板式换热器液相介质压降测试系统及其测试方法与流程

本发明属于换热器性能分析与测试控制技术领域，具体涉及一种板式换热器液相介质压降测试系统及其测试方法。

背景技术：

板式换热器内液相介质流动阻力引起的压降，是判别其运行经济效果的一个重要因素。板式换热器压降测试工作为换热器新产品的开发和现有产品在工艺流程中动力需求的确定，提供可靠的数据支撑。随着大型板式换热器在核电领域的广泛应用，板片尺寸越来越大，板片越来越薄，在实际测试过程中板片微变形问题对测试结果带来较大影响。

目前，板式换热器液相介质流动阻力的测试系统主要是依照标准《JB/T10379》中如图1所示的“液-液测定系统”建立。该系统主要用于板式换热器热工性能测试，同时也可进行压降性能测试。板式换热器热、冷两侧介质接口分别接入相应独立系统管路，彼此无干扰。具体说来，图1中的板式换热器d的冷介质出口通过管道依次连接冷却器c、冷却塔b以及液体贮槽a，最后通过冷介质泵与冷介质进口相连而构成冷介质回路；图1中的板式换热器d的热介质出口通过管道依次连接液体贮槽、热介质泵，最后通过加热器e与热介质入口相连而构成热介质回路。图1中的冷介质回路和热介质回路为两个彼此不相联接的独立的管路系统。

但是对于仅有压降测试需求的使用方而言，该类测试系统因包含温度控制模块，工艺相对复杂，投资成本高，占地面积广；且在实际测试过程中，因标准未明确压降测试方案，存在两侧工质先后顺序流入板式换热器、板式换热器两侧流道进口压力差较大等情况，造成换热板片受压微变形，这对板式换热器压降测试结果带来了不可忽视的影响。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的之一是提供了一种板式换热器液相介质压降测试系统，本测试系统在满足压降测试工艺要求的前提下，能够有效地改善板片变形因素对测量结果的影响，同时节约投资成本。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种板式换热器液相介质压降测试系统，包括罐箱和板式换热器，所述罐箱和板式换热器之间设置有连接彼此的第一循环进液测试管段、第一循环出液测试管段以及第二循环进液测试管段、第二循环出液测试管段，所述第一循环进液测试管段、第一循环出液测试管段构成第一循环回路，所述第二循环进液测试管段、第二循环出液测试管段构成第二循环回路；

所述第一循环进液测试管段和第二循环进液测试管段上均设置有工质输送模块和流量调节模块；

所述第一循环进液测试管段、第一循环出液测试管段、第二循环进液测试管段、第二循环出液测试管段与板式换热器的连接处均设置有压力测量模块；

本测试系统还在第一循环回路和第二循环回路各自的至少一个测试管段上设置有排气模块。

优选的，所述第一循环进液测试管段和第二循环进液测试管段的管径以及管路长度对应相等，第一循环出液测试管段、第二循环出液测试管段的管径以及管路长度对应相等；工质输送模块和流量调节模块在第一循环进液测试管段和第二循环进液测试管段上的安装位置对应相同，对应部件的型号对应相同。

优选的，所述工质输送模块为设置在第一循环进液测试管段上的第一变频泵以及设置在第二循环进液测试管段上的第二变频泵。

进一步优选的，所述流量调节模块为设置在第一循环进液测试管段上的自罐箱至板式换热器顺序排布的第一流量计和第一调节阀，以及为设置在第二循环进液测试管段上的自罐箱至板式换热器顺序排布的第二流量计和第二调节阀；所述第一变频泵设置在罐箱与第一流量计之间的第一循环进液测试管段上，所述第二变频泵设置在罐箱与第二流量计之间的第二循环进液测试管段上。

优选的，所述压力测量模块为压力变送器。

优选的，所述排气模块为设置在第一循环出液测试管段上的第一排气阀，以及设置在第二循环出液测试管段上的第二排气阀，所述第一排气阀在第一循环出液测试管段和第二排气阀在第二循环出液测试管段上的安装位置对应相同。

