(高清版)GBT 27698.1-2023 热交换器及传热元件性能测试方法 第1部分：通 用要求

热交换器及传热元件性能测试方法Testmethodsfortheperformanceofheatexchangersandhea2023-05-23发布2023-05-23实施国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会GB/T27698.1—2023前言 I Ⅱ 2规范性引用文件 3术语和定义 4符号和单位 25测试方法 35.1测试系统 35.2测量仪表 5.3测量方法 5.4测量参数与原始数据 95.5工业标定 6数据处理 6.1数据计算 6.2性能确定 6.3不确定度 7测试报告 附录A(规范性)热交换器工业标定 A.1测试方法 A.2数据处理 A.3标定报告 附录B(资料性)不确定度计算 B.1被测量 B.2随机不确定度 B.3系统不确定度 B.4合成不确定度 附录C(资料性)水、饱和水蒸气和干空气的热物理性质 参考文献 I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件是GB/T27698《热交换器及传热元件性能测试方法》的第1部分。GB/T27698已经发布了以下部分：——第1部分：通用要求；——第2部分：热交换器；——第3部分：传热元件；——第4部分：空冷器噪声测定。本文件代替GB/T27698.1—2011《热交换器及传热元件性能测试方法第1部分：通用要求》和GB/T27698.8—2011《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》。本文件以GB/T27698.1—2011为主，整合了GB/T27698.8—2011的内容。与GB/T27698.1—2011相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：a)增加了“热交换器”“传热元件”“性能”和"工业标定"的术语和定义(见第3章);b)增加了池沸腾传热性能测试系统(见5.1.4);c)更改了测量仪表准确度要求(见5.2.1,GB/T27698.1—2011的4.2.1和4.2.2);d)增加了池沸腾传热性能测试测量参数与原始数据的规定(见5.4.4);e)更改性能测试数据计算的规定(见6.1,GB/T27698.1—2011的第7章);f)增加了池沸腾传热性能测试数据处理的规定(见6.1.4);g)更改了汽-液冷凝性能测试性能确定的规定(见6.2.2,GB/T27698.1—2011的5.3.2);h)更改了汽-液流动沸腾与蒸发性能测试性能确定的规定(见6.2.3,GB/T27698.1—2011的i)增加了池沸腾传热性能测试性能确定的规定(见6.2.4);j)增加了不确定度要求(见6.3);k)更改了测试报告的要求(见第7章，GB/T27698.1—2011的第9章)。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SAC/TC262)提出并归口。本文件起草单位：甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司、上海蓝滨石化设备有限责任公司、西安交通大学、清华大学、中国石化工程建设有限公司、中石化广州工程有限公司、上海蓝海科创检测有限公司、上海市特种设备监督检验技术研究院、中国特种设备检测研究院、机械工业兰州石油化工设备检测所有限公司。本文件于2011年首次发布；本次为第一次修订，并入了GB/T27698.8—2011《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》的内容(GB/T27698.8—2011为2011年首次发布)。