞的时间长,则该周期为长;否则,为周期短。可逆式换热器的空气通道一旦被堵塞,首先是可逆式换热器的热效率下降,可逆式换热器的热端温差扩大,装置的冷损增加,接着主冷液面下降,导致精镏被破坏,产品不合格,最终装置被返停车进行大加热,该周期便结束了。造成可逆式换热器的空气通道被堵塞的主要原因是工艺空气中的H2O、CO2含量超标[一般工艺空气中的H2O、CO2含量要求是:小于-60℃时H2O的含量为0.01g/m3(可以认为水分已基本冻结)、CO2含量小于5×10-6]。工艺空气是空分装置的原料,它是由可逆式换热器处理的,工艺空气中H2O、CO2含量超标的主要原因是可逆式换热器系统操作不正常引起的,系统包括板翅式换热器、喷淋冷却塔等设备组成。H2O、CO2含量超标的主要原因有,板翅式换热器中部温度工况破坏,喷淋冷却塔带水。

解决方式

1、利用改变空气量的方法调整中部温度

2、利用改变产品量来调整中部温度

3、利用改变纯氮量来调整中部温度

4、利用改变环流量来调整中部温度

处理办法

首先，在确定了泄漏产品氧通道两侧通道的工艺介质后,如果直接堵焊泄漏氧通道,那么该通道就与两侧相邻的空气或污氮通道联通并形成死气,在装置运行或加热中,很容易在堵焊氧通道底部积存水,留下进一步冻裂通道隔板的隐患,最终会使堵焊氧通道两侧的空气与污氮通道相连通,造成换热器局部热负荷不平衡,加工空气量损失,以及返流阻力增加。为此,在堵焊氧通道以前,需要把泄漏的氧通道与空气或污氮通道相连通,也就是再确认氧通道是与左侧还是右侧通道发生泄漏。在试压查漏后,补焊封头和接管,开车后验证,恢复了设计氧纯度。

空气分离设备中的可逆式换热器,是用来实现空气与污氮及氧氮等产品气体之间的热交换,并使空气中的水分、二氧化碳冻结清除,同时各通道之间存在着交变应力。因此,为保证可逆式换热器能长周期安全使用,在操作维护上应注意以下几点:

1、正常操作中要坚持定时排水,尽量减少正流空气的带入水量。

2、空冷塔液位工艺指标,要作为重要的监控项目和巡检内容来抓。进塔空气压力与空冷塔水泵联锁要投用完好,杜绝板式带水操作。

3、对于空冷塔循环冷却水中有菌藻类生长,需定期投放杀菌灭藻剂的单位,在投放过程中会产生大量泡沫,此时的安全办法就是停止循环水使用(适用于空压机有末段冷却器的装置)。

4、对于切换系统各切换阀,要定期检修或更换,平衡阀不均压故障,不能长时间的坚持运行。

5、对备用空分装置在停车后,要用干燥气体对可逆式换热器内的空气和污氮通道进行置换。有条件的单位要对全装置进行氮封处理。