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1.5 创新点及难点分析
1.5.1 双壳程换热器的设计
双壳程换热器的结构如图1.1所示。双壳程换热器由于能实现冷、热流介质在纯逆流条件下进行热交换，其温差校正系数 、接近1。一般条件下，仅仅传热效率这一项就比单壳程换热器提高约25%。又由于壳程被中间隔板分割成两个半圆筒形，使截面积缩小1/2，而壳程介质的流速却提高了一倍，雷诺数得到提高，强化了传热，其值可比单壳程提高5%以上。总的来说，在工艺条件合适时，双壳程换热器的传热效率比单壳程换热器提高25%~30%，有时达40%，这个结论在工程实践中早己被证实。因此双壳程换热器有着广阔的发展前景。
双壳程换热器的结构特点：双壳程换热器，其主要结构与浮头式换热器、U形管换热器与固定管板式换热器基本相同，所不同的是在管束中心放置一块纵向隔板，折流板被上下隔开，用密封片将壳程一分为二。如图5.1所示，介质由开口1进人壳体后，在壳体的下半部分沿箭头所示方向进入U形部分，然后通过支持板进入壳体上半部分，由开口 流出壳体。由于壳体被中间隔板分成上下两部分，实现了管程和壳程介质的纯逆流流动，并提高了介质的流速，使换热效率提高，且U形部分也起到了换热作用，不像单壳程换热器管程的U形部分是个“死区”。这样，双壳程换热器的换热面积要大于同直径单壳程换热器的换热面积，与两台小直径的单壳程换热器相比，一台大直径的双壳程换热器具有换热效率高、占地少、重量轻、节省投资等优点。
图1.1 双壳程换热器结构示意
1.5.2 换热器管板的有限元分析
管板是管壳式换热器的主要零部件之一，管板的合理设计对节约材料、降低成本和确保安全使用具有重要意义。同时要考虑温度对管板的影响，很多固定管板式换热器是因为温度引起的热应力而破坏的。管壳式换热器管板计算采用的是GB151—1999中关于延长部分兼作法兰的固定式管板的强度校核。
本文将采用有限元分析方法对换热器管板进行有限元强度分析。为了简化计算，建立模型时只考虑管板、壳体和管束部分，法兰垫片用等效的均布比压来代替。由于管壳式换热器结构是前后左右对称，所以分析模型只需取该结构的四分之一，换热管取长度的一半。同时采用ANSYS有限元软件，管壳式换热器装置采用对称的三文有限元分析模型，对管板进行温度场和热应力分别进行分析，利用ANSYS得出温度分布云图，观察温度载荷对管板热应力的影响并最终加以分析得出结论。
2 换热器的设计计算
2.1 热力计算
2.1.1 确定物性数据
由已知条件可知，壳程和管程流体的有关物性数据如下表所示。
表2.1 水蒸气的有关物性数据
粘度
密度
导热系数
比热容
0.74×10-3 1000 0.62 4.17
表2.2 邻二甲盐的有关物性数据
粘度
密度
导热系数
比热容
0.57×10-3 840 0.128 1.80
2.1.2 物性参数计算
由热量衡算式：
（2.1）
其中Q为热负荷，W/（m3﹒°C）；qm1、 qm2为热、冷流体的质量流量，kg/s；cp1、Cp2为热、冷流体的平均定压比热容，J/（kg﹒℃）；T1、T2分别为水蒸汽进口、出口温度；t1、t2为邻二甲盐的进口、出口温度。
两流体温度变化情况：水（热流体）进口温度160℃，出口温度120℃；邻二甲盐（冷流体）进口温度85℃，出口温度110℃。qm1、 qm2为热、冷流体的质量流量分别取30000（kg/h）和20000（kg/h）该换热器用水来对邻二甲盐进行预热，都为易结垢的流体且换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此确定选用管壳式换热器。
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