Ⅱ性能测试是确定热交换器及传热元件流动与传热特性的最准确的方法。为了保证性能测试有序开展，GB/T27698旨在确立普遍适用于热交换器及传热元件性能测试的测试系统、测试条件、数据处理方法及测试报告要求，拟由四个部分组成。——第1部分：通用要求。目的在于确立适用于各类热交换器及传热元件性能测试的测试系统、测量仪表、测量方法、数据处理方法及测试报告的通用要求。——第2部分：热交换器。目的在于确立各类典型热交换器性能测试时产品参数信息、测试程序、数据处理结果及测试报告要求。——第3部分：传热元件。目的在于确立各类典型传热元件性能测试的汽-气冷凝测试方法及产品参数信息、测试程序、数据处理结果与测试报告要求。——第4部分：空冷器噪声测定。目的在于确立空冷器噪声测定的测量参数、测试环境、测试仪表、测试方法及测试报告的要求。由于GB/T27698不可能、也没有必要囊括热交换器及传热元件性能测试的所有技术细节，因此，在满足准确性要求的前提下，不限制本文件中没有特别提及的技术内容。GB/T27698不限制性能测试时采用先进的测试技术和测试方法，但工程技术人员采用先进的技术方法时，宜对其科学性与准确性做出可靠判断。1热交换器及传热元件性能测试方法本文件描述了热交换器及传热元件性能测试的通用方法，包括测试系统、测量仪表、测量方法、数据处理方法及测试报告要求。本文件适用于测试流体分别为液体-液体、蒸汽-液体、蒸汽-空气的液-液无相变、汽-液冷凝有相变、汽-液沸腾与蒸发有相变、汽-气冷凝有相变的性能测试。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T151热交换器GB/T7724电子称重仪表GB/T27418测量不确定度评定和表示NB/T47004.1板式热交换器第1部分：可拆卸板式热交换器NB/T47004.2板式热交换器第2部分：焊接板式热交换器NB/T47007空冷式热交换器NB/T47045钎焊板式热交换器NB/T47048螺旋板式热交换器3术语和定义界定的以及下列术语和定义适用于本文件。使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定工艺要求的设备。传热元件heatexchangerelement热交换器中直接参与热量传递的零部件。注：本文件中性能指热交换器及传热元件的传热与流动方面的功能特性，以及空冷式热交换器的噪声特性。2工业现场在用热交换器的性能确定。4符号和单位表1列出的符号和单位适用于本文件。符号A传热面积m²质量定压热容d当量直径m总传热系数比较误差无因次量压力降比较误差无因次量欧拉数无因次量h焓I电流Ak总传热系数W/(m²·K)努赛尔数无因次量普朗特数无因次量p压力MPaq热流密度W/m²质量流量体积流量m³/s流体在特征传热通道内的雷诺数无因次量污垢热阻S流道截面积m²t温度℃U电压Vu流体在特征传热通道内的平均流速x干度无因次量α对流传热系数W/(m²·K)压力降Pa或kPa3表1符号(续)壁面过热度℃大温差端的流体温差℃小温差端的流体温差℃对数平均温差℃△更热平衡相对误差无因次量P密度kg/m³r汽化潜热φ热流量W平均热流量Wa下角标，表示空气b下角标，表示池沸腾传热下角标，分别表示冷、热流体下角标，分别表示计算、标定实测下角标，分别表示液相、壁面P下角标，表示预蒸发器S下角标，表示蒸汽下角标，分别表示流体进、出口5测试方法5.1测试系统5.1.1液-液无相变性能测试系统冷、热流体经过被测试热交换器进行换热后，热流体经加热器升温至要求的温度，冷流体经冷却器降温至要求的温度，如此循环使用。热、冷流体分别流经热交换器试件的热侧、冷侧，按测试要求进行分配。测试系统见图1。