第五章 换热网络综合 1
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小传热温差Tmin 。离开夹点后，由于物流间的传热温差都增 大了，所以不一定遵循该规则。
2 物流间匹配换热的经验规则
经验规则1 每个换热器的热负荷应等于该换热器冷热物流匹配 中热负荷较小者，以保证经过一次换热，既可以使一个物流达 到规定的目标温度，以减少所用换热设备的数量。 经验规则2 应尽量选择热容量流率相近的冷、热流体进行匹配换 热，使得换热器在结构上相对合理，且在相同的热负荷及相同的 有效能损失下，其传热温差最大。 说明: （1）采用经验规则时，经验规则1优于规则2； （2）经验规则对离开夹点的其余物流匹配换热也是合适的。
夹点设计法的要点（P136） （1）在夹点处，换热网络分隔开，热端和冷端分别处理。
（2）热端和冷端都先从夹点开始设计，遵循夹点匹配可行性规则
及经验规则。 （3）离开夹点后，采用经验规则，但传热温差约束紧张时还应遵 循可行性规则。 （4）考虑换热系统的操作性、安全性，以及生产工艺上特殊要 求等。
[例] 一换热系统，包含的工艺流股为两个热物流和两个冷物流，
一端具有夹点处的温度。
夹wenku.baidu.com匹配
夹点匹配 非夹点匹配
非夹点匹配
（1）夹点匹配可行性规则1： ① 对于夹点上方，热工艺物流（包括其分支物流）的数目NH不 大于冷工艺物流（包括其分支物流）数目NC，即：
N H NC
3
H1 H2 H3 C4 C5
3 1
1
H1
1 2
H2
C3 C4
2
2
C5
H
(a) (a)热端夹点处不可行的匹配
无外界输入热量 Ik Qk 10 -2.5 -107.5 27.5
外界输入最小热量 Ik 107.5 117.5 105.0 0 Qk 117.5 105.0 0 135.0
SN1 SN2 SN3 SN4
－10 12.5 105.0 -135.0
0 10.0 -2.5 -107.5
SN5
SN6
82.5
目标 热负荷 kW Q 180.0 240.0 262.5 225.0
标号
流率
kW/ oC CP
温度
oC
温度
oC
Ts 150 90 20 25
Tt 60 60 125 100
H1 H2 C1 C2
2.0 8.0 2.5 3.0
（1）热端的设计
分析：
◆ 流股数符合可行性规则1：
NH <NC
(热流股数 1，小于冷流股数2)
(b)
（C）
(b)热端夹点处的可行匹配（采用冷物流分支） (c)热端夹点处的可行匹配（采用设置加热器H)
[90-(80+dT4)]或[90-(80+dT5)]均 小于Tmin,只好采用公用工程冷 却物流,违反基本原则2
② 对于夹点下方，热工艺物流（包括其分支物流）数目NH不小 于冷工艺物流（包括其分支物流）的数目NC , 即：
给定的数据见下表，指定热、冷物流间允许的最小传热温差 △Tmin=20℃。现设计一换热器网络，要求其具有最大的热回 收。
物流 标号 热容 流率 初始 温度
oC
目标 温度
oC
热负荷
kW/ oC
CP H1 2.0
kW
Q 180.0
Ts 150
Tt 60
H2
C1 C2
8.0
2.5 3.0
90
20 25
60
◆ 将热流股2分支，与冷流股1、2实现夹点匹配。
方案 1
夹点冷端的流股匹配（1）
方案 2
夹点冷端的流股匹配（2）
具有最小公用工程加热与冷却负荷的整体设计方案 说明：该方案是初始设计方案。
◆ 热容流率符合可行性规则2：
CPH<CPC
(热流股热容流率2.0, 冷流股热容流率 2.5、3.0)
◆ 按经验规则，应使热流股1与冷流股1匹配。
夹点热端的流股匹配
（2）冷端的设计
分析：
◆ 流股数符合规则1：
NH ≥ NC
CPH ≥ CPC
(热流股数 2，冷流股数2)
◆ 热容流率不符合规则2：
(热流股热容流率2.0、8.0， 冷流股热容流率 2.5、3.0)
125 100
240.0
262.5 225.0
问题表格（1） 子网络序号 冷物流及其温度 k C1 C2 SN1 SN2 SN3 SN4 热物流及温度 H1 H2
