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日特种设备安全技术规范 TSG 20XX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
2、 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
3、 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
4、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 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
5、 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 特种设备安全技术规范 TSG 目 录1 总则（1）2 通用要求（3）3 能效测试与评价报告（4）4 附则（5）附件 A（6）特种设备安全技术规范 TSG20XX- 1 -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
6、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 27698.3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
7、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空冷式热交换器 ；(12) NB/T 47045钎焊板式热交换器 ；TSG 20xx 特种设备安全技术规范 - 2 -(13) NB/T 47048螺旋板式热交换器 。1.4 术语和定义
8、GB/T 27698 中界定的以及下列术语、符号和定义适用于本规则。1.4.1 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。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
9、参考温度。1.4.6 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/m3特种设备安全技术规范 TSG20XX- 3 -Pr 普
10、 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 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 K t2 小 温 差 端 的 流 体 温 差 K tm 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
11、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
12、 内 使 用 。TSG 20xx 特种设备安全技术规范 - 4 -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
13、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) 设计文件（含工艺计算） ；(8) 测量参数与测点布置图（冷、热两
14、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；特种设备安全技术规范 TSG20XX- 5 -(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。 TSG 20xx 特种设备安全技术规范 - 6 -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
15、交换器进行能效测试时应明确产品型号及以下参数：(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
16、体进口温度通过加热器调整至600.5，热交换器的冷流体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。特种设备安全技术规范 TSG20XX- 7 -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
17、0.5m/s 左右，另一侧流体的流速应从 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 ）11-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TSG 20xx 特种设备安全技术规范 - 8 -(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
18、%；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 uc uc= qvc /Sc2 热 流 体 流 速 uh uh= qvh /Sh3 冷 、 热 流 体 进 口
19、 温 度 比 =（ tc1+273.15） /(th1+273.15)4 效 能 =(tc2 tc1) /(th1 tc1)3 冷 流 体 热 流 量 c c= qmccpc (tc2 tc1)4 热 流 体 热 流 量 h h= qmh cph (th1 th2)5 热 平 衡 条 件 =( h c) / c 100%6 对 数 平 均 温 差 tm tm = ( t1 t2) / ln( t1/ t2)7 测 试 总 传 热 系 数 kexp kexp = ( h+ c) / (2A tm)8 热 流 体 努 赛 尔 数 Nuh Nuh CRe nPr 0.39 冷 流 体 努 赛 尔 数
20、 Nuc Nuc CRecnPrc0.410 欧 拉 数 Eu Eu CRen11 对 流 换 热 系 数 =（ Nu / de）12 计 算 总 传 热 系 数 kcal kcal =1/( 1/ h+ / +1/ c)13 计 算 压 力 降 pcal pcal=Eu u2特种设备安全技术规范 TSG20XX- 9 -A3.7 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
21、求进行计算，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 =c pccal/lc+ h phcal/lh， Pam-1kcal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
22、 EEI 备注一级 EEI227 高效产品二级 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。TSG 20xx 特种设备安全技术规范 - 10 -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）特种设备安全技术规范 TSG20XX- 11 -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。
23、. 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： 传 真： TSG 特种设备安全技术规范 - 12 -能效测试与评价报告No. 第 页 共 页产品名称 规格型号名称 到样日期委托单位 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
24、 在 0.5m/s 时 ：总 传 热 系 数 ： k = W/(m2K)压 力 降 ： ph = kPa pc = kPa测 试 结 果测 试 人 员 （ 签 字 ） ： 负 责 人 （ 签 字 ） ：日 期 ： 年 月 日能 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 结 果评 价 人 员 （ 签 字 ） ： 负 责 人 （ 签 字 ） ：日 期 ： 年 月 日批 准 ： 审 核 ： 编 制 ： 特种设备安全技术规范 TSG20XX- 13 -No. 第 页 共 页1. 测 试 产 品 技 术 数 据名 称 单
25、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
26、 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 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
27、 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TSG 特种设备安全技术规范 - 14 -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4.2.1 准 则 数 关 联 式Nuh CRe nPr 0.3( Re )Nuc CRecnPrc0.4( Rec )Euh CRe n ( Re )Euc CRecn ( Rec )4.2.2 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
28、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4.3.1 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。特种设备安全技术规范 TSGxxxxxxxx表 A 板式热交换器测试数据No. 第 页 共 页热流体 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 冷流体板间流速 板间流速 流量 流量 进口
29、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 热流量热平衡误差 总传热系数uh uc qvh qvc th1 th2 tc1 tc2 ph pc Reh Rec t m h c k序号m/s m/s m3/h m3/h kPa kPa w w % w/(m2K)1 0.1 0.12 0.2 0.23 0.3 0.34 0.4 0.45 0.5 0.56 0.6 0.67 0.7 0.78 0.8 0.89 0.9 0.910 1.0 1.011 0.9 0.912 0.8 0.813 0.7 0.7-15-TSGxxxxxxxx特种设备安全技术规范 表 A 板式
30、热交换器测试数据(续)No. 第 页 共 页热流体 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 热流量热平衡误差 总传热系数uh uc qvh qvc th1 th2 tc1 tc2 ph pc Reh Rec t m h c k序号m/s m/s m3/h m3/h kPa kPa w w % w/(m2K)14 0.6 0.615 0.5 0.516 0.4 0.417 0.3 0.318 0.2 0.219
31、0.1 0.1-16-特种设备安全技术规范 TSGxxxxxxxx表 A 板式热交换器测试数据(续)No. 第 页 共 页热流体 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 热流量热平衡误差 总传热系数uh uc qvh qvc th1 th2 tc1 tc2 ph pc Reh Rec t m h c k序号m/s m/s m3/h m3/h kPa kPa w w % w/(m2K)1 0.5 0.12 0.5
32、 0.23 0.5 0.34 0.5 0.45 0.5 0.56 0.5 0.67 0.5 0.78 0.5 0.89 0.5 0.910 0.5 1.011 0.5 0.912 0.5 0.813 0.5 0.7-17-TSGxxxxxxxx特种设备安全技术规范 表 A 板式热交换器测试数据(续)No. 第 页 共 页热流体 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 热流量热平衡误差 总传热系数uh uc qvh qvc th1 th2 tc1 tc2 ph pc Reh Rec t m h c k序号m/s m/s m3/h m3/h kPa kPa w w % w/(m2K)14 0.5 0.615 0.5 0.519 0.5 0.417 0.5 0.318 0.5 0.219 0.5 0.1-18-特种设备安全技术规范 TSGxxxxxxxx-19-TSGxxxxxxxx特种设备安全技术规范 -20-