4名称图例泵流量计名称图例泵流量计调节阀1名称图例闸阀减压阀疏水阀标引说明：1——冷却设备；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；a——温度测点；b——压力测点；c——蒸汽入口；d——冷却水入口。图1液-液无相变性能测试系统示意图5.1.2汽-液冷凝性能测试系统蒸汽、液体经过被测试冷凝器换热后，冷凝液应进一步过冷，以便准确计量，冷流体经冷却器降温至要求的温度，如此循环使用。蒸汽、液体分别流经冷凝器试件的热侧、冷侧，按测试要求进行分配。测试5名称图例问阀减压阀疏水阀名称图例问阀减压阀疏水阀名称图例流量计调节阀标引说明：1——冷却设备；2——冷却器；3——冷凝器试件；4——分离器；5——过冷器；6——液体储槽；a——温度测点；b——压力测点；c——蒸汽入口；d——冷却水入口。图2汽-液冷凝性能测试系统示意图5.1.3汽-液流动沸腾与蒸发性能测试系统蒸汽1经预加热器与冷流体进行换热后进一步冷却，以便准确计量冷凝流量，蒸汽2经蒸发器冷凝换热后进一步过冷，以便准确计量冷凝流量；冷侧流体经预加热器被加热至所要求的温度或干度后，流经蒸发器进一步加热，再经冷却器降温至过冷。蒸汽、液体分别流经蒸发器试件的热侧、冷侧，按测试要求进行调节分配。测试系统见图3。6名称图例流量计调节阀名称图例流量计调节阀CC名称图例间阀减压阀疏水阀标引说明：1——冷却设备；2——冷却器；3——预加热器；4——蒸发器试件；5——分离器；6——过冷器；7——液体储槽；a——温度测点；b——压力测点；c——蒸汽入口；d——冷却水入口。图3汽-液流动沸腾与蒸发性能测试系统示意图5.1.4池沸腾传热性能测试系统试验腔中液体被传热元件加热至沸腾，蒸汽应过冷后计量。传热元件可采用电、蒸汽、导热油等多种方式进行加热，选取的加热方式应使加热量便于计算，并尽量使传热元件外壁温度保持均匀。测试系统见图4。7标引说明：1——冷却器；2——冷凝液计量装置；3——试验腔；4——试件；a——温度测点；b——压力测点。图4池沸腾传热性能测试系统示意图5.2测量仪表5.2.1实验室性能测试流量、温度、压力(差)各参数的测量仪表准确度等级不应低于表2的规定。表2测量仪表准确度等级测量项目流量温度压力压差准确度等级(或最大允许误差)0.5级0.2级0.2级5.2.2称重仪表准确度等级应为GB/T7724规定的高级及以上。5.2.3仪表测量范围上限应为所测参数的1.5倍～2.0倍。5.2.4测试仪表应在计量检定或校准有效期内使用。5.3测量方法5.3.1流量测量5.3.1.1实验室测试液侧体积流量的传感器宜采用接触式流量传感器，且应安装在直管段上，其上游直管段长度不应小于20倍管径，下游直管段长度不应小于15倍管径，若直管段长度不够时，应加装整流器。在流量传感器的上游直管段起端应安装过滤器。5.3.1.2实验室测试蒸汽侧流量可采用蒸汽流量计计量，或采用称重法计量蒸汽冷凝液。采用称重法计量冷凝液时，注水时间不应小于45s。5.3.2温度测量5.3.2.1实验室测试流体温度宜选用接触式测温元件。5.3.2.2测温元件的感温点应位于管道中心，其插入深度L应符合测温元件使用说明书的规定。85.3.2.3测温元件的安装应符合图5～图8的规定，当管道公称直径大于80mm时，按图5安装；当管道公称直径小于或等于80mm时，按图6～图8安装。5.3.2.4测温元件安装位置应在不影响压力(差)测量情况下接近试件。标引符号说明：L——插入深度。图5垂直安装标引符号说明：L——插入深度。图6倾斜安装标引符号说明：L——插入深度。图7管道弯头处安装9标引符号说明：L——插入深度。图8扩管处安装5.3.3压力(差)测量5.3.3.1热交换器及传热元件流动压差宜选用压差变送器直接测量。5.3.3.2静压测孔应设置在距上游任何扰动区(弯管、变径、阀门等)至少5倍管径处，距下游扰动区至少2倍管径处。