进一步优选的，本测试系统还包括压力平衡模块，所述压力平衡模块包括连接第一循环进液测试管段和第二循环进液测试管段的压力平衡管，所述压力平衡管与第一循环进液测试管段的连接处设置在第一循环进液测试管段上的压力测量模块与第一调节阀之间，所述压力平衡管与第二循环进液测试管段的连接处设置在第二循环进液测试管段上的压力测量模块与第二调节阀之间；所述压力平衡管在靠近第一循环进液测试管段的管身上设置有第一平衡阀，所述压力平衡管在靠近第二循环进液测试管段的管身上设置有第二平衡阀。

本发明的目的之二提供一种采用上述测试系统的测试方法，测试方法共有三个技术方案，分别如下：

第一个技术方案：一种采用前述板式换热器液相介质压降测试系统的测试方法，板式换热器的与第一循环回路和第二循环回路分别相连通的两个通道中的工质为等流速流动，本测试方法包括如下步骤：

S1，首先打开第一循环回路和第二循环回路上的切断阀门，启动第一变频泵和第二变频泵，全开第一调节阀和第二调节阀，打开第一排气阀、第二排气阀，待排尽管路中的不凝气后，关闭第一排气阀、第二排气阀；

S2、采集第一流量计和第二流量计的流量信号，调节第一变频泵、第二变频泵功率，待管路中流量稳定后，根据板式换热器两侧通道流量要求，依据第一流量计流量信号改变第一调节阀开度，依据第二流量计流量信号改变第二调节阀开度，以满足两循环回路中的工况流量要求；

S3、试验工况稳定后，通过PLC数据采集控制器记录四个压力变送器测量得到的板式换热器热侧进口压力Phi、板式换热器热侧出口压力Pho、板式换热器冷侧进口压力Pci、板式换热器冷侧出口压力Pco；板式换热器压降特性分别由压力Phi、压力Pho、压力Pci、压力Pco计算得出；

步骤S1、S2中，所述第一变频泵和第二变频泵启动及两循环回路中的流量调节要同步进行。

第二个技术方案：一种采用前述板式换热器液相介质压降测试系统的测试方法，板式换热器与两个循环回路中的一个回路相连通的通道即流动侧通道中的工质处于流动状态，板式换热器与另一个回路相连通的通道即充液保压侧通道中充满工质且工质不流动，板式换热器的流动侧通道与充液保压侧通道中的工质液压相同；

本测试方法在测试系统中设置有压力平衡模块，所述压力平衡模块包括连接第一循环进液测试管段和第二循环进液测试管段的压力平衡管，所述压力平衡管与第一循环进液测试管段的连接处设置在第一循环进液测试管段上的压力测量模块与第一调节阀之间，所述压力平衡管与第二循环进液测试管段的连接处设置在第二循环进液测试管段上的压力测量模块与第二调节阀之间；所述压力平衡管在靠近第一循环进液测试管段的管身上设置有第一平衡阀，所述压力平衡管在靠近第二循环进液测试管段的管身上设置有第二平衡阀。

本测试方法包括如下步骤：

S1、打开与流动侧通道相连通的循环回路上的切断阀门，使与充液保压侧通道相连通的循环回路上的切断阀门保持关闭状态，全开与流动侧通道相连通的循环回路上的调节阀，打开第一平衡阀和第二平衡阀，使板式换热器中的流动侧通道与充液保压侧通道相连通；启动与流动侧通道相连通的循环回路上的变频泵，打开此循环回路上的排气阀，待排尽此循环回路中的不凝气后，关闭此循环回路上的排气阀；

S2、采集与流动侧通道相连通的循环回路上的流量计的流量信号，调节此循环回路上的变频泵功率，待此循环回路中的工质流量稳定后，根据板式换热器单侧通道流量要求，依据与流动侧通道相连通的循环回路上的流量计的流量信号改变此循环回路上的调节阀开度，以满足该侧工况流量要求；

S3、试验工况稳定后，通过PLC数据采集控制器记录四个压力变送器测量得到的板式换热器热侧进口压力Phi、板式换热器热侧出口压力Pho、板式换热器冷侧进口压力Pci、板式换热器冷侧出口压力Pco；板式换热器压降特性分别由压力Phi、压力Pho、压力Pci、压力Pco计算得出；

第三个技术方案：一种采用前述板式换热器液相介质压降测试系统的测试方法，板式换热器与两个循环回路中的一个回路相连通的通道即流动侧通道中的工质处于流动状态，板式换热器的另一个通道即空液常压侧通道与大气相通；本测试方法包括如下步骤：

