参考答案

找到原因后便应在增加冷却水水量上做文章。该换热器是一冷却水走管程，管程数为4程的列管式换热器，经核算可重新布置换热器两封头内的分程隔板，将冷却水的管程数从4程减为两程，并在出口管线上加装阀门控制水量，防止水量增加太多干扰其他换热器的正常工作。改造完成，水量明显上升，冷却水的出口温度大大降低，传热速率加快，换热情况大幅度改善，精馏塔顶压力马上达到正常值。在花费很少的情况下，改造取得了圆满成功。
本例减少了冷却水的管程数，提高了冷却水的供应量，降低了冷却水的出口温度，从而增大了传热推动力，加快了传热速率。而一般认为在传热设计中，可以增加冷却水在换热器中的管程数，以增大冷却水的流速，强化传热，增大传热总系数K。怎样解释这一问题呢？一般来说，循环冷却水是化工装置的重要公用工程，而其上下水压力除了与循环冷却水装置的设计有关外，还受循环水管网运行状态的影响，上下水压差即冷却水通过换热器的压差是所有冷却器对循环冷却水管网共同作用的总体结果，是一个相对确定的指标。这样，在冷却水通过冷却器压差一定的情况下，增加冷却水的管程数反而会减少冷却水的供应量，使其出口温度升高，不利于传热的进行，但在冷却水水量一定的情况下，增加冷却水的管程数则可提高流速，强化传热。
在换热器的设计中，增加管程数是否有利于传热的进行，关键要看前提，如果水量一定，增加程数则有利于传热；反之，如果压差一定，增加程数则不利于传热。化工过程一般都需要在一定的温度、压力下进行，换热器是使流体达到指定温度的最常用设备，传热过程在生产中应用十分普遍。传热过程中有两个最重要、最基本的方程式：
q_m1c_p1△t=q_m2c_p2△T (1)
Q=KA△t_m (2)
式中 q_m1、q_m2——冷热流体的质量流量，kg/S；
c_p1、c_p2——冷热流体的比热容，J/(kg·K)；
△t、AT——冷热流体的进出口温度差，K；
Q——换热器的传热速率，J/s；
K——传热总系数，W/(m²·K)；
A——换热器的传热面积，m²；
△tm——传热平均温度差，K。
方程(1)是传热过程的热量衡算式，反映了传热过程中的热量平衡问题，属于传热热力学范畴；方程(2)是传热过程的传热速率方程式，反映了传热过程中的传热速率问题，属于传热动力学的范畴。不论在研究讨论传热问题时，还是在进行传热设计或操作时都不仅要同时关注这两个方面，而且要将遇到的问题进行分析分类，看其到底是属于热力学的范畴，还是属于动力学的范畴，做到这一点可帮助尽快找到问题的症结，采取有效措施解决问题。从这一点出发，首先应对运行的换热器进行认真仔细的分析研究，然后在现场进行观察。本例中换热器冷却水的出口温度高达50℃以上，远远超出了42℃的正常指标。运用上述观点可以确定这里涉及的是传热热力学问题，即热量平衡问题：冷却水水量偏小，无法将热量及时移走，冷却水的出口温度升高，也降低了传热推动力，减慢了传热速率，导致塔顶蒸气不能全部冷凝，部分进入蒸气喷射泵，增加了蒸气喷射泵的抽气量，同时增大了物料蒸气在管内流动阻力，造成塔压升高。