鋁制板翅式換熱器在空分設備中有著廣泛的應用,主要有進行多股流換熱的主換熱器、過冷器 等,還有作為上下塔、粗氨塔和精氫塔的冷凝器、蒸發(fā)器以及制敘系統中的液化器等。
1、主換熱器
主換熱器的作用是實現作為原料氣的空氣、增壓空氣和氧氣、氮氣、污氮氣等返流氣體之間的 熱交換。空氣由常溫冷卻到1OOK左右,增壓空氣由常溫冷卻至膨脹機前溫度,各返流氣體由低溫復熱至常溫。
主換熱器流道布置主要采用復疊布置,即一層熱流對應兩層冷流。但在特殊情況下(如高壓流 體或有相變的情況下),也可以不必嚴格遵循熱、冷通道1:2的比例。某些高壓熱流或有相變的冷流 可以采用單益布置,即一層熱流對應一層冷流。如何布置流道還是應該根據具體情況來確定。 在通道排布時,應考慮各流體在芯體中盡可能均勻、分散地排布。在整體熱平衡的前提下,兼 顧局部的熱平衡,避免出現一個芯體中冷熱不均的現象。這里需要注意的是空分設備開車啟動時, 返流氧氣、氮氣還未產生,只有返流污氮氣能夠提供冷量。為了加快啟動速度,使增壓空氣盡快降 溫進人透平膨脹機,理論上可將污氮氣布置在增壓空氣的旁邊,但還是應該注意綜合考慮局部熱平 衡狀況,在合適的情況下多采用這樣布置。
2、液空液氮過冷器
液空液氮過冷器是利用冷流氮氣、污氮氣使液空、液氮等過冷,以減少汽化率,增加上塔回 流,改善精餾工況。一般液側采用換熱系數大、低而疏的鋸齒形翅片,氣側則采用高而密的鋸齒形 翅片。由于空分設備等級提高致使板翅式換熱器尺寸加大,也可選用其他類型翅片,從而在不加大 阻力的情況下減小芯體截面尺寸,方便了生產制造。
3、冷凝燕發(fā)器
冷凝蒸發(fā)器(以下簡稱:主冷)的作用是使下塔頂部氮氣冷凝,上塔底部液氧蒸發(fā),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為:與上、下塔連接整體的冷凝燕發(fā)器,換 熱器單元一般采用星形單層布置,方便與精餾塔組裝。在需要較大換熱面積時,會采用立式雙層的 形式。隨著杭氧生產的空分設備等級不斷提高,板翅式換熱器尺寸也不斷增加,立式單層甚至雙層 都已無法滿足要求?紤]運輸極限,近年一些特大型空分設備的主冷已開始采用臥式。 除以上形式外,還有高熱流管殼式主冷和膜式主冷等形式,有文獻對大型空分設備中主冷的典 型結構進行了介紹和總結,并重點介紹了杭氧與西安交通大學合作開發(fā)的狹縫微膜雙層冷凝蒸發(fā)器。
板翅式主冷的兩側均為相變換熱,換熱系數較大,故采用翅片高度相對小的多孔形翅片。液氧 蒸發(fā)通道上下兩端敞開,液氧蒸發(fā)形成上塔的上升蒸汽。氮氣由下塔頂部引出進人芯體單元,冷凝 液氮在芯體下部的封頭匯集由出口管導出。考慮到液氧操作的安全性,液氧側采用全浸方式并采用 較大的翅片節(jié)距。
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