S1、打开与流动侧通道相连通的循环回路上的切断阀门，全开与流动侧通道相连通的循环回路上的调节阀；启动与流动侧通道相连通的循环回路上的变频泵，打开此循环回路上的排气阀，待排尽此循环回路中的不凝气后，关闭此循环回路上的排气阀；

关闭与板式换热器(20)的空液常压侧通道相连通的循环回路上的切断阀门，并使板式换热器(20)的空液常压侧通道与相对应连接的循环回路断开，使板式换热器(20)的空液常压侧通道与大气相连通并保持无液状态；或者，打开与空液常压侧通道相连通的循环回路上的排气阀，关闭板式换热器(20)的空液常压侧通道与罐箱(1)相连通的其他阀门，使板式换热器(20)的空液常压侧通道通过排气阀与大气相连通并保持无液状态；

S2、采集与流动侧通道相连通的循环回路上的流量计的流量信号，调节此循环回路上的变频泵功率，待此循环回路中的工质流量稳定后，根据板式换热器单侧通道流量要求，依据与流动侧通道相连通的循环回路上的流量计的流量信号改变此循环回路上的调节阀开度，以满足该侧工况流量要求；

S3、试验工况稳定后，通过PLC数据采集控制器记录四个压力变送器测量得到的板式换热器热侧进口压力Phi、板式换热器热侧出口压力Pho、板式换热器冷侧进口压力Pci、板式换热器冷侧出口压力Pco；板式换热器压降特性分别由压力Phi、压力Pho、压力Pci、压力Pco计算得出。

本发明的有益效果在于：

1)本发明中的测试系统仅针对板式换热器液相介质压降测试要求而建立，结构相对简单，只需要配置一处罐箱，而不需要额外配置温度控制系统，大大节约了不必要的投资。

2)本发明中的测试系统，将第一循环进液测试管段和第二循环进液测试管段的管路口径以及管路长度对应相等，第一循环出液测试管段和第二循环出液测试管段的管路口径以及管路长度也对应相等，即两个循环回路在相应位置处的管路口径一致，沿程管路一致；本测试系统并使两个循环回路中的压力变送器、流量计、调节阀、开关阀及变频泵等部件选型一致，且两个循环回路中的相对应部件的安装位置一致。从而，当操作人员使用本测试系统进行板式换热器液相介质压降测试时，工质自同一处罐箱流出，管程与沿程阻力一致，保证了板式换热器两侧通道中的工质物性一致，且避免了静水头压力差异对测试结果的影响。

3)本发明中设置有流量调节模块和压力平衡模块，保证了板式换热器热、冷两侧通道的流量、进口压力可控，并确保了三种测试方案的可实现性。在板式换热器两侧通道工质等流速测试方案以及板式换热器的一侧通道流动、另一侧通道充液等压测试方案中，由于两个循环回路管程的一致性，以及在PLC数据采集控制器的控制下两个变频泵动作的同步性，工质同时进入板式换热器的热、冷两侧通道，且两侧通道的进口压力相同或者相近，从而大大削减了因工质进入两侧通道先后顺序及两侧通道的压差大所引起的板片变形因素对测试结果的影响。

与测试系统相配套的三种不同测试方案，令板式换热器液相介质压降测试结果对工况实际更具有指导性，三组测试方案的测试数据的对比也从侧面反映了换热板片的性能。

附图说明

图1为现有技术中的液-液测定系统的结构示意图。

图2为本发明中的板式换热器液相介质压降测试系统的结构示意图。

图中标记符号的含义如下：

a-液体贮槽 b-冷却塔 c-冷却器 d-板式换热器 e-加热器

1—高位罐箱 2/3—切断阀 4—第一变频泵 5—第二变频泵

6/7—止回阀 8—第一流量计 9—第二流量计

10—第一调节阀 11—第二调节阀 12—第一开关阀

13—第二开关阀 14—第一平衡阀 15—第二平衡阀

16—第一测试管段 17—第二测试管段 20—板式换热器

23—第三测试管段 24—第四测试管段 25—第三开关阀

26—第四开关阀 27—第一排气阀 28—第二排气阀

18/19/21/22—压力变送器

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，一种板式换热器液相介质压降测试系统，包括罐箱1和板式换热器20，所述罐箱1和板式换热器20之间设置有连接彼此的第一循环进液测试管段16、第一循环出液测试管段23以及第二循环进液测试管段17、第二循环出液测试管段24，所述第一循环进液测试管段16、第一循环出液测试管段23构成第一循环回路，所述第二循环进液测试管段17、第二循环出液测试管段24构成第二循环回路。

