大型空分高低压混合板式换热器堵塞工况分析

大型空分高低压混合板式换热器堵塞工况分析
摘要：本文通过分析板式换热器运行工况，阐述了板式换热器堵塞的原因及处理过程，对于换热器堵塞的预防提出了自己的见解。

关键词：板式换热器堵塞换热效果
神华宁煤烯烃公司现有法液空设计的煤化工型空分装置两套，单套设计高压氧气为90000Nm3/h 、5.3MPa，低压氮气为130000 Nm3/h 、0.86MPaA，高压氮气为1250 Nm3/h 、5.9MPa。

该装置采用全低压立式径向流双层床分子筛吸附、增压透平膨胀机制冷、液氧内压缩流程，精馏塔规整填料，工艺流程设计合理，投资成本低，自动化程度高，技术成熟，设备先进，运行安全可靠，操作简便，能耗低。

一、板式换热器堵塞工况描述
2号空分装置自2012年7月11日检修后开车以来一直运行正常，自2012年12月5日开始2号空分装置板式换热器E01中部温度D、E、J、K、A、H点开始逐步上升，而其余几个点温度开始呈现下降趋势。

而分子筛出口空气中CO2在线分析仪分析结果正常，分析值在0.1ppm以下，分子筛再生蒸汽加热器后污氮气露点正常，分析值在-75℃以下，膨胀增压机后冷却器及增压机中间换热器气侧液位开关无报警，板式换热器压差稳定在35kpa左右无明显变化，其他参数亦无明显异常变化。

到2013年元月中下旬E01中部温度工況恶化（如表1），板式换热器中部温差最大达到80℃，出板式换热器低压氮气温度最低达到-2℃，大量冷源从此流失，蒸汽消耗增加，精馏工况、装置产能受到影响，主冷液位难以维持正常工况的需求.。

为了维持系统运行，保持主冷液位正常，空分系统被迫减少产品产量运行，高压氧气产品降低至65000Nm3/h。

二、原因排查
12组板式换热器中的6组出现中部温度明显的上涨趋势，而其余6组出现不同程度的下降趋势，且中部温度上涨的6组换热器及温度下降的6组换热器都以物流进出换热器总管为对称轴成对称排列（假设H探头与G探头装反）。

由此基本可以判断，换热器中有异物堵塞板式换热器流道，且异物应该是以比重较大的液体或固体形式进入板式换热器。

1、根据以往经验，我们首先通过分析气侧露点的方法排查了膨胀机增压端后冷却器及增压机中间冷却器内漏情况，未发现泄漏情况。

2、由于质检中心球胆取样手动分析分子筛出口空气中微量二氧化碳结果误差较大，我们又对分子筛出口空气取样口进行了改造，增加了快速钢瓶取样接口，于1月10日开始手动分析二氧化碳情况。

从以上表格可以看出，分子筛出口空气中CO2含量超标严重，最高达到4.0ppm。

据此，我们判断分子筛吸附效果下降导致纯化后空气中CO2超标，CO2随加工空气进入板式换热器，在板式换热器的中上部变为干冰附着在换热器翅片上，从而引起板式换热器堵塞，换热效果下降。

三、换热器加温
在初步查明换热器堵塞原因后，我们采取了以下措施：
（1）咨询活性氧化铝厂家及13X分子筛厂家技术人员，将分子筛再生冷吹峰值温度由原来的60℃提高至100℃左右，继续观察分子筛出口空气中CO2含量的变化情况。

（2）联系分析仪表厂家，对空气中微量CO2分析仪进行重新检查和校对，并与质检中心手动分析结果进行对比，排除分析误差。

（3）对蒸汽加热器后污氮气露点进行持续跟踪检测，排查再生气体问题。

（4）对膨胀增压机后冷却器、增压机5个中间换热器气侧气体露点进行跟踪监测，监控换热器内漏情况。

（5）定期手动分析换热器各通道流体氧含量情况，排查板式换热器本身内漏的情况。

（6）定期手动测量板式换热器热端流体管壁温度，监控换热器运行工况。

（7）择机停车检查分子筛及活性氧化铝床层下沉情况，并按照设计要求进行补充。

2013年2月1日对2号空分板式换热器3个热流体通道进行单独加温。

从2月2日04：30开始加温，08：00换热器中部温度达到0℃，11：30加温结束，板式换热器中部温度最高达到15℃（如表2）。

四、堵塞原因排查，换热器堵塞工况反复
经过一段时间的持续排查，我们基本排除了以下几个原因：
（1）膨胀增压机后冷却器内漏；
（2）增压机段间冷却器内漏；
（3）分子筛再生蒸汽加热器内漏；
（4）板式换热器各通道物料窜压。

但是，板式换热器加温后中部温度又呈现逐步上涨的趋势，工况恶化情况与2012年年底相似，运行20天后，换热器中部温度又恢复至加温前的水平（如表4）。

由此证明加温对板式换热器运行工况的改善没有起到特别大的作用，也证明我们没有找到换热器堵塞的根本原因。

五、工况突变，换热器工况恢复
3月1日12：41时因电气故障导致2号空分装置液氧泵P03B跳车，外送氧气突然中断，而大流量工艺空气继续经E01后进入下塔。

在液氧泵P03A启动向外送氧后，E01中部温度恢复正常（趋势如图2）。

反观空分装置板式换热器堵塞工况前后，换热器中部温度变化趋势如下图：
自3月1日至4月11日空分装置计划停车检修前，2号空分装置运行正常，板式换热器中部温度稳定在-100℃左右，主冷液位正常，且有多余的冷量产出液氧液氮产品。

停车期间，我们按照法液空设计文件要求对2号空分分子筛进行了特殊高温再生活化，以彻底恢复分子筛及活性氧化铝的吸附能力。

同时，我们再次对2号空分进行了全面回温干燥，对板式换热器冷流体通道也进行了回温干燥；对分子筛床层及活性氧化铝床层下沉情况进行了检查，发现分子筛床层下沉约60cm，活性氧化铝床层下沉约50cm，并对下沉情况进行了补充。

六、结论
基于以上描述，我们初步得出如下结论：。