42 500 Nm3/h空分高压板翅式换热器偏流原因分析及改造

白忠卫，陈 毅，姚 明，刘尚进

(1.兖州煤业 榆林能化有限公司，陕西 榆林 719000；2.杭氧股份有限公司 设计院，浙江 杭州 310014)



42 500 Nm3/h空分高压板翅式换热器偏流原因分析及改造

白忠卫1，陈 毅1，姚 明2，刘尚进2

(1.兖州煤业 榆林能化有限公司，陕西 榆林 719000；2.杭氧股份有限公司 设计院，浙江 杭州 310014)

介绍杭氧42 500 Nm3/h空分装置高压板翅式换热器工艺设计和参数，运行过程中偏流的原因分析和改造过程。通过对高压板翅式换热器吹扫和管路改造后，解决了高压板翅式换热器偏流和温差大的问题，氧气产量也达到了设计产量42 500 Nm3/h。

空分装置；高压板翅式换热器；偏流；温差

1 改造背景及原因分析

兖州煤业榆林能化甲醇厂空分装置选用杭氧设计制造的两套KDON-42500/22700型设备，采用压缩机组汽轮机拖动，氮水预冷、分子筛吸附净化、增压透平膨胀制冷、空气增压循环的液氧内压缩、高低压板翅式换热器换热、全精馏无氢制氩流程。高压板翅式换热器是美国CHAT公司制造，两只并联设计。具体工艺参数见表1，流程图见图1。

2008年装置投用后，两套空分高压板翅式换热器偏流严重，A套空分膨胀机中抽空气温度TIA411与TIA412温差相差60℃，B套空分膨胀机中抽空气温度TIB411与TIB412温差30℃，高压板翅式换热器氧气和污氮气出口温度偏低。我公司经过和杭氧的专家分析认为：B套高压板翅式换热器偏流主要原因是原始试车吹扫不合格，高压和中压空气换热通道堵塞引起。A套高压板翅式换热器偏流严重还与珠光砂堵塞换热通道有关，因为A套空分氧泵回流阀曾经爆裂造成冷箱珠光砂带入分馏塔，经氧泵带入高压板式换热器堵塞氧气通道[1]，最后氧泵气蚀检查入口过滤器发现滤网破损变形严重，滤网附着大量珠光砂。

通过分析认为：板翅式换热器通道堵塞很难吹除干净，需扒出两套高压板翅式换热器冷箱珠光砂，割开两只高压板式换热器空气、氧气进、出口通道，单独进行正、反向吹扫，然后在空气进两只高压板式换热器前增加手动蝶阀调节空气量，平衡换热量。

表1 高压板翅式换热器主要参数

图1 高压板式换热器工艺流程图

2 改造内容

2.1 高压板翅式换热器吹扫

1.两套空分装置排液复热、停车后，扒出两套高压板翅式换热器冷箱珠光砂。分别割开高压空气、膨胀空气和液氧进、出高压板翅式换热器支管，割下短管用塑料布包扎好取出留用，远离板式侧端口用塑料布包好，防止杂物进入。

2.提前从仪表空压站配φ158×4.5的镀锌管至高压板翅式换热器顶部，安装吹扫控制手动蝶阀。吹扫用恒变压交替吹扫，吹扫完毕验收，确保无油、无杂质。

3.高压空气进、出高压板翅式换热器支管依次接临时管线，管线上设置手动蝶阀，以仪表空压站3台无油螺杆机产气为吹扫气源，吹扫气量～8100 Nm3/h，吹扫高压空气通道，确认高压空气通道吹扫干净后，再依次对膨胀空气和液氧通道进行吹扫，吹扫前确保配临时吹扫管干净，无油、无杂质。

2.2 高压板式换热器管道改造

高压板式换热器改造后工艺流程图见图2。

1.高压空气进高压板翅式换热器支管从冷箱顶部穿出，并增加套管，经法兰组件过渡到碳钢管道，再汇总至冷箱外高压空气总管，同时在每个冷箱外的支管上增加一只手动蝶阀。

2.中压空气进高压板翅式换热器支管从冷箱顶部穿出，并增加套管，经法兰组件过渡到碳钢管道，再汇总至冷箱外中压空气总管，同时在每个冷箱外的支管上增加一只手动蝶阀。

3.高压空气、中压空气出高压板翅式换热器支管和液氧进、出支管的管道连接完毕后，采用X射线探伤法对施焊的焊缝质量进行评定，并做气密性试验。

图2 高压板式换热器改造后工艺流程图

3 效果验证

两套空分改造运行后，在没有对新增加蝶阀操作的情况下，A套空分中压空气温度TIA411，TIA412温差由原来60℃缩小为15℃左右，B套空分中压空气温度TIB411，TIB412温差由原来30℃缩小为1℃左右，两套空分高压板翅式换热器冷损明显减少，产氧量提高，A套空分氧气产量达到设计产量42 500 Nm3/h。

表2 改造前后运行数据对比

注：1.因B套空分机组存在问题及氧气流量计显示偏低，所以氧产量未达到设计值;2.通过增加的手动蝶阀，调整两只高压板翅式换热器高、中压空气量，中抽温差完全可以消除。

4 结束语

空分装置原始试车吹扫非常关键，需要把好质量验收关。A套空分因氧泵回流阀爆裂，造成珠光砂进入分馏塔带出至换热器通道，工艺介质通过时造成偏流，本次改造虽然经过正、反向吹扫，但珠光砂进入换热通道，很难被彻底吹净，有机会还需进行多次吹扫。

我公司两套空分装置因设计较早，高压板翅式换热器进、出介质通道采用“Z”型设计，而“Z”型设计容易造成两只换热器偏流，目前大型空分普遍采用“Y”型对称设计，阻力小不易形成偏流[2]，有机会需进一步改进。此次成功改造经验，为解决空分装置板翅式换热器运行偏流难题提供了借鉴。

[1] 庄光山，马高永.高压板翅式换热器氧通道堵塞原因分析和处理[J].深冷技术，2011(1)：1-4.

[2] 毛央平，毛绍融.大型空分设备板翅式换热器偏流问题分析[J].深冷技术，2010(2)：45-48.

42 500 Nm3/h ASU High Pressure Plate Fin Heat Exchanger the Causes of Drift Analysis and Reform

BAI Zhongwei1，CHEN Yi1，YAO Ming2，LIU Shangjin2

(1.Yanzhou Coal Mining Yulin Energy & Chemical Co., Ltd., Yulin 719000，China； 2.Designing Institute, Hangzhou Hangyang Co., Ltd., Hangzhou 310014，China)

Introduced Hangyang 42 500Nm3/h ASU high pressure plate fin heat exchanger design and process parameters, the device during operation of the bias current cause analysis and transformation process. Through the high pressure plate fin heat exchanger tubing purged and reform, to solve the high-pressure plate-fin heat exchanger and the temperature difference between the bias issue, oxygen production has reached design production 42 500 Nm3/h.

ASU；high pressure plate fin heat exchanger；drift；temperature difference

2016-08-04

O647.33

B

1007-7804(2016)05-0026-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2016.05.008

白忠卫(1983)，男，毕业于陕西科技大学化学工程与工艺专业，现为兖州煤业榆林能化有限公司技术主管，工程师。E-mail: bai3564225@163.com