TSG特种设备安全技术规范TSG20XX

1、TSG特种设备安全技术规范 TSG 20XX 热交换器能效测试与评价规则 Energy Efficiency Test and Evaluation Regulation for Heat Exchanger (征求意见稿)中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局颁布20XX年XX月XX日前 言2016年7月，国家质量技术监督检验检疫总局(以下简称国家质检总局)特种设备安全监察局(以下简称特种设备局)委托中国特种设备检测研究院（以下简称中国特检院）组织起草热交换器能效测试与评价规则（以下简称规则）。 2016年7月，中国特检院组织成立了起草组，在西安召开第一次工作会议，讨论了规则的制定原则、重点

2、内容以及主要问题、结构(章节)框架，并且就起草工作进行了具体分工，制定了起草工作时间表。2016年9月，起草组在上海召开第二次工作会议，对规则内容进行了调整，并形成了规则征求意见稿。2016年XX月，特种设备局对征求意见稿进行审查后，以质监特函2016XX号文对外征求基层部门、有关单位和专家及公民的意见。201X年XX月，根据征求到的意见起草组进行修改形成送审稿，并提交给国家质检总局特种设备安全与节能技术委员会审议，起草组根据审议意见进行修改后形成报批稿，201X年XX月XX日，由国家质检总局批准颁布。本规则主要起草单位和人员如下：甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司张延丰 周文学西安交通大学白博

3、峰国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局冷 浩中国特种设备检测研究院管坚 刘雪敏中国特种设备安全与节能促进会王为国上海市特种设备监督检验技术研究院汤晓英甘肃省质量技术监督局特种设备安全监察局严勇中国石化工程建设有限公司张迎恺中国石油化工股份有限公司上海高桥分公司蔡隆展西安市热力总公司唐 涤上海蓝海科创检测有限公司王纪兵上海板换机械设备有限公司张永德 目 录 TOC o 1-1 u 1 总则（ PAGEREF _Toc462407143 h 1）2 通用要求（ PAGEREF _Toc462407144 h 3）3 能效测试与评价报告（ PAGEREF _Toc462407146 h 4）4

4、 附则（5）附件A（6）1 总 则1.1 目的为了规范热交换器能效测试与评价工作，根据特种设备安全监察条例、高耗能特种设备节能监督管理办法，制定本规则。1.2 适用范围本规则适用于热交换器产品的能效测试与评价。在用热交换器的能效评价可参照本规则进行。1.3 引用标准满足本规则热交换器性能测试与能效评价基本要求的标准称为本规则引用标准。本规则的主要引用标准如下：(1) GB/T 151热交换器；(2) GB/T 27698.1热交换器及传热元件性能测试方法 第1部分：通用要求；(3) GB/T 27698.2热交换器及传热元件性能测试方法 第2部分：管壳式热交换器；(4) GB/T 27698.

5、3热交换器及传热元件性能测试方法 第3部分：板式热交换器；(5) GB/T 27698.4热交换器及传热元件性能测试方法 第4部分：螺旋板式热交换器；(6) GB/T 27698.5热交换器及传热元件性能测试方法 第5部分：管壳式热交换器用换热管；(7) GB/T 27698.6热交换器及传热元件性能测试方法 第6部分：空冷器用翅片管；(8) GB/T 27698.7热交换器及传热元件性能测试方法 第7部分：空冷器噪声测定；(9) GB/T 27698.8热交换器及传热元件性能测试方法 第8部分：热交换器工业标定；(10) NB/T 47004板式热交换器；(11) NB/T 47007空冷式

6、热交换器；(12) NB/T 47045钎焊板式热交换器；(13) NB/T 47048螺旋板式热交换器。1.4 术语和定义GB/T 27698中界定的以及下列术语、符号和定义适用于本规则。 热交换器 在不同温度的流体之间实现热量传递的设备，如板式热交换器、空冷式热交换器、螺旋板式热交换器、管壳式热交换器、板壳式热交换器、板式空冷器等。 1.4.2 能效指标 (Energy Efficiency Index，EEI)综合考虑热交换器传热与流动特性，基于热力学第一、第二定律，采用测试数据数理统计等方法，确定的用于判定热交换器能效的数值。1.4.3 热交换器能效目标值判定热交换器为高效产品的指标值

