发夹式换热器简单地说是一个单程的管壳式换热器，在中间被折弯成发夹的形状。传统的管壳式换热器只能实现部分逆流，即在一个双管程的换热器中，只有一个管程是逆流，发夹式换热器的首要技术优势是可实现纯逆流。传统的管壳式换热器往往体积庞大，相对于同等效能的发夹式换热器，其设备投资也更加昂贵。为了更好理解流体的流动方式，下图1描述了发夹式换热器的流体流动模式，图2是传统的U型管换热器。发夹式换热器本身固有的高效传热特点，使它在流程工业得到广泛使用。

传统的管壳式换热器已经在流程工业使用数十载，其优越性能为人称道。管壳式换热器相比较于其它形式换热器，其优点在于适应更宽范围的压力与温度组合，制造工艺相对简单。大多数标准，例如AD2000、EN、ASME以及 GB 151对于设计和制造均有详细描述，对于传统管壳式换热器的大量技术研究，确保了在不同国家/区域合规的一致性和使用的安全性。

尽管如此，传统式管壳式换热器在提供了机械优势的同时，其本身固有的缺点通常会导致传热效果降低。为了从传统管壳式换热器获取尽可能最大的传热效果，常用的有效的做法是多管程设置，不过这也会带来并流和逆流同时存在。也就是说，只有一半管程可以实现逆流，另外一半是并流，并流的存在会严重影响最终的传热系数，使得设计效能低下。TEMA（管式换热器制造商协会）的“F” 型壳程结构，用轴向的折流板把壳程分为两半，在一定程度上有助于减少并流，但是这种结构制造成本较高，同时轴向折流板密封老化以后会产生旁路泄露。这最终会导致运行效率低下，运行成本增加，车间不得不频繁停车以维修故障。

发夹式换热器的流体流动模式

U型管换热器的流体流动模式

相比而言，发夹式换热器结合了传统管壳式换热器的机械性能优势，同时具有纯逆流的特点。发夹式换热器可以按照国内标准和国际标准制造，满足更高的机械完整性和“弹性”，即使在最不利的压力和温度组合工况下，也无需膨胀节。发夹式换热器U型管的大弯曲半径能够承载更高的热膨胀，由于其更高的传热效率，到达同样的换热功效，外形壳体可以做的更小，换热管数量更少，因此这不光降低了制造成本，且更适用于高压的工况。

下面以一家美国的氢气装置为例，对比分析发夹式换热器的高效传热性能：

模拟计算结果由ING-Technik公司的换热器计算软件得出，该软件已经实现了商业化的应用。读者可以比较发夹式换热器和TEMA(BEU)型换热器结构参数的差别。

发夹式的壳程压降基于发夹式与TEMA（BEU）同样的进出口尺寸以保持同样的计算输入，在实际的计算中，管口尺寸会优化，发夹式的进出口会更小，这样压降会更低。允许的压降是2 psi，因此发夹式的设计可满足条件。

3ING-Technik专利授权制造的可更换管束发夹式换热器用于印度的一个苯酚工厂

以上模拟结果可以看出，发夹式换热器的所有参数都脱颖而出。在这个工况下，装置运行人员大幅得降低了壳体的尺寸和换热管的数量，在满足同样热载荷的情况下，只需要一半尺寸的壳体和不到一半数量的换热管，这充分证明了发夹式的传热高性能和投资低成本。