静压测孔应与管壁面垂直，如图9所示。静压测孔直径应不大于4mm且不小于2mm,静压测孔长度不应小于2倍静压测孔直径。标引符号说明：L——静压测孔长度；d——静压测孔直径。图9静压测孔示意图5.3.3.3对于液相流体，测量时应排尽压力(差)变送器引压管内的气体。5.4测量参数与原始数据5.4.1液-液无相变性能测试的测量参数与原始数据应包括下列内容：c)冷、热流体的进口与出口压力，或进口压力与进出口压力降。5.4.2汽-液冷凝性能测试的测量参数与原始数据应包括下列内容：a)蒸汽及冷流体的流量；b)蒸汽进口温度，冷凝液出口温度及冷流体的进、出口温度；c)蒸汽、冷流体的进口与出口压力，或进口压力与进出口压力降。5.4.3汽-液流动沸腾与蒸发性能测试的测量参数与原始数据应包括下列内容：a)预加热器冷流体的流量；b)预加热器热流体的流量、冷凝液量、计量时间；d)预加热器冷、热流体的进口与出口压力，或进口压力与进出口压力降；e)流动沸腾与蒸发用热交换器冷流体的流量；f)流动沸腾与蒸发用热交换器热流体的流量、冷凝液量、计量时间；g)流动沸腾与蒸发用热交换器冷、热流体的进、出口温度；h)流动沸腾与蒸发用热交换器冷、热流体的进口压力及进出口压力降。5.4.4池沸腾传热性能测试的测量参数与原始数据应包括下列内容：a)冷流体的冷凝液量、计量时间；b)试验腔液体的温度；c)试验腔气体的温度、压力；d)测试样件电加热电流、电压或其他加热方式相关参数；e)测试样件外壁面温度。5.5工业标定热交换器工业标定应按附录A进行。6数据处理6.1数据计算6.1.1液-液无相变性能测试数据的计算应按表3进行。表3液-液无相变性能测试数据计算1冷流体流速u=qo,e/S.2热流体流速uh=qw.h/Sh3冷流体热流量4热流体热流量5热平衡相对误差△φ=|2(₁—φ)/(φn+φ)|×100%6对数平均温差△tm=(△t₁-△t₂)/ln(△t₁/△t₂)7总传热系数kk=(φ+φc)/(2A△lm)6.1.2汽-液冷凝性能测试数据的计算应按表4进行。表4汽-液冷凝性能测试数据计算1冷流体侧流速u=q,e/Sc2蒸汽侧流速u,=qo,/S,3蒸汽侧热流量φ、=qm,sr或φ、=qm,ir4冷流体侧热流量更。5热平衡相对误差△φ=|(φ,-φ)/φ.|×100%6对数平均温差△tm=(△t₁-△t₂)/ln(△t₁/△t₂)7总传热系数kk=φ。/(A△tm)6.1.3汽-液流动沸腾与蒸发性能测试数据的计算应按表5进行。表5汽-液流动沸腾与蒸发性能测试数据计算1冷流体侧流速2蒸汽侧流速u,=q….s/S,3预加热器蒸汽侧流速uspusp=Qw,sp/Ssp4蒸汽侧热流量φ,=qm.sr或φ。=qm,ir5预加热器蒸汽侧热流量φp=qm,pr或φp=qm,ir6对数平均温差△tm=(△t₁—△t₂)/ln(△t₁/△t₂)7总传热系数kk=φ,/(A△tm)6.1.4池沸腾传热性能测试数据的计算应按表6进行。表6池沸腾传热性能测试数据计算序号符号1冷流体侧热流量2热流体侧热流量φn=UI或φn=qm.hr3热平衡相对误差△Φ=|(Φn-Φ)/φn|×100%或△φ=|2(φn-)/(φ+φ)|×100%4温差(壁面过热度)5热流密度q6池沸腾表面传热系数αh=φn/(A△t)或αu=(φn+φ)/(2A△t)6.2性能确定6.2.1液-液无相变性能测试6.2.1.1液-液无相变性能测试应确定下列传热性能：a)确定不同流速(u)下的总传热系数(k);b)建立努塞尔数(Nu)与雷诺数(Re)、普朗特数(Pr)间的准则关系式。6.2.1.2液-液无相变性能测试应确定下列流动性能：a)确定不同流速(u)下的压力降(△p);b)建立欧拉数(Eu)与雷诺数(Re)间的准则关系式。