魏春华，任占胜，周婷婷

（浙江巨化装备工程集团有限公司，浙江 衢州324004）

换热器广泛使用于化工、制药、食品、轻工和航天等工业部门[1]。尤其在化工厂中，换热器的投资约占总投资的10%～20%[2]。管壳式换热器是化工行业应用比较广泛的换热器类型，其适用的操作范围和压力范围较大，且制造成本低、清洗方便、处理量大[2]。

Aspen exchanger design and rating （Aspen EDR）是一款传热计算软件，可以在工艺流程模拟软件比如Aspen Plus的计算之后，直接集成转入换热器的设计计算并校核，极大程度地降低了人工输入数据的错误率，并节省大量的人工计算时间，提高了结果可信度和设计效率[2-3]。

在管壳式换热器设计中，由于温度交叉（即冷流侧出口温度高于热流侧出口温度）引起的逆向传热对设计结果有极大的影响，不但会造成换热面积过大，甚至无法满足工艺要求[4]。换热器串联使用可以有效地解决温度交叉的设计工况。以笔者工程参与设计换热器出发，借助Aspen EDR软件，对温度交叉情况下串联换热器的设计以及优化提出了一种较为便捷的计算方法。

1 换热器中的温度交叉

对于无相变换热器，简单来说，温度交叉是指冷流侧出口温度高于热流侧出口温度，即t2＞T2，如图1所示。

图1 换热器中的温度交叉Fig 1 Temperature cross of heat exchanger

对于纯逆流的单管程换热器来说，图1(a)的设计在工艺上是允许的。在实际工况中，很大部分的换热器采用多管程设计，目的是提高管内流动速度，达到降低热阻、减轻结垢程度的效果，利用传热和减小换热面积[2]。在多管程设计条件下，在某个区域会出现冷流体温度高于热流体温度的现象，如图1(b)所示，这种恶性温度交叉会使冷侧流体的热量反向地传给热侧地流体，传热效果恶化，换热器内部发生无效的换热面积[5]。……