需要指出的是，第一循环回路和第二循环回路可以选择性的与板式换热器的热侧通道或冷侧通道相连接，即第一循环回路可以与板式换热器的热侧通道或冷侧通道中的任意一个通道相连接，而第二循环回路则与另一个通道相连接。

如图2所示，所述第一循环进液测试管段16和第二循环进液测试管段17上均设置有工质输送模块和流量调节模块；所述工质输送模块为设置在第一循环进液测试管段16上的第一变频泵4以及设置在第二循环进液测试管段17上的第二变频泵5。所述流量调节模块为设置在第一循环进液测试管段16上的自罐箱1至板式换热器20顺序排布的第一流量计8和第一调节阀10，以及为设置在第二循环进液测试管段17上的自罐箱1至板式换热器20顺序排布的第二流量计9和第二调节阀11；所述第一变频泵4设置在罐箱1与第一流量计8之间的第一循环进液测试管段16上，所述第二变频泵5设置在罐箱1与第二流量计9之间的第二循环进液测试管段17上。

如图2所示，所述第一循环进液测试管段16、第一循环出液测试管段23、第二循环进液测试管段17、第二循环出液测试管段24与板式换热器20的连接处均设置有压力测量模块；所述压力测量模块分别为按照如图2所示位置安装的压力变送器18、压力变送器19、压力变送器21以及压力变送器22。

本测试系统还在第一循环回路和第二循环回路各自的至少一个测试管段上设置有排气模块。所述排气模块为设置在第一循环出液测试管段23上的第一排气阀27，以及设置在第二循环出液测试管段24上的第二排气阀28，所述第一排气阀27在第一循环出液测试管段23和第二排气阀28在第二循环出液测试管段24上的安装位置对应相同。当然，第一排气阀27和第二排气阀28应当设置在相对应的测试管段的高位或高点，以便于排除气体。

所述第一循环进液测试管段16和第二循环进液测试管段17的管径以及管路长度对应相等，第一循环出液测试管段23、第二循环出液测试管段24的管径以及管路长度对应相等；工质输送模块和流量调节模块在第一循环进液测试管段16和第二循环进液测试管段17上的安装位置对应相同，对应部件的型号对应相同。第一变频泵4与第二变频泵5、第一流量计8与第二流量计9、第一调节阀10与第二调节阀11、压力变送器18与压力变送器19、压力变送器21与压力变送器22、第一排气阀27与第二排气阀28两两一组且彼此对应，每一组的部件型号以及在相应管道上的安装位置均相同一致，所有部件均与PLC数据采集控制器相连接。

如图2所示，本测试系统还包括压力平衡模块，所述压力平衡模块包括连接第一循环进液测试管段16和第二循环进液测试管段17的压力平衡管，所述压力平衡管与第一循环进液测试管段16的连接处设置在第一循环进液测试管段16上的压力变送器18与第一调节阀10之间，所述压力平衡管与第二循环进液测试管段17的连接处设置在第二循环进液测试管段17上的压力变送器19与第二调节阀11之间；所述压力平衡管在靠近第一循环进液测试管段16的管身上设置有第一平衡阀14，所述压力平衡管在靠近第二循环进液测试管段17的管身上设置有第二平衡阀15。

下面结合附图对本发明中测试系统的三种测试方案进行详细说明。

实施例1

本测试方案中，板式换热器20的与第一循环回路和第二循环回路分别相连通的两个通道(即板式换热器中的热侧通道和冷侧通道)中的工质为等流速流动，本测试方法包括如下步骤：

S1，首先打开切断阀2、切断阀3，打开第一开关阀12、第二开关阀13、第三开关阀25、第四开关阀26，低频启动第一变频泵4，第二变频泵5，全开第一调节阀10、第二调节阀11，随后打开第一排气阀27、第二排气阀28，待排尽管路系统中不凝气后，关闭第一排气阀27、第二排气阀28；此时第一平衡阀14和第二平衡阀15均保持关闭状态；