7、。1.4.4 热交换器能效限定值允许的热交换器产品的最低能效值。1.4.5 定性温度 确定热交换器流体物性参数的参考温度。 热平衡条件热交换器能效测试达到热平衡时，冷、热流体换热量的允许偏差范围。1.5 符号和单位表1列出的符号和单位适合于本规则。表1 符号和单位符 号名 称单 位说 明A传热面积m2cp定压比热容J/（kgK）de当量直径mEu欧拉数无因次量f摩擦阻力系数无因次量k总传热系数W/(m2K)L流体流动长度mNTU传热单元数无因次量Nu努赛尔数无因次量p压力MPa密度kg/m3Pr普朗特数无因次量q热流密度W/m2热流量与传热面积之比qv体积流量m3/sqm质量流量kg/sRe雷

8、诺数无因次量S流道截面积m2t温度u流速m/s对流换热系数W/(m2K)厚度m导热系数W/(mK)热流量W热平衡条件%t1大温差端的流体温差Kt2小温差端的流体温差Ktm对数平均温差K1、2角 标分别表示流体的进、出口h、c角 标分别表示热、冷流体2 通用要求2.1 测试与评价机构测试与评价机构应当对能效测试质量进行严格控制，对测试结果的准确性、公正性和可溯源性负责；具备所开展热交换器能效测试与评价的仪器设备；测试与评价负责人员应当由具有热交换器测试经验的工程师担任。2.2 测试系统(1)具备固定的测试试验场地及配套的水、电、气、热源和冷源等公共条件；(2)满足热交换器热力性能参数测量范围的能

9、力，测试工况可以调节并能保持稳定状态，测试数据准确可靠并能自动采集和存储。2.3 测量仪表(1)压力、压差、流量测量仪表的精度不低于0.5级，流体温度的测量精度不低于0.2。(2)测量仪表应在检定/校准有效期内使用。2.4 数据采集(1)每个测试工况应稳定5分钟以上，且热平衡条件C的绝对值不大于5%时，方可进行数据采集；(2)每个测试工况至少重复测量3次，每次间隔5分钟以上，测量结果取平均值。2.5 评价方法综合考虑热交换器传热与流动特性，基于热力学第一、第二定律，采用测试数据数理统计等方法，确定热交换器能效指标（EEI）。以能效指标作为依据，评价热交换器的能效水平。各种类型热交换器的能效测试

10、与评价方法见附件。2.6 能效指标热交换器产品的能效水平分为三个等级，能效指标（EEI）高于能效目标值的为高效产品，低于能效限定值的为低效产品，介于两者之间的为中等能效产品。各种类型热交换器的能效指标要求见附件。2.7 特殊要求当热交换器产品型号或主要结构参数发生变化时，应重新进行能效测试与评价。3 测试与评价报告3.1 测试与评价报告一般格式见附件，并且至少包括以下内容：(1) 委托方；(2) 产品制造单位及产品编号；(3) 测试与评价机构；(4) 测试评价负责人和主要参加人员；(5) 测试产品技术数据（名称、型号、结构参数等）；(6) 测试环境条件（当地大气压、环境温度、环境湿度）；(7)

11、 设计文件（含工艺计算）；(8) 测量参数与测点布置图（冷、热两侧流体进口、出口温度与压差，进口压力）；(9) 测量仪表及精度；(10) 测试数据表；(11) 测试曲线；(13) 能效指标（EEI）计算过程；(14) 能效评价结果及等级。4 附 则4.1 规则解释权本规则由国家质量监督检验检疫总局负责解释。4.2 施行时间本规则自201X年XX月XX日起施行。 附件A板式热交换器能效测试与评价方法及能效指标A1 范围本附件适合于在液-液工况状态下的可拆卸板式热交换器、半焊式板式热交换器、钎焊板式热交换器的能效测试与评价。A2 产品型号及参数板式热交换器进行能效测试时应明确产品型号及以下参数：(

