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板翅式换热器在空分设备中的应用

 

板翅式换热器在空分设备中的应用

铝制板翅式换热器在空分设备中有着广泛的应用,主要有进行多股流换热的主换热器、过冷器 等,还有作为上下塔、粗氨塔和精氢塔的冷凝器、蒸发器以及制叙系统中的液化器等。

1、主换热器

主换热器的作用是实现作为原料气的空气、增压空气和氧气、氮气、污氮气等返流气体之间的 热交换。空气由常温冷却到1OOK左右,增压空气由常温冷却至膨胀机前温度,各返流气体由低温复热至常温。

主换热器流道布置主要采用复叠布置,即一层热流对应两层冷流。但在特殊情况下(如高压流 体或有相变的情况下),也可以不必严格遵循热、冷通道1:2的比例。某些高压热流或有相变的冷流 可以采用单益布置,即一层热流对应一层冷流。如何布置流道还是应该根据具体情况来确定。 在通道排布时,应考虑各流体在芯体中尽可能均匀、分散地排布。在整体热平衡的前提下,兼 顾局部的热平衡,避免出现一个芯体中冷热不均的现象。这里需要注意的是空分设备开车启动时, 返流氧气、氮气还未产生,只有返流污氮气能够提供冷量。为了加快启动速度,使增压空气尽快降 温进人透平膨胀机,理论上可将污氮气布置在增压空气的旁边,但还是应该注意综合考虑局部热平 衡状况,在合适的情况下多采用这样布置。

2、液空液氮过冷器

液空液氮过冷器是利用冷流氮气、污氮气使液空、液氮等过冷,以减少汽化率,增加上塔回 流,改善精馏工况。一般液侧采用换热系数大、低而疏的锯齿形翅片,气侧则采用高而密的锯齿形 翅片。由于空分设备等级提高致使板翅式换热器尺寸加大,也可选用其他类型翅片,从而在不加大 阻力的情况下减小芯体截面尺寸,方便了生产制造。

3、冷凝燕发器

冷凝蒸发器(以下简称:主冷)的作用是使下塔顶部氮气冷凝,上塔底部液氧蒸发,以提供下 塔的回流和上塔的上升蒸汽。杭氧主要采用的主冷形式为:与上、下塔连接整体的冷凝燕发器,换 热器单元一般采用星形单层布置,方便与精馏塔组装。在需要较大换热面积时,会采用立式双层的 形式。随着杭氧生产的空分设备等级不断提高,板翅式换热器尺寸也不断增加,立式单层甚至双层 都已无法满足要求。考虑运输极限,近年一些特大型空分设备的主冷已开始采用卧式。 除以上形式外,还有高热流管壳式主冷和膜式主冷等形式,有文献对大型空分设备中主冷的典 型结构进行了介绍和总结,并重点介绍了杭氧与西安交通大学合作开发的狭缝微膜双层冷凝蒸发器。

板翅式主冷的两侧均为相变换热,换热系数较大,故采用翅片高度相对小的多孔形翅片。液氧 蒸发通道上下两端敞开,液氧蒸发形成上塔的上升蒸汽。氮气由下塔顶部引出进人芯体单元,冷凝 液氮在芯体下部的封头汇集由出口管导出。考虑到液氧操作的安全性,液氧侧采用全浸方式并采用 较大的翅片节距。

4、制妞系统各换热器

带氢系统的空分设备除了主换热器、主冷和过冷器外,还包括粗氢冷凝器、粗氢液化器、精姐 冷凝器和精氢蒸发器等换热器。

4.1粗妞冷凝舰

粗氢冷凝器位于粗氮塔顶部,将粗氢塔上部氢含量为%%左右的粗缸气冷凝;从下塔底部抽出的液空经节流进人粗氢冷凝器蒸发。板式芯体通常为1个单元,其中液空蒸发通道上下两端敞开, 粗氢气由粗氨塔顶部经过桥管和上封头进人板式单元,冷凝成的液氢再回流到最上一块塔板上参与 精馏。粗氢气冷凝通道与液空蒸发通道为错流或逆流单叠布置方式。

4.2粗妞液化器

根据工艺流程的不同,有时需设置粗氢液化器。从精氢冷凝器中抽出的部分液氮进人粗氢液化 器进行蒸发,从粗氢冷凝器粗氢侧中抽出的部分不凝性气体进人粗氢液化器进行再度冷凝,冷凝后的粗液 氢进人精氢塔。板式芯体通常为1个单元,其中液氮蒸发通道翅片尺寸规格为6.决沂即x1.7mmxQZ”m; 粗氢气冷凝通道翅片尺寸规格为6.35mmx2.Ommx0.2mm,粗氢气冷凝通道与液氮蒸发通道为单处布方式。

4.3精盆冷凝器

精叔冷凝器位于精氢塔顶部,将精氢塔上部纯氢气冷凝液化;来自主冷的液氮蒸发。板式芯体 通常为l个单元,其中液氮蒸发通道上下两端敞开,纯氢气由精氢塔顶部经桥管和上封头进人板式 单元,冷凝成的液氢再回流到最上一块塔板参与精馏。精氢气冷凝通道与液氮蒸发通道为逆流单益 布置方式。

4.4精妞燕发舒

精氢蒸发器位于精氛塔底部,将精氛塔底部的液氢蒸发,来自下塔的氮气冷凝液化。板式芯体 通常为,个单元,其中液氢蒸发通道上下两端敞开,精氢气冷凝通道与液氮蒸发通道为逆流单盛布 置方式。

 
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