空分装置主换热器热端温差过大的原因分析

摘 要：本篇文章通过对钢铁行业生产中的重要组成环节装置空分装置进行分析，从设备可能会出现的主换热器设计、水分的进入、温度骤变问题引发温差过大，导致主换热器破损、杂质筛选不彻底等问题，不仅如此，人为的主观操作失误也会导致这些问题的发生。所以，相关单位和人员必须要对相关的原因进行分析，创新优化设备装置，对设备进行有效的维护，保证钢铁行业生产空气分离装置的稳定性。

关键词：空分装置;钢铁行业;主换热器

对空气中的成分进行分离，得到高纯度的氮气和氧气，就是空气分离装置的功能。在实际使用装置的过程中，设备经常会由于自身的故障或者是人为操作的失误导致主换热器的温差过大，影响生产的安全，这就导致了设备出现运行问题。了解了设备常常会出现的温差问题，就要对出现问题的原因进行深究，再从温差过大问题的根本原因入手，对问题进行解决和维护，优化设备工作能力，推动行业健康发展。

1 空分装置主换热器热端温差过大的原因

1.1 机器运转方面

1.1.1 主换热器的设计方面

在90年代初期，空分装置设备是在第五代空分设计工艺下设计制造的，它的换热器尺寸为5400mm×1000mm×1010mm，而到了现代，一般使用的是5800mm到6000mm的换热器设备，新款会比旧款具有更高的能力效率。所以，对比两款空分装置，5400mm的装置会影响换热的质量和效率，换热通道数量和设置也会对设备产生影响。随着时代的进步，经济的发展，对换热器的需求也越来越高，然而换热器的需求却无法被满足，国内的生产力较弱，对设备的创造和设计能力低，设备技术不能及时的更新，这样的局限性就导致国内设备的能力较弱，无法满足正常使用的条件。行业必须重视技术的开发，采用新技术，提高换热器的能力效率。

1.1.2 微量水分进入主换热器

微量的水分进入空气正流通道中会导致换热不完全的现象，所以相关单位要成立检查组，加强对增压空气的含水量检测，这样就可以检测出正流空气中的水汽含量，加强了对增压空气含水量的限制，同时还要用便携式漏点仪器对气侧导淋阀进行漏水检测。要重视换热器中水分的含量是因为不管水分是从冷箱主换热器进入正流通道，还是从增压机运转后冷却器进入增压通道，都会导致水分在板翅壁上冻结，氮气氧气从冷箱出来后也不能发挥反流气体的充分作用，进行充分的换热。

1.1.3 加温以及冷却骤变引起的主换热器破裂

在检测中，如果是因为分控装置换热器能力不足引发质量缺陷问题，从而导致泄露，那么一般是主换热器的微漏问题。依据反流气体的压力变化判断设备中是否存在泄露问题，同时也可以判断出温差过大的情况是不是因为设备泄露导致的。如果泄露问题严重，反流气体的出塔压力就会受到影响，这也就是能够通过检测反流气体出塔压力判断出设备是否泄露的原因。

1.1.4 杂质的筛除吸附不彻底

空分装置要通过分子筛纯化器把空气里的水分、二氧化碳和碳氢化合物吸附起来，然后再加热分子筛，加热的原料用的是污氮气。一般来说，分子筛纯化器会有两个，一个在吸附阶段，另一个在再生阶段，这个过程如果不能对空气进行精确的筛选就会导致设备堵塞。分子筛选不能彻底地筛选吸附二氧化碳和碳氢化合物，就会把二氧化碳、碳氢化合物送进主换热器中，而对从空压机中出来的压缩空气进行水分、二氧化碳、碳氢化合物的筛选和分离是空分装置进行的主要环节，如果分离的不彻底，那些化合物等进入设备，就会堵塞主换热器。所以，原料的选择和设备的质量十分重要。在对生产资料进行采购时，必须严格遵守采购的程序。当操作人员在操作分子筛再生时，必须严格遵守程序，对分子筛进行加温、冷吹，控制再生温度在一定的范围内，保证充足的再生气量，另外，每八个小时还要对纯化器进行倒换。对于在分子筛吸附器出口的二氧化碳分析仪也要被严格的监视，同时与现场的人工分析数据进行对比，确保数据的准确性和稳定性，保证二氧化碳的含量都在正常的范围内，没有超标的现象。这样，就可以排除分子筛对二氧化碳和碳氢化合物吸附不徹底是导致温差过大的原因。

1.2 人为的不合理操作

实际上，空分装置运行需要使用主换热器三个，要确保检测人员规范合理的操作，而不是随意的进行，就需要在保证反流气体流量不变的基础上，用三个阀的配合来调节热端温差，依据三股气流的出塔温度来判断人员的操作是否规范合理。否则，由于操作人员的心理素质低下，对工作的重视程度不够，不按照规范操作，就会导致整个系统出现不合理的情况，加大了出现问题的可能性，导致换热器的温差过大，不能保证换热器的正常运行。所以需要对相关操作人员进行培训和考核，保证相关操作人员的专业性，避免由于人工操作的失误导致温差过大问题。

