空分裝置主換熱器熱端溫差過大的原因分析

何龍 韓建寧

摘要：空分裝置是煤化工生產中的重要組成部分。本文就空分裝置的主換熱器可能出現的溫差過大的因素從設備本身的客觀方面中主換熱器的設計、水分的進入、溫度驟變引起的主換熱器破損、雜質篩除的不徹底等方面以及人為主觀操作失誤造成的溫差過大等原因進行分析，并以此提出采取及時有效的處置措施、強化設備養護、創新主換熱設備等優化建議，為推動煤化工生產中空氣分離裝置的穩定運行提供參考。

關鍵詞：空分裝置;煤化工;主換熱器

引言：空分裝置是通過對于空氣中各組分的氣體進行分離，從而得出純度較高的氮氣以及氧氣等的工業設備。在長期的生產過程中，由于設備的換熱能力以及人為操作等方面的原因，會造成設備運行的相應問題，其中主換熱器的熱端溫差過大是對于生產安全造成影響的主要問題之一，需要在實際生產過程中，在有效了解問題原因基礎上，對熱端溫差大的問題進行有效的解決與優化，進而推動生產的良性健康發展。

1.空分裝置主換熱器熱端溫差過大的原因

1.1機器運轉方面

1.1.1主換熱器的設計方面

在長期的生產過程中，由于工廠中空分設備沒有得到很好的技術更新，加之當時國內生產條件的限制，使得對于設備的制造能力以及設計能力均存在技術性的欠缺，進而導致原始性的設備已經不能滿足當今時代的生產需求，其中主換熱器的長度設計以及換熱通道等方面均存在先天性的不足。例如：某工廠的空分設備出產與90年代早期，是在第五代空分設計工藝下設計制造的，其主換熱器尺寸為5400mm×1000mm×1010mm的設計，目前通用的換熱器長度為5.8米到6.0米，因此，這一設備5.4米的長度必然會對于其換熱能力造成影響。此外，空分裝置設計中的換熱通道數量以及設置均會對于設備的換熱能力造成影響[1]。

1.1.2微量水分進入主換熱器

空分裝置主換熱器的水分進入途徑主要有由冷箱主換熱器的正流空氣通道進入，另一種是增壓機運轉后冷卻器進入主換熱器的增壓空氣通道。在微量水分進入主換熱器的正流通道后，會使其在板翅壁上被凍結，導致氮氣、氧氣等返流氣體在由冷箱出來后不能進行充分的換熱，使得返流氣體復熱不完全的現象出現，進而使得熱端溫差加大。在檢查的過程中，利用便攜式漏點儀器對于氣側導淋閥是否漏水進行探測可以檢測是否存在增壓機漏水的情況。此外，對于增壓空氣水分含量情況的分析，可以檢測正流空氣是否帶水。

1.1.3加溫以及冷卻驟變引起的主換熱器破裂

這一情況主要是由于空分裝置中換熱器的換熱能力不足，加之制造過程中設備質量的缺陷，而導致的泄漏問題而引起的，在檢測過程中，可以依據氣體壓力的變化對其進行檢測。例如：在檢測中，若是這一問題導致的，一般會形成主換熱器的微漏，若泄漏的情況較為嚴重，則中壓空氣將會大量涌入低壓返流氣體通道，進而影響返流氣體的出塔壓力，因此通過對于返流氣體壓力的檢測，可以對換熱器熱端溫差過大的情況是否為這一原因導致的進行甄別。

1.1.4雜質的篩除吸附不徹底

空分裝置的核心操作流程即是對于自空壓機來的壓縮空氣進行水分、二氧化碳、碳氫化物等的篩除，進而通過精餾塔的熱交換得到目標氣體。因此，在此過程中，若對于雜質的篩除不徹底，則會形成主換熱器通道的阻塞，這與原料的選擇以及設備的吸附能力有關，需要在保證分子篩質量的同時對于加溫再生程序進行嚴格的把控，例如：在分子篩再生的過程中，需要依據再生程序的標準對于加溫以及冷吹等步驟進行嚴格的把關，以此控制再生溫度，并且以8小時為一個周期對于純化器進行倒換工作，最終對于分子篩吸附器出口排出的二氧化碳進行分析，以此通過雜質氣體的排出量是否在指標范圍對于這一成因廢除與采用[2]。

1.2人為的不合理操作

在實際操作過程中，由于人員意識以及操作的規范性的不足會使得系統的整個操作流程存在不合理現象，進而加深了問題出現的可能，導致換熱器熱端溫差過大的情況產生。例如：某空分裝置使用三個單位的主換熱器，為檢測人員操作的合理性，需要在返流氣體流量不變的情況下，通過三個閥的配合對于熱端溫差進行調節，可以根據三股氣流出塔溫度的情況進行空氣量分配合理性的分析。

