彭小敏 張中清 張 杰

(1.合肥通用機(jī)械研究院；2.國家節(jié)能換熱設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心)

熱工性能測試平臺調(diào)試①

彭小敏1張中清1張 杰2

(1.合肥通用機(jī)械研究院；2.國家節(jié)能換熱設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心)

介紹熱交換器熱工性能測試平臺的主要參數(shù)與工藝流程，給出平臺系統(tǒng)的調(diào)試特點(diǎn)與調(diào)試技術(shù)。經(jīng)測試與數(shù)據(jù)處理人員試驗(yàn)，熱交換器熱工性能測試平臺能夠很好地完成設(shè)計工況內(nèi)的熱交換器測試任務(wù)。

熱工性能測試平臺 熱交換器 調(diào)試

近年來，熱交換器向著大型化、復(fù)雜化、高參數(shù)化的方向發(fā)展，因此，對相關(guān)企業(yè)的設(shè)計、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收過程的要求也日趨嚴(yán)格。為了獲得與設(shè)計性能相適應(yīng)的熱交換器產(chǎn)品，提升熱交換器產(chǎn)品的使用性能和安全性能，以熱交換器產(chǎn)品試驗(yàn)性能數(shù)據(jù)為依托的熱交換器設(shè)計技術(shù)日趨成熟，熱工測試平臺系統(tǒng)裝置應(yīng)運(yùn)而生。大型公共熱工性能測試平臺是測試熱交換設(shè)備的傳熱性能與流體阻力特性的重要裝置[1,2]，該平臺可以獲得工況流量大、溫度范圍廣、結(jié)構(gòu)型式多樣的熱交換器熱工性能和流體阻力數(shù)據(jù)。測試平臺不僅針對工藝設(shè)計，它更涉及熱交換設(shè)備的安裝、運(yùn)行、控制及系統(tǒng)調(diào)試等方面，因此還是一個完整的系統(tǒng)工程設(shè)計[3]。

在此，筆者對大型公共熱工性能測試裝置調(diào)試過程進(jìn)行系統(tǒng)性描述[4,5]，從工藝、安全和操作角度出發(fā)，優(yōu)化調(diào)試控制技術(shù)，為我國類似的系統(tǒng)平臺調(diào)試提供一定的借鑒。

1 測試裝置

熱工性能測試平臺由水-水換熱測試平臺、油-水換熱測試平臺和蒸汽蒸發(fā)冷凝測試平臺3部分組成。主要設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 設(shè)計參數(shù)

水-水換熱測試平臺是該平臺中非常重要的一個測試平臺，其參數(shù)覆蓋范圍最為廣泛。因此，筆者將以該平臺為研究對象對其調(diào)試特點(diǎn)進(jìn)行分析。

水-水換熱測試平臺工藝如圖1所示。該平臺由預(yù)熱循環(huán)和測試循環(huán)兩部分組成。預(yù)熱循環(huán)采用兩種加熱方式進(jìn)行加熱：蒸汽機(jī)組(板式換熱機(jī)組)和電加熱器。預(yù)熱循環(huán)不經(jīng)過測試樣機(jī)。測試循環(huán)熱側(cè)經(jīng)熱水箱過合流三通調(diào)節(jié)閥、直通調(diào)節(jié)閥、測試樣機(jī)(配測試段)管路和加熱管路后回?zé)崴?；冷?cè)經(jīng)冷水箱過合流三通調(diào)節(jié)閥、直通調(diào)節(jié)閥、測試樣機(jī)(配測試段)管路和冷卻塔后回冷水箱。

a. 熱側(cè)

b. 冷側(cè)

2 調(diào)試特點(diǎn)

2.1 流量控制

以測試樣機(jī)熱側(cè)循環(huán)為例，合流三通調(diào)節(jié)閥開度、直通調(diào)節(jié)閥開度和變頻泵頻率是影響流量控制的3個主要參數(shù)。從工藝設(shè)計角度出發(fā)，合流三通調(diào)節(jié)閥開度是樣機(jī)進(jìn)口溫度控制的主要方式，不作為流量控制的手段。因此，在流量調(diào)節(jié)控制時保證合流三通調(diào)節(jié)閥開度固定，先采用直通調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，然后采用變頻泵進(jìn)一步調(diào)節(jié)。必要時，可以調(diào)節(jié)PID參數(shù)進(jìn)行精調(diào)。