S2、采集第一流量计8和第二流量计9的流量信号，调节第一变频泵4、第二变频泵5功率，待两个循环管路中的流量稳定后，根据板式换热器两侧通道流量要求，依据第一流量计8流量信号改变第一调节阀10开度，依据第二流量计9流量信号改变第二调节阀11开度，以满足两循环回路中的工况流量要求；

S3、试验工况稳定后，通过PLC数据采集控制器记录压力变送器18、压力变送器19、压力变送器21以及压力变送器22测量得到的板式换热器热侧进口压力Phi、板式换热器热侧出口压力Pho、板式换热器冷侧进口压力Pci、板式换热器冷侧出口压力Pco；板式换热器压降特性分别由压力Phi、压力Pho、压力Pci、压力Pco计算得出，此计算过程属于公知常识，在此不再详述。

需要特别说明的是：本测试方案的步骤S1、S2中，所述第一变频泵4和第二变频泵5启动及两循环回路中的流量调节要同步进行。

实施例2

本测试方案中，板式换热器20与第一循环回路相连通的通道即流动侧通道中的工质处于流动状态，板式换热器20与第二循环回路相连通的通道即充液保压侧通道中充满工质且工质不流动，板式换热器20的流动侧通道与充液保压侧通道中的工质液压相同；

本测试方法包括如下步骤：

S1、打开切断阀2，打开第一开关阀12、第三开关阀25，全开第一调节阀10，打开第一平衡阀14和第二平衡阀15，使板式换热器20中的流动侧通道与充液保压侧通道相连通；低频启动第一变频泵4，随后打开第一排气阀27，待排尽管路系统中不凝气后，关闭排气阀27；在此过程中，使第二循环回路上的切断阀3、第二开关阀13、第四开关阀26保持关闭状态；

S2、采集第一循环回路上的第一流量计8的流量信号，调节第一变频泵4功率，待第一循环回路中的工质流量稳定后，根据板式换热器单侧通道流量要求，依据第一流量计8的流量信号改变第一调节阀10开度，以满足流动侧通道的工况流量要求；

S3、试验工况稳定后，通过PLC数据采集控制器记录压力变送器18、压力变送器19、压力变送器21以及压力变送器22测量得到的板式换热器热侧进口压力Phi、板式换热器热侧出口压力Pho、板式换热器冷侧进口压力Pci、板式换热器冷侧出口压力Pco；板式换热器压降特性分别由压力Phi、压力Pho、压力Pci、压力Pco计算得出。

实施例3

本测试方案中，板式换热器20与第一循环回路相连通的通道即流动侧通道中的工质处于流动状态，板式换热器20与第二循环回路相连通的通道即空液常压侧通道与大气相通；本测试方法包括如下步骤：

S1、打开第一循环回路中的切断阀2，打开第一开关阀12、第三开关阀25，全开第一调节阀10，低频启动第一变频泵4，随后打开第一排气阀27，待排尽管路系统中不凝气后，关闭第一排气阀27；在此过程中，使第二循环回路上的切断阀3、第二开关阀13、第四开关阀26保持关闭状态，并使板式换热器20与第二循环回路相断开，此时板式换热器20的空液常压通道直接与大气相通；同时，使第一平衡阀14和第二平衡阀15也保持关闭状态。

需要说明的是，如果第二排气阀28的安装位置恰好在第二开关阀13与第四开关阀26之间的第二循环回路上，则也可以打开第二排气阀28，使此时板式换热器20的空液常压通道直接与大气相通；

S2、采集第一流量计8的流量信号，调节第一变频泵4功率，待第一循环回路中的流量稳定后，根据板式换热器单侧通道流量要求，依据第一流量计8流量信号改变第一调节阀10开度，以满足流动侧通道的工况流量要求。

S3、试验工况稳定后，通过PLC数据采集控制器记录压力变送器18、压力变送器19、压力变送器21以及压力变送器22测量得到的板式换热器热侧进口压力Phi、板式换热器热侧出口压力Pho、板式换热器冷侧进口压力Pci、板式换热器冷侧出口压力Pco；板式换热器压降特性分别由压力Phi、压力Pho、压力Pci、压力Pco计算得出。