1.3 其他异物堵塞了主换热器通道

如果对换热器进行排查之后，上面的原因都被排除了，那么温差过大的原因很可能是主换热器的通道里被分子筛或者是其他的异物堵塞了，影响了热交换，导致换热器的使用效果变差，影响了换热器的工作能力，无法保证换热器正常工作。

2 空分装置主换热器热端温差的优化措施

2.1 针对问题采取有效的处置措施

针对KDON8000/5000型号的分空装置，当此款分空装置出现了热端温差过大的问题，不仅需要对原因进行详细、准确、科学、合理的分析，还要采取有效的措施，把危害降到最低，例如用2#替代1#的方式，接续系统供氧与生产两个方面。具体操作如下：

（1）首先确定造成温差过大的原因，并且对其进行分析和研究，停止1#空分装置运行，对装置进行停车检查。

（2）先将2#空分装置（此时正值甲醇二系统临时停机检修，2#装置氧气富余）的富余氧气切入甲醇一系统为13#氧压机供气，使2#空分装置代替1#空分装置继续为系统供气。这样操作的原因是节约能源，充分利用资源，尽可能降低空分装置检修期间对整个甲醇一系统生产运行的影响。

（3）正常生产时1#空分系统配套的13#氧压机供甲醇一系统净化车间转化炉使用;2#空分系统配套的46#氧压机供甲醇二系统第二净化车间转化炉使用。

2.1.1 2#空分产品氧气送入13#氧压机操作

首先停46#氧压机;同时关闭V105B阀，开V104B阀放散阀;将46#氧压机完全退出;关闭2#空分系统氧气入氧气缓冲罐V116阀;现场开氧气联通阀V115阀至50%左右;同时，根据2#分馏塔顶部压力适当关V104B放散阀至全关;缓慢关V105A阀门至全关，同时开V104A阀放散阀;2#空分氧气出分馏塔总管阀V132阀至50%左右，一系统氧气入氧压机V1411阀门关至70%左右，并调节氧气外送流量为每小时6200平方米到6600平方米;一系统氧压机回流阀V1403阀打手动，开到65%左右进行综合调节;在倒换过程中应使13#氧压机吸入压力不小于5.0千帕;使1#、2#空分系统分馏塔上塔顶部压力不大于45千帕。

2.1.2 1#空分装置停车

当出现问题时，设备不能继续运行，必须要立即停止设备，再对设备进行原因的分析，针对性地解决问题，控制各项工艺指标在确定的范围内，保证机器顺利出氧，同时还能防止问题的进一步扩大，影响系统的运行情况。就比如，当出现通道堵塞导致温差过大的问题时，要对分子筛吸附器吸附的粉尘进行来源的分析，同时确定粉尘的物质。首先加热整个设备，然后再从排放阀的运作情况分析，就可以确定粉尘物质的来源，然后要更换充氮阀和连接的管道，加温、吹除处理后，才能再重新开车。对于出现的问题，不能置之不理，必须及时地对问题进行处理和解决，不能为了赶进度而不停工，否则可能会产生更大的问题，影响空分装置的效率，导致分离出来的气体不彻底，导致温差过大的问题。

2.2 强化对于设备的监测与维护

对系统运作情况必须时刻监督，防止类似情况的出现。相关单位可以增加测温点来对系统进行监控，在主换热器上安置测温点测量氮气氧气等的气体温度，还可以在主换热器的三个板式单元进出通道中添加测温點测量气体温度，提高空间的利用率，提升空分装置的能力，及时发现问题，解决问题，避免温差过大的情况发生。主换热器需要定期的清洗和维护，增加辅助换热单元的设置，可以提高装置的热稳定性。同时，要增强管理，在施工的过程中，必须严格按照程序进行施工，采用标准化的施工工艺，同时，制定完善应急处置方案，加强对于突发情况的处理方案。对设备进行检测和维护是为了能够保证设备处于最佳使用状态，保证设备的稳定运行，同时还保证了空分装置的工作效果。

2.3 创新换热技术

对换热器进行改造创新，提升换热器的可靠性、创新性，同时还能促进换热器的节能减排功能，符合绿色发展保准，提高设备的运作效果和能力。创新换热设备可以进行热管材质更换、冷凝水回收，应用两种介质横向绕流的换热技术，改善如今存在的基础问题，提高换热器设备的效果和稳定性质。压缩机蒸汽能耗超过90%，但制冷剂只占3%，尽管如此，还是要对冷箱中内流的方式和制冷效果进行全面的创新修改，提高设备的运行效果，提升设备的运行能力，避免出现温差过大的问题影响设备正常运行。

3 结语

总的来说，避免换热器温差过大的情况，要对实际造成问题的原因进行分析研究，针对性地解决问题，制定合理科学的规范，避免问题的出现，保证设备换热效果的可靠性。保证了设备正常运行的可能，可以提高设备的处理效果，避免设备出现问题，从而影响了换热器效果。同时，对相关应用的设备进行创新研究，对设备进行改造，这样可以使设备的生产效果更符合相关单位的需要，在原本的基础上提高设备能力，新的设备能够为企业促进经济发展，增强企业适应社会的能力。

参考文献：

[1]李芳芳，王丽平.空分装置主换热器热端温差过大的原因分析[J].山西化工，2020，40（03）：6264.

作者简介：张庆行（1982— ），男，汉族，山东东明县人，本科，工程师，从事空分工艺工作。