12、1) 板片波纹形式 (波纹角度、波纹深度、波纹间距、混合角度）；(2) 板片几何尺寸（长度、宽度、角孔直径、纵向与横向中心距）；(3) 单板传热面积；(4) 当量直径；(5) 板间距；(6) 流道截面积；(7) 板片数；(8) 板片厚度；(9) 板片材质；(10) 流程组合；(11) 设计温度；(12) 设计压力。当产品型号或(1)至(6)任一参数发生变化时，应重新进行能效测试与评价。A3 性能测试要求A3.1 测试系统设置测试系统见图A.1。测试流体为水，按水水无相变逆流测试工况进行。首先将冷、热流体的流量调整到设定值，再将热交换器的热流体进口温度通过加热器调整至600.5，热交换器的冷流体

13、进口温度通过冷却器调整至350.5。 所测试板式热交换器的板片数应不少于7片。1-冷却塔；2-冷却器；3-热交换器试件；4-加热器；5-分离器；6-过冷器；7-液体储槽；T-测温口；P-压力测口 图A.1 热交换器测量参数及测点布置图A3.2 测量项目(1) 冷、热流体的体积流量或质量流量；(2) 冷、热流体的进、出口温度；(3) 冷、热流体的进口压力及进出口之间的压差。 A3.3 测试方法测试工况稳定后，按以下测试要求进行测试：(1)两侧流体的流速从0.1m/s1.0m/s均匀等流速变化，变化间隔为0.1m/s；(2)固定一侧(热侧或冷侧）流体的流速不变，固定点宜选在0.5m/s左右，另一侧

14、流体的流速应从0.1m/s1.0m/s变化，变化间隔为0.1m/s；A3.4 热平衡条件冷、热流体的换热量允许偏差范围根据冷、热流体流速为0.5m/s时的测试结果确定，具体步骤如下：(1)按表A.1计算热交换器冷、热流体进口温度比；(2)按表A.1计算效能 ；(3)计算热平衡条件的下界C； （A.1）(4)确定该热交换器能效测试允许的热平衡条件：若C-5%，热平衡条件为-5%，5%；若-5%C-1%，热平衡条件为C，5%；若C-1%，热平衡条件为-1%，5%。A3.5 热交换器传热性能按表A.1计算热交换器传热性能。(1)确定不同流速u下的总传热系数k；(2)建立努塞尔数Nu与雷诺数Re间的准

15、则关联式。A3.6 热交换器流动阻力性能按表A.1计算热交换器流动阻力性能。(1)确定不同流速u下的压力降p；(2)建立欧拉数Eu与雷诺数Re间的准则关联式。表A.1序 号名 称符 号计 算 公 式1 冷流体流速ucuc= qvc /Sc2热流体流速uhuh= qvh /Sh3冷、热流体进口温度比=（tc1+273.15）/(th1+273.15)4效能=(tc2tc1) /(th1tc1)3冷流体热流量cc= qmccpc (tc2tc1)4热流体热流量hh= qmh cph (th1th2)5热平衡条件 =(hc) /c 100%6 对数平均温差 tm tm = (t1t2) / ln(t

16、1/t2)7测试总传热系数kexpkexp = (h+c) / (2Atm)8热流体努赛尔数NuhNuhCRenPr0.39冷流体努赛尔数NucNucCRecnPrc0.410欧拉数EuEuCRen11对流换热系数=（Nu/ de）12计算总传热系数kcalkcal =1/( 1/h+/+1/c)13计算压力降pcalpcal=Euu2A3.7 冷热侧压力降p在定性温度热流体50、冷流体30、冷热流体流速在0.5m/s标准状态下，根据所建立的Nu准则关联式、板片厚度及其导热系数，计算出总传热系数k，根据Eu准则关联式计算冷热侧压力降p。A3.8 测试报告测试报告应满足按A4.1的要求进行计算，

17、且内容不少于附表A-1的要求。A4 能效评价A4.1 能效指标计算板式热交换器的能效值按下式计算： EEI=kcal/p0.31 （A.2） 式中： p =cpccal/lc+ hphcal/lh，Pam-1 kcal按A3.8确定的总传热系数，Wm-2K-1； c、h冷、热流体压力梯度的权重系数，c=h=0.5； lc、lh纵向角孔中心距，m pccal、phcal按A3.8确定的冷、热流体侧压降，Pa。A4.2 能效等级划分能效目标值EEI=227；能效限定值EEI=168；板式热交换器能效等级分为三级，见表A.2。表A.2能效等级产品能效等级能效指标EEI备注一级EEI227高效产品二级