150 125 145 100 70 40 120 90 60
SN5
SN6
25
20
问题表格（2）
子网络 序号 赤字Dk kW 热量 kW 热量 kW
专题一：
夹点设计法综合换热网络
夹点设计法的基本原则：
(1) 应该避免有热流量通过夹点； (2) 夹点上方避免引入公用工程冷却物流； (3) 夹点下方避免引入公用工程加热物流 。 说明：违背以上三条基本原则，就会增大公用工程负荷及相 应的设备投资。
1 夹点处物流间匹配换热的可行性规则
夹点匹配：指冷、热物流同时有一端直接与夹点相通，即同
N H NC
3
2
H1 1 H2 C3
1 2 C
H1 H2 H3
1
C4
C5
C4
C5
（d ）
(e)
（f ）
（d）冷端夹点处不可行的匹配 （e）可行的匹配采用热物流分支
（f）可行的匹配设置冷却器C
[(90- dT1)-80]或[( 90- dT2) -80] 均小于Tmin,只好采用公用工 程加热物流,违反基本原则3
（2）夹点匹配可行性规则2
① 夹点上方，每一夹点匹配中热物流的热容流率CPH小于
或等于冷物流的热容量流率CPC,即： CPH ≤ CPC ② 夹点下方，每一夹点匹配中热物流的热容流率CPH大于 或等于冷物流的热容量流率CPC,即： CPH ≥ CPC
说明：该规则保证了夹点匹配中的传热温差不小于允许的最
12.5
27.5
-55.0
-55.0
-67.5
135.0
52.5
52.5
40.0
0 kw SN1 热端
QH min=107.5 kw SN1 热端 117.50 kw SN2 105 kw SN3 0 kw SN4 135 kw 冷端 SN5 52.5 kw
10 kw SN2
-2.50 kw SN3 -107.50 kw SN4 27.5 kw
夹点
夹点
冷端
SN5 -55 kw
SN6 -67.5 kw
a 未加公用设施加热负荷
SN6 QC min=40 kw
b 加入公用设施加热负荷
得到如下信息： （1）夹点处，热物流温度在90oC、冷物流温度70oC。 （2）最小公用工程加热量 （3）最小公用工程冷却量
物流 热容 初始
Q H min = 107.5 kW Q C min = 40 kW
2 物流间匹配换热的经验规则
经验规则1 每个换热器的热负荷应等于该换热器冷热物流匹配 中热负荷较小者，以保证经过一次换热，既可以使一个物流达 到规定的目标温度，以减少所用换热设备的数量。 经验规则2 应尽量选择热容量流率相近的冷、热流体进行匹配换 热，使得换热器在结构上相对合理，且在相同的热负荷及相同的 有效能损失下，其传热温差最大。 说明: （1）采用经验规则时，经验规则1优于规则2； （2）经验规则对离开夹点的其余物流匹配换热也是合适的。
夹点设计法的要点（P136） （1）在夹点处，换热网络分隔开，热端和冷端分别处理。
（2）热端和冷端都先从夹点开始设计，遵循夹点匹配可行性规则
及经验规则。 （3）离开夹点后，采用经验规则，但传热温差约束紧张时还应遵 循可行性规则。 （4）考虑换热系统的操作性、安全性，以及生产工艺上特殊要 求等。
[例] 一换热系统，包含的工艺流股为两个热物流和两个冷物流，
一端具有夹点处的温度。
夹wenku.baidu.com匹配
夹点匹配 非夹点匹配
非夹点匹配
（1）夹点匹配可行性规则1： ① 对于夹点上方，热工艺物流（包括其分支物流）的数目NH不 大于冷工艺物流（包括其分支物流）数目NC，即：
N H NC
3
H1 H2 H3 C4 C5
3 1
1
H1
1 2
H2
C3 C4
2
2
C5
H
(a) (a)热端夹点处不可行的匹配
无外界输入热量 Ik Qk 10 -2.5 -107.5 27.5
外界输入最小热量 Ik 107.5 117.5 105.0 0 Qk 117.5 105.0 0 135.0
SN1 SN2 SN3 SN4
－10 12.5 105.0 -135.0
0 10.0 -2.5 -107.5
SN5
SN6
82.5
目标 热负荷 kW Q 180.0 240.0 262.5 225.0
标号
流率
kW/ oC CP
温度
oC
温度
oC
Ts 150 90 20 25