2.2 樣機(jī)進(jìn)口溫度控制

熱交換器熱工性能測試時，樣機(jī)冷、熱側(cè)進(jìn)口溫度因使用工況不同而有不同要求。測試時為了獲得定性條件下準(zhǔn)確的熱工性能，測試樣機(jī)的冷、熱側(cè)進(jìn)口溫度必須精準(zhǔn)控制。以測試樣機(jī)熱側(cè)循環(huán)為例，當(dāng)熱水箱溫度高于樣機(jī)進(jìn)口溫度時，樣機(jī)熱側(cè)出口低溫水與熱水箱高溫水合流，通過合流三通調(diào)節(jié)閥開度控制來調(diào)節(jié)進(jìn)口溫度。當(dāng)樣機(jī)進(jìn)口溫度穩(wěn)定時，鎖定合流三通調(diào)節(jié)閥開度，采用管路中的加熱方式進(jìn)行補(bǔ)熱。補(bǔ)熱量與熱側(cè)放熱量需保持相對穩(wěn)定，以確保樣機(jī)測試過程中進(jìn)口溫度的恒定。

2.3 補(bǔ)熱方式控制

熱交換器樣機(jī)測試過程是一個換熱過程，因此采用補(bǔ)熱方式來保證熱側(cè)進(jìn)口溫度的恒定。當(dāng)補(bǔ)熱量大于樣機(jī)放熱量時，熱側(cè)進(jìn)口溫度上升；當(dāng)補(bǔ)熱量小于樣機(jī)放熱量時，熱側(cè)進(jìn)口溫度下降。因此，只有補(bǔ)熱量與換熱量一致時，才能維持樣機(jī)熱側(cè)進(jìn)口溫度恒定。

當(dāng)采用電加熱器進(jìn)行補(bǔ)熱時，根據(jù)樣機(jī)熱側(cè)進(jìn)出口溫度、流量和介質(zhì)的物性，可以計算出瞬時換熱量，將換熱量以功率的形式直接用于電加熱器補(bǔ)熱，以維持樣機(jī)熱側(cè)進(jìn)口溫度的恒定。

當(dāng)采用蒸汽加熱方式進(jìn)行補(bǔ)熱時，將蒸汽調(diào)節(jié)閥置一開度，利用樣機(jī)熱側(cè)進(jìn)口溫度實(shí)測值與設(shè)定值的差值來調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥開度，以維持樣機(jī)熱側(cè)進(jìn)口溫度的恒定。

3 調(diào)試技術(shù)

調(diào)試技術(shù)可以顯著提高測試效率，減少操作失誤，保證原始數(shù)據(jù)的安全性和可追溯性，具體如下：

a. 聯(lián)動。如在預(yù)熱循環(huán)中，電加熱器或換熱機(jī)組前后兩個閥門可以設(shè)置成聯(lián)動模式，以減少測試過程的操作次數(shù)。

b. 聯(lián)鎖。如電加熱器前后閥門未打開或沒有泵運(yùn)行時，電加熱器不能啟動；電加熱器沒有關(guān)閉時，泵和電加熱器前后閥門不能關(guān)閉。

c. 延時保護(hù)。如在電加熱器關(guān)閉后，即使泵接到關(guān)閉信號仍需延時1min執(zhí)行，以帶走電加熱器管束內(nèi)的余熱。

d. 報警記錄與復(fù)位。如當(dāng)熱水箱液位過低時，系統(tǒng)會設(shè)置報警并記錄，當(dāng)熱水箱液位低于下液位線時，測試裝置禁止啟動。

e. 數(shù)據(jù)自動記錄。當(dāng)熱平衡穩(wěn)定并達(dá)到測試標(biāo)準(zhǔn)要求后，系統(tǒng)自動記錄熱工性能數(shù)據(jù)并自動計算出其他相關(guān)數(shù)據(jù)，如放熱量、換熱系數(shù)及熱平衡誤差等。

f. 數(shù)據(jù)安全性。測試系統(tǒng)設(shè)有權(quán)限分級，測試人員不能修改、拷貝測試數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理人員登錄后方能讀取、拷貝測試數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

熱工性能測試平臺經(jīng)過調(diào)試后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)讀取正確，測試數(shù)據(jù)精確度高；系統(tǒng)自動化程度高，極大地縮短了測試時間，提升了運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)測試與數(shù)據(jù)處理人員試驗(yàn)，均能夠完成設(shè)計工況內(nèi)的熱交換設(shè)備測試任務(wù)，獲得了業(yè)主的一致好評。

[1] GB/T 27698-2011,熱交換器及傳熱元件性能測試方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[2] 張海泉.板式換熱器熱工與阻力性能測試及計算方法研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2006.

[3] 童正明,靳晶,秦桂花,等.1種板式換熱器測試平臺及應(yīng)用[J].化工生產(chǎn)與技術(shù),2012,19(3):44～46.

[4] 張中清,陳永東,修維紅,等.液-液換熱器熱工性能及流體阻力測試裝置[P].中國:201110059514.0,2011-03-11.

[5] 崔云龍,張中清,彭小敏.換熱性能測試平臺的改造[J].化工自動化及儀表,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-)，工程師，從事壓力容器和換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱工測試試驗(yàn)平臺建設(shè)與性能檢驗(yàn)工作，13721092725@126.com。