齐福来

    (中国石化集团 上海工程有限公司，上海 200120)

    1 前言

    热交换器在各个工业部门都是非常重要的和非常多的设备。不管是军用还是民用，不管是石油化工，医药行业还是炼油行业，为了节能就要建立一整套的热交换网络，回收热能。在某些化工车间内热交换器设备占设备总量的45%以上。然而热交换器的形式很多：套管式、喷淋管式、固定管板式、螺旋板式、板框式等。固定管板式热交换器无疑是使用得最多的一种，这主要是由于它的制造技术比较成熟，而且造价低，又有比较现成的图纸好套用，在国外有TEMA[1]标准，在我国也有(JB/T 4715-1992)[2]标准，因此对它的采用就比较广泛。

    如何设计和选择一个满足要求的固定管板式热交换器？在新建工厂或者在技术改造中必须回收热能时所遇到的现实问题。对于有经验的设计者来讲首先根据物料性质，物料的温度级别，决定什么物料适合于走管程，什么物料走壳程。还有很多的工艺条件以及制造条件的限制，比如：热交换器的管长限制；壳程压力降的限制；管程压力的限制；第二步假定总的传热系数以及现实的平均温度差求得传热面积。第三步根据流体在管内的经典流速决定管数。第四步根据所草拟的热交换器尺寸数据再套用我国的标准来决定热交换器尺寸来计算管程和壳程的传热系数和压力降，根据计算结果再进行尺寸调整，一直到满意的结果为止。

    由于这个计算过程是一个试差运算过程，非常麻烦。因此，在很多情况有经验的工程师就根据现有的情况，以及传统的传热系数和温差大概估计一下，套用国家标准选用合适的固定管板式热交换器。这种现象是很普遍的现状。由于没有详细的运算，选用的设备一般是比较富裕的，增加了投资。

    热交换器的选择不是一个特定的解，而是一个可允许的范围。它是由壳程压降、管程压降、最长和最短的管长限制所包围起来的一个区域，在这个区域的所有尺寸的热交换器都将适合于工程上的传热需要。

    1996年Podder & Polly[3]发表了通过参数画图来设计热交换器的文章。以纵坐标表示壳径，以横坐标表示管长。在图中有两条横的平行线，上面的一条是最小的管内速度限制线，下面的一条是最大的管内速度限制线。有一条曲线是满足传热要求的限制线。由上边的两条平行线和这一条曲线以及纵轴所围成的多边形区域就是满足我们工况要求的所有热交换器尺寸。这个满足传热要求的曲线还和壳程压降限制线有一个交点，这个交点所对应的热交换器就是最经济的热交换器的尺寸。有时为了保险，取10%的保险系数，那么该满足传热的曲线就上移适当的部分。

    问题是我们如何找到这个满足我们工况要求的传热曲线 ......