Tt 60 60 125 100
H1 H2 C1 C2
2.0 8.0 2.5 3.0
（1）热端的设计
分析：
◆ 流股数符合可行性规则1：
NH <NC
(热流股数 1，小于冷流股数2)
(b)
（C）
(b)热端夹点处的可行匹配（采用冷物流分支） (c)热端夹点处的可行匹配（采用设置加热器H)
[90-(80+dT4)]或[90-(80+dT5)]均 小于Tmin,只好采用公用工程冷 却物流,违反基本原则2
② 对于夹点下方，热工艺物流（包括其分支物流）数目NH不小 于冷工艺物流（包括其分支物流）的数目NC , 即：
给定的数据见下表，指定热、冷物流间允许的最小传热温差 △Tmin=20℃。现设计一换热器网络，要求其具有最大的热回 收。
物流 标号 热容 流率 初始 温度
oC
目标 温度
oC
热负荷
kW/ oC
CP H1 2.0
kW
Q 180.0
Ts 150
Tt 60
H2
C1 C2
8.0
2.5 3.0
90
20 25
60
◆ 将热流股2分支，与冷流股1、2实现夹点匹配。
方案 1
夹点冷端的流股匹配（1）
方案 2
夹点冷端的流股匹配（2）
具有最小公用工程加热与冷却负荷的整体设计方案 说明：该方案是初始设计方案。
◆ 热容流率符合可行性规则2：
CPH<CPC
(热流股热容流率2.0, 冷流股热容流率 2.5、3.0)
◆ 按经验规则，应使热流股1与冷流股1匹配。
夹点热端的流股匹配
（2）冷端的设计
分析：
◆ 流股数符合规则1：
NH ≥ NC
CPH ≥ CPC
(热流股数 2，冷流股数2)
◆ 热容流率不符合规则2：
(热流股热容流率2.0、8.0， 冷流股热容流率 2.5、3.0)
125 100
240.0
262.5 225.0
问题表格（1） 子网络序号 冷物流及其温度 k C1 C2 SN1 SN2 SN3 SN4 热物流及温度 H1 H2
150 125 145 100 70 40 120 90 60
SN5
SN6
25
20
问题表格（2）
子网络 序号 赤字Dk kW 热量 kW 热量 kW
专题一：
夹点设计法综合换热网络
夹点设计法的基本原则：
(1) 应该避免有热流量通过夹点； (2) 夹点上方避免引入公用工程冷却物流； (3) 夹点下方避免引入公用工程加热物流 。 说明：违背以上三条基本原则，就会增大公用工程负荷及相 应的设备投资。
1 夹点处物流间匹配换热的可行性规则
夹点匹配：指冷、热物流同时有一端直接与夹点相通，即同
N H NC
3
2
H1 1 H2 C3
1 2 C
H1 H2 H3
1
C4
C5
C4
C5
（d ）
(e)
（f ）
（d）冷端夹点处不可行的匹配 （e）可行的匹配采用热物流分支
（f）可行的匹配设置冷却器C
[(90- dT1)-80]或[( 90- dT2) -80] 均小于Tmin,只好采用公用工 程加热物流,违反基本原则3
（2）夹点匹配可行性规则2
① 夹点上方，每一夹点匹配中热物流的热容流率CPH小于
或等于冷物流的热容量流率CPC,即： CPH ≤ CPC ② 夹点下方，每一夹点匹配中热物流的热容流率CPH大于 或等于冷物流的热容量流率CPC,即： CPH ≥ CPC
说明：该规则保证了夹点匹配中的传热温差不小于允许的最
12.5
27.5
-55.0
-55.0
-67.5
135.0
52.5
52.5
40.0
0 kw SN1 热端
QH min=107.5 kw SN1 热端 117.50 kw SN2 105 kw SN3 0 kw SN4 135 kw 冷端 SN5 52.5 kw
10 kw SN2
-2.50 kw SN3 -107.50 kw SN4 27.5 kw
夹点
夹点
冷端
SN5 -55 kw
SN6 -67.5 kw
a 未加公用设施加热负荷
SN6 QC min=40 kw
b 加入公用设施加热负荷
得到如下信息： （1）夹点处，热物流温度在90oC、冷物流温度70oC。 （2）最小公用工程加热量 （3）最小公用工程冷却量
物流 热容 初始
Q H min = 107.5 kW Q C min = 40 kW