2.空分裝置主換熱器熱端溫差的優化措施

2.1針對問題采取有效的處置措施

以KDON-8000/5000型空分裝置為例，對于熱端溫差大的問題，需要在分析問題產生原因的基礎上，通過有效的措施，降低問題產生的危害，運用2#替代1#的方式進行系統供氧與生產的接續，

2.1.12#空分產品氧氣送入1-3#氧壓機操作

其步驟為：（1）停4-6#氧壓機;同時關閉V105B閥，開V104B閥放散閥;將4-6#氧壓機完全退出;（2）關閉2#空分系統氧氣入氧氣緩沖罐V116閥;（3）現場開氧氣聯通閥V115閥至50%左右;同時，根據2#分餾塔頂部壓力適當關V104B放散閥至全關;緩慢關V105A閥門至全關，同時開V104A閥放散閥;（4）2#空分氧氣出分餾塔總管閥V132閥至50%左右，一系統氧氣入氧壓機V1411閥門關至70%左右，并調節氧氣外送流量為每小時6200平方米到6600平方米;（5）一系統氧壓機回流閥V1403閥打手動，開到65%左右進行綜合調節;（6）在倒換過程中應使1-3#氧壓機吸入壓力不小于5.0千帕;（7）使1#、2#空分系統分餾塔上塔頂部壓力不大于45千帕[3]。

2.1.21#空分裝置停車

在1#停車后對于裝備進行檢查，例如：若分子篩吸附器存在大量粉塵，則需要對于粉塵的物質以及來源進行分析，并對于整個設備進行全面的加熱，進而通過排放閥的運作情況等進行分析，可以發現粉塵的來源出口，進而將充氮閥及連接管道進行更換，對整個裝置進行加溫、吹除處理后，1#裝置再次開車。可以發現在進行緊急處理后，可以針對于可能的問題進行進一步的細化，并保證設備的順利出氧，以及各項工藝指標的運行在既定的范圍內，有效的防制了，問題的再擴大對于系統的進一步影響。

2.2強化對于設備的監測與維護

為避免再次出現類似的情況，可以通過加增檢測點等方式對于系統的運作情況進行監控，例如：在主換熱器的總管是上安置對于氮氣、氧氣等氣體溫度進行測定的測量點，并且可以在主換熱器三個板式單元的各通道的進出管線上均加增測溫點，提升空分裝置的改造程度，進而完善設備溫度的把控。

此外，要對于設備的主換熱器進行定期的清洗與維護，并通過輔助換熱單元的加設，提升裝置的換熱穩定性。并且，要在改造施工的過程中，加大對于施工現場的管理，以標準化的施工工藝以及步驟對于施工的程序進行全面性的把控。并在此基礎上，制定有效的應急處置方案，加深在面對突發狀況時，問題的應急處置強度。

2.3創新換熱技術

隨著產業鏈的發展，對于空分裝置的可靠性、創新性、節能減排性的要求日益提升，相關企業需要開拓視野、創新方式，進一步提升空分機的運作能力。例如：相關調查顯示空分裝置中，壓縮機蒸汽能耗在90%以上，制冷劑占3%，為保證產業效能的有效提升，需要對于冷箱內物流循環、分子篩等方面進行全面的改進，其中重要的方面就是對于換熱設備的創新，可以通過對于換熱管材質、冷凝水的回收兩種介質橫向繞流換熱技術的應用，在改善現有能源形勢的基礎上，提升換熱器運行的穩定性。

結論：綜上所述，為保證空分裝置運行過程中，有效的規避換熱器熱端溫差過大的問題，需要在依據實際情況對于問題進行分析，進而制定有效的防范與解決措施，進而發揮設備的應有效能，為生產的可靠性提供前提。此外，通過空分設備可靠性以及安全性的分析，可以在推動生產裝置優化的基礎上，提升生產效能，進而為企業實現更大的經濟效益，提升企業造福于社會的能力。

參考文獻：

[1] 李芳芳，王麗平.空分裝置主換熱器熱端溫差過大的原因分析[J].山西化工，2020，40（03）：62-64.

[2] 黃書華.煤化工空分高負荷工況下的運行優化與實踐[J].化工管理，2019（31）：61-63.

[3] 張學亮.煤化工項目配套空分技術的選擇[J].煤化工，2017，45（01）：67-74.