6.2.2汽-液冷凝性能测试6.2.2.1汽-液冷凝性能测试应确定下列传热性能：a)确定不同流速(u)或雷诺数(Re)下的总传热系数(k);b)建立冷凝对流传热系数(α)与流速(u)或雷诺数(Re)间的关系式。6.2.2.2汽-液冷凝性能测试应确定如下流动性能：a)确定不同流速(u)或雷诺数(Re)下的汽侧与液侧压力降(△p);b)分别建立汽侧、液侧压力降(△p)与流速(u)或雷诺数(Re)间的关系式。6.2.3汽-液流动沸腾与蒸发性能测试6.2.3.1汽-液流动沸腾与蒸发性能测试应确定下列传热性能：a)确定不同干度(x)、压力(p)与流速(u)或雷诺数(Re)下的总传热系数(k);b)建立流动沸腾传热系数(a)与干度(x)、压力(p)、流速(u)或雷诺数(Re)等参数间的关系式。6.2.3.2汽-液流动沸腾与蒸发性能测试应确定下列流动性能：a)确定不同干度(x)、压力(p)与流速(u)或雷诺数(Re)下两侧的压力降(△p);b)分别建立两侧压力降(△p)与干度(x)、压力(p)、流速(u)或雷诺数(Re)等参数间的关系式。6.2.4池沸腾传热性能测试池沸腾传热性能测试应确定下列传热性能：a)确定不同壁面过热度(△t)下的热流密度(q);b)确定不同壁面过热度(△t)下的池沸腾表面传热系数(αp)。6.3不确定度在下列情况下，测试机构宜参照附录B,在检测报告中给出传热系数、压力降等测试结果的不确定度：a)当测量不确定度与检测结果的有效性或应用有关时；b)当客户要求时；c)当测量不确定度影响与规范限度的符合性时。7测试报告测试报告及报告附录应至少包括下列内容：a)本文件编号及名称；b)委托单位信息；c)测试单位信息；d)委托方提供测试产品技术数据；e)测试目的和要求；f)测试系统及方法g)测试仪表及精度；h)测试环境(如当地大气压、环境温度、环境湿度);i)测试介质，热物理性质可参考附录C;j)测试说明；k)测试结果；1)测试流程图；m)测试结果表；n)测试数据表；p)委托方对测试产品技术数据真实性的声明；q)测试单位对测试数据及测试结果真实性的声明。(规范性)热交换器工业标定A.1测试方法表A.1测量仪器仪表准确度等级或允许误差测量项目仪器仪表名称准确度等级或允许误差压力标准压力表0.4级压力变送器0.5级压力数显表1.0级气压计压力差微压差计1.0级温度温度传感器0.5级温度变送器0.5级温度数显表1.0级湿度湿度传感器湿度显示仪流量流量传感器0.5级流量积算仪1.0级流量数显表1.0级风速数字风速仪1.5级动压管(毕托管、笛形管)1.5级冷凝液量体积计量仪器1.5级重量计量仪器1.5级液位液位计1.0级A.1.1.2仪表量程应按所测参数的1.5倍～2.0倍选取。A.1.1.3测试用的流量、温度、压力(差)测量仪表应在计量检定/校准有效期内使用。A.1.2测量方法A.1.2.1常规热交换器常规热交换器的流量、温度、压力(差)等参数的测量按5.3进行。注：常规热交换器是指除空冷式热交换器外的热交换器。A.1.2.2.1空冷式热交换器(以下简称空冷器)的工艺介质侧流量、温度、压力(差)测量按5.3的规定A.1.2.2.2引风式空冷器空气迎面风速应在管(板)束入口处测量，而鼓风式空冷器空气迎面风速应在管(板)束出口处测量。200mm,且应均匀布点取其平均值。A.1.2.2.4引风式空冷器风机的全风压应在管(板)束出口处测量，鼓风式空冷器风机的全风压应在管(板)束入口处测量，且应均匀布点取其平均值。A.1.2.2.5干式空冷器管(板)束进、出口空气温度应分别测量管(板)束进、出口空气干球温度。进口空气温度在进口平面处，且没有空气流动处(环境温度)测量，应取2个～3个点。出口空气温度在管(板)束空气出口处，且距管(板)束150mm～200mm处测量，出口空气温度按管(板)束每4m²~5m²面积度及相对湿度。测量方法同A.1.2.2.5。A.1.2.2.7湿式空冷器循环冷却水流量测量按5.3的规定进行。