热工性能测试平台调试①

彭小敏 张中清 张 杰

(1.合肥通用机械研究院；2.国家节能换热设备质量监督检验中心)

热工性能测试平台调试①

彭小敏1张中清1张 杰2

(1.合肥通用机械研究院；2.国家节能换热设备质量监督检验中心)

介绍热交换器热工性能测试平台的主要参数与工艺流程，给出平台系统的调试特点与调试技术。经测试与数据处理人员试验，热交换器热工性能测试平台能够很好地完成设计工况内的热交换器测试任务。

热工性能测试平台 热交换器 调试

近年来，热交换器向着大型化、复杂化、高参数化的方向发展，因此，对相关企业的设计、制造、检验和验收过程的要求也日趋严格。为了获得与设计性能相适应的热交换器产品，提升热交换器产品的使用性能和安全性能，以热交换器产品试验性能数据为依托的热交换器设计技术日趋成熟，热工测试平台系统装置应运而生。大型公共热工性能测试平台是测试热交换设备的传热性能与流体阻力特性的重要装置[1,2]，该平台可以获得工况流量大、温度范围广、结构型式多样的热交换器热工性能和流体阻力数据。测试平台不仅针对工艺设计，它更涉及热交换设备的安装、运行、控制及系统调试等方面，因此还是一个完整的系统工程设计[3]。

在此，笔者对大型公共热工性能测试装置调试过程进行系统性描述[4,5]，从工艺、安全和操作角度出发，优化调试控制技术，为我国类似的系统平台调试提供一定的借鉴。

1 测试装置

热工性能测试平台由水-水换热测试平台、油-水换热测试平台和蒸汽蒸发冷凝测试平台3部分组成。主要设计参数见表1。

表1 设计参数

水-水换热测试平台是该平台中非常重要的一个测试平台，其参数覆盖范围最为广泛。因此，笔者将以该平台为研究对象对其调试特点进行分析。

水-水换热测试平台工艺如图1所示。该平台由预热循环和测试循环两部分组成。预热循环采用两种加热方式进行加热：蒸汽机组(板式换热机组)和电加热器。预热循环不经过测试样机。测试循环热侧经热水箱过合流三通调节阀、直通调节阀、测试样机(配测试段)管路和加热管路后回热水箱；冷侧经冷水箱过合流三通调节阀、直通调节阀、测试样机(配测试段)管路和冷却塔后回冷水箱。

a. 热侧

b. 冷侧

2 调试特点

2.1 流量控制

以测试样机热侧循环为例，合流三通调节阀开度、直通调节阀开度和变频泵频率是影响流量控制的3个主要参数。从工艺设计角度出发，合流三通调节阀开度是样机进口温度控制的主要方式，不作为流量控制的手段。因此，在流量调节控制时保证合流三通调节阀开度固定，先采用直通调节阀调节流量，然后采用变频泵进一步调节。必要时，可以调节PID参数进行精调。

2.2 样机进口温度控制

热交换器热工性能测试时，样机冷、热侧进口温度因使用工况不同而有不同要求。测试时为了获得定性条件下准确的热工性能，测试样机的冷、热侧进口温度必须精准控制。以测试样机热侧循环为例，当热水箱温度高于样机进口温度时，样机热侧出口低温水与热水箱高温水合流，通过合流三通调节阀开度控制来调节进口温度。当样机进口温度稳定时，锁定合流三通调节阀开度，采用管路中的加热方式进行补热。补热量与热侧放热量需保持相对稳定，以确保样机测试过程中进口温度的恒定。

2.3 补热方式控制

热交换器样机测试过程是一个换热过程，因此采用补热方式来保证热侧进口温度的恒定。当补热量大于样机放热量时，热侧进口温度上升；当补热量小于样机放热量时，热侧进口温度下降。因此，只有补热量与换热量一致时，才能维持样机热侧进口温度恒定。

当采用电加热器进行补热时，根据样机热侧进出口温度、流量和介质的物性，可以计算出瞬时换热量，将换热量以功率的形式直接用于电加热器补热，以维持样机热侧进口温度的恒定。

当采用蒸汽加热方式进行补热时，将蒸汽调节阀置一开度，利用样机热侧进口温度实测值与设定值的差值来调节蒸汽调节阀开度，以维持样机热侧进口温度的恒定。

3 调试技术

调试技术可以显著提高测试效率，减少操作失误，保证原始数据的安全性和可追溯性，具体如下：

a. 联动。如在预热循环中，电加热器或换热机组前后两个阀门可以设置成联动模式，以减少测试过程的操作次数。

b. 联锁。如电加热器前后阀门未打开或没有泵运行时，电加热器不能启动；电加热器没有关闭时，泵和电加热器前后阀门不能关闭。

c. 延时保护。如在电加热器关闭后，即使泵接到关闭信号仍需延时1min执行，以带走电加热器管束内的余热。

d. 报警记录与复位。如当热水箱液位过低时，系统会设置报警并记录，当热水箱液位低于下液位线时，测试装置禁止启动。

e. 数据自动记录。当热平衡稳定并达到测试标准要求后，系统自动记录热工性能数据并自动计算出其他相关数据，如放热量、换热系数及热平衡误差等。

f. 数据安全性。测试系统设有权限分级，测试人员不能修改、拷贝测试数据，数据处理人员登录后方能读取、拷贝测试数据。

4 结束语

热工性能测试平台经过调试后，系统运行稳定，数据读取正确，测试数据精确度高；系统自动化程度高，极大地缩短了测试时间，提升了运行效率和经济效益。经测试与数据处理人员试验，均能够完成设计工况内的热交换设备测试任务，获得了业主的一致好评。

[1] GB/T 27698-2011,热交换器及传热元件性能测试方法[S].北京:中国标准出版社,2011.

[2] 张海泉.板式换热器热工与阻力性能测试及计算方法研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006.

[3] 童正明,靳晶,秦桂花,等.1种板式换热器测试平台及应用[J].化工生产与技术,2012,19(3):44～46.

[4] 张中清,陈永东,修维红,等.液-液换热器热工性能及流体阻力测试装置[P].中国:201110059514.0,2011-03-11.

[5] 崔云龙,张中清,彭小敏.换热性能测试平台的改造[J].化工自动化及仪表,2016,43(10):1101～1103.

CommissioningoftheThermalPerformanceTestBench

PENG Xiao-min1, ZHANG Zhong-qing1, ZHANG Jie2

(1.HefeiGeneralMachineryResearchInstitute; 2.NationalQualitySupervision&InspectionCenterforEnergy-savingHeat-exchangeEquipment)

The key parameters and process of thermal performance test bench for heat-exchangers were introduced; and both characteristics and debugging technologies required were presented. The test results indicate that this test bench can fulfill tasks of testing heat-exchange performance in design conditions.

thermal performance test bench, heat exchanger, commissioning

TH89；TE965

B

1000-3932(2017)08-0771-04

2017-03-17，

2017-04-27)

彭小敏(1982-)，工程师，从事压力容器和换热器结构设计、热工测试试验平台建设与性能检验工作，13721092725@126.com。