18、227EEI168中等能效产品三级EEI168低效产品A5 板式热交换器的能效测试与评价报告格式参见附表A-1。附表A-1 能效测试与评价报告 产品名称：XXXX板式热交换器 型号规格： 委托单位： 制造单位： 检验类别： （能效测试评价机构名称、盖章）（测试评价日期）注 意 事 项. 报告无“能效测试与评价报告专用章”或能效测试评价机构公章无效。. 内容缺少、摘录或部分复制报告无效。. 报告无编制、审核、批准人签章无效。. 报告涂改无效。. 若对报告有异议，应于收到报告之日起十五个工作日内向能效测试评价机构提出。. 结果仅与被检测样品有关。. 能效测试机构信息：地 址： 电 话： 邮政编码：

19、 传 真： 能效测试与评价报告No. 第 页 共 页产品名称规格型号委托单位名称到样日期地址送 样 者生产单位原编号/生产日期样品数量环境条件测试地点测试日期样品（试样）描述样品编号检验依据TSGXXXX及相关标准测试结果 传热面两侧为水-水逆流运行，定性温度热流体50、冷流体30、冷热流体板间流速在0.5m/s时：总传热系数：k = W/(m2K)压力降：ph = kPa pc = kPa测试人员（签字）： 负责人（签字）：日期： 年 月 日评价结果能效指标值：EEI=能效级别（相应级别）：低效产品中效产品高效产品评价人员（签字）： 负责人（签字）：日期： 年 月 日批准： 审核： 编制：

20、No. 第 页 共 页测试产品技术数据名 称单位委托单位提供测试单位实测板片波纹角度板片数片板片厚度mm板片波纹深度mm板片波纹法向节距mm夹紧尺寸mm板间距mm当量直径mm单片有效传热面积m2总有效传热面积m2单流道截面积m2单侧流道总截面积m2流程/接管形式/角孔直径mm角孔中心距（纵向）mm角孔中心距（横向）mm接管管径/板片材料/板片外形尺寸mm2测试目的2.1确定板式热交换器的传热性能，归纳出努赛尔数Nu与雷诺数Re之间的准则数关联式，给出总传热系数k与流速u之间的测试数据及关联式曲线。2.2确定板式热交换器的流体阻力性能，归纳出欧拉数Eu与雷诺数Re之间的准则数关联式，给出压力降p

21、与流速u之间的测试数据及关联式曲线。3测试介质和流程3.1测试介质传热面两侧介质为水-水。3.2测试流程传热面两侧介质逆流运行。冷、热流体采用并联式组合1 /1 的流No. 第 页 共 页动形式。 4 测试数据与结果4.1测试数据测试数据见表A。4.2测试结果 准则数关联式NuhCRe nPr0.3( Re )NucCRecnPrc0.4 ( Rec )EuhCRen ( Re )EucCRecn ( Rec ) 标准测试工况计算值传热面两侧为水-水逆流运行，定性温度热流体50、冷流体30、冷热流体板间流速在0.5m/s时： k W/(m2K) ph kPa pc kPa4.3 测试曲线4.3

22、.1 传热曲线k-u测试数据及关联式曲线见图A。4.3.2 流体阻力曲线p-u测试数据及关联式曲线见图B。表A 板式热交换器测试数据No. 第 页 共 页序号热流体冷流体热流体冷流体热流体热流体冷流体冷流体热流体冷流体热流体冷流体对数平均热流体冷流体热平衡误差总传热系数板间流速板间流速流量流量进口温度出口温度进口温度出口温度压降压降雷诺数雷诺数温差热流量热流量uhucqvhqvcth1th2tc1tc2phpcRehRectmhckm/sm/sm3/hm3/hkPakPaww%w/(m2K)10.10.120.20.230.30.340.40.450.50.560.60.670.70.780.80.890.90.9101.01.0110.90.9120.80.8-15-130.70.7-16-表A 板式热交换器测试数据(续)No. 第 页 共 页序号热流体冷流体热流体冷流体热流体热流体冷流体冷流体热