A.1.2.2.9湿式空冷器循环冷却水温度的测量应按5.3的规定进行。A.1.3测量参数与原始数据c)冷、热介质的进出口压力及压力降。A.1.3.2空冷器工业标定的测量参数与原始数据应包括下列内容：a)热介质的流量；b)热介质的进出口温度；c)热介质的进出口压力及压力降；d)空气的进出口干球温度；e)空气的进出口湿球温度(湿式空冷器);f)空气的进出口相对湿度(湿式空冷器);g)空气的进出口风速；h)管(板)束的压力降；i)风机的全风压；j)风机轴的转速；k)风机电动机的频率；1)风机电动机的功率；m)水泵电动机的功率(湿式空冷器);n)循环冷却水的流量(湿式空冷器);o)循环冷却水的耗水量(湿式空冷器);p)循环冷却水的温度(湿式空冷器)。A.2数据处理A.2.1常规热交换器的数据计算常规热交换器工业标定的数据计算应按6.1进行。A.2.2空冷器的数据计算A.2.2.1干式空冷器气-液无相变换热测试数据的确定与计算按表A.2进行。表A.2干式空冷器气-液无相变换热数据计算序号1空气迎面风速uaua=qua/S₄2热流体流速uh=qu,h/Sh3空气侧热流量①=qm,aCp,a(ta,2-ta,i)4热流体侧热流量n=qm,hCp,h(th.1—th.2)5热平衡相对误差6总传热系数kk=(φn+φa)/(2A△tm)1空气迎面风速ua=qo,a/S₄2热流体流速un=qo,h/Sh3空气侧热流量φ4热流体侧热流量5热平衡相对误差6总传热系数kk=φ。/(A△tm)A.2.2.3湿式空冷器气-液无相变换热测试数据的确定与计算按表A.4进行。表A.4湿式空冷器气-液无相变换热数据计算1空气迎面风速ua=qoa/S₄2热流体流速un=qw.h/Sh3湿空气侧热流量4热流体侧热流量5热平衡相对误差6总传热系数kk=(φ+φ。)/(2A△tm)A.2.2.4湿式空冷器气-液有相变换热测试数据的确定与计算按表A.5进行。表A.5湿式空冷器气-液有相变换热数据计算1空气迎面风速ua=qoa/S₄2热流体流速uh=qw.h/Sh3湿空气侧热流量4热流体侧热流量5热平衡相对误差△更△φ=|(φn-φa)/φa|×1006总传热系数kk=φa/(A△lm)A.2.3标定考核内容A.2.3.1标定值与设计值对比标定值与设计值的对比应包含下列内容：a)总传热系数；c)冷流体进、出口温度；f)循环冷却水消耗量(湿式空冷器);h)热力学特征值；i)对数平均温差；j)换热面积；k)平均温差校正系数。A.2.3.2标定值与计算值对比标定值与计算值对比按下列规定进行。a)当考虑不同垢阻在内时，总传热系数(k)标定值与计算值对比宜按表A.6进行，其中，总传热系数的比较误差(dk)应按公式(A.1)计算，且比较误差(dk)的最小值不应大于10%。表A.6总传热系数标定值与计算值对比数据点123456R₁/(m²·K/W)b)压力降(△p)标定值与计算值的对比应按公式(A.2)计算，且比较点不应少于4点，比较误差[d(△p)]不应大于10%:c)当标定的工艺条件与原设计的工艺条件相差较大，不便直接对比总传热系数和压力降的数值时，可用热力学特征值(k/△p)加以比较。A.2.3.3冷热物流热平衡相对误差分析冷热物流热平衡相对误差分析按下列规定进行。a)冷热物流热平衡相对误差分析应按表A.7的规定进行。表A.7热平衡相对误差分析热平衡相对误差/%数据组数百分比累计百分比△φ≤33<△Φ≤55<△Φ≤88<△φ≤1010<△Φ≤15b)为校验准则关联式的准确性，热平衡相对误差不大于8%的数据组数应为总有效数据组数的80%及以上。A.3标定报告标定报告应至少包括下列内容：a)本文件编号及名称；b)委托方；c)测试方；d)热交换器技术数据；e)工艺设计条件；f)标定目的和要求；g)测试流程；h)测量仪表及方法；i)标定考核内容；j)标定考核