技术领域
[0001] 本
发明属于
热交换器技术领域，特别是涉及一种管壳式换热器能效定量的测 量方法。
背景技术
[0002] 热交换器是热电、石油化工、动
力能源、城市
集中供热、机械轻工等领域中应用十分广泛的
热能交 换设备，通常占设备总投资的30％-40％，在热电厂中甚至能达到整个电厂总投资额的70％左右，因此开 展热交换器能效和节能技术标准的研究对于节能减排，提升
能量利用效率具有重要的意义。
[0003] 管壳式换热器又称列
管式换热器，是以封闭在壳体中
管束的壁面作为换热面 的间壁式换热器。这种换热器具有结构简单、造价低、流通截面较宽、易于清洗
水垢等优点；但
传热系数低、占地面积大。其可用各种结构材料(主要是金属材 料)制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的换热器类型，在当前的工 业体系中扮演着重要的作用。
[0004] 管壳式换热器的主要由壳体、管束、折流板(
挡板)、
管板、管箱、连接法 兰、接管、膨胀节等部件组成。管箱和壳体上装有
流体进、出口接管。沿着管长 方向常常装有一系列垂直于管束的折流板。进行换热时，一种流体由管箱或封头 的进口管进入，通过平行管束的管内，从另一端管箱或封头出口接管流出；另一 种流体则由壳体的接管进入，在壳体与管束间的空隙处流过，而由另一接管流出。 一般以管束的外表面积作为换热面积。
[0005] 能效是能源利用效率的简称。能效(Energy Efficiency Evaluation，简称EEE) 是对耗能设备的能源利用效率或耗能设备在一定时间内的能源消耗等进行检测、 计算，给出所处水平。能效的相关研究可归纳为基于
热力学第一定律的方法和基 于热力学第二定律的方法。基于热力学第一定律的指标有单一性能法，横向比较 法，纵向比较法。这些指标物理概念清晰，在换热器性能对比中得到了较多应用。 基于热力学第二定律的指标有熵方法，炯方法等，反映了交换器工作过程的热力 学完善程度，并能反映热交换器工作过程中能量的合理利用程度。
[0006] 热交换器类型众多、适用工况与热力参数也千变万化。迄今，国内外没有确 定管壳式热交换器或其他类型热交换器能效水平及其等级的相关标准，学术界及 行业界也没有普遍认可的能效标定方法或指标，常用的指标仅能从能量利用的某 一个方面来衡量其热性能，难以比较不同换热器之间或换热器强化传热前后性能 的高低，如果应用以上提到的标定指标或者方法，将导致能效标定结果缺乏实际 意义。
[0007] 在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此 可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的
现有技术的信息。
发明内容
[0008] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种管壳式换热器能效定量的测量 方法，其综合考虑了管壳式换热器的换热能力，流动传热能力以及管侧和壳侧流 动的差异，能够真实地反映管壳式热交换器的能效水平。
[0009] 本发明的目的是通过以下技术方案予以实现：
[0010] 一种管壳式换热器能效定量的测量方法，其包括如下步骤：
[0011] 第一步骤：测量待标定的管壳式换热器在标准工况下的传热性能，以得到标 准状况下的总传热系数k，单位：W·m-2·k-1；
[0012] 第二步骤：测量所述管壳式换热器在标准工况下的流动性能，以得到标准状 况下冷热工质流经换热器所产生的换热器壳侧驱动流体压降Δps、换热器壳侧驱 动流体压降Δpt与相应的换热器壳侧驱动流体消耗
泵功Ws、换热器管侧驱动流体 消耗泵功Wt，其中，压降Δps、Δpt单位：Pa，Ws、Wt单位：W；
[0013] 第三步骤，计算所述管壳式换热器标准工况下的效能 换 热器管侧流体换热量Qt、换热器壳侧流体换热量Qs与总换热量Q，其中， (t′-t″)max为冷流体或热流体在换热器中的实际
温度差值中的大者；t′1-换热器 热流体的进口温度，℃；t′2-换热器冷流体的进口温度，℃，Qs＝qmtcptΔtt， 单位：J；Qt＝qmscpsΔts，单位：J；qms、qmt分别为壳侧和管侧的
质量流量， 单位：kg/s；cps、cpt分别为壳侧和管侧的
比热容，单位：J/(kg·K)；Δts， Δtt分别为壳侧流体温差，管侧流体温差，单位：℃；
[0014] 第四步骤：计算管壳式换热器的能效指标EEI，
[0015]
[0016] 第五步骤中，当能效指标EEI≥c时为高能效等级，当能效指标c＞EEI≥b时 为中等能效水平等级，当能效指标b＞EEI≥a时为较低能效水平等级，当能效指 标EEI＜a时为低能效水平等级，其中，a、b和c为常数。
[0017] 所述的一种管壳式换热器能效定量的测量方法中，所述效能 大于预定值，则判断其换热能力合格，所述效能越大，换热能力越高。
[0018] 所述的一种管壳式换热器能效定量的测量方法中，管壳式换热器壳侧效率为 管 侧 效 率 为 管 侧 效 率 与 壳 侧 效 率 的 乘 积 的值趋于1时，表示只需消耗小的泵功就能得 到大的换
热量，换热器的流动传热能力优秀，所述值趋于0时，代表换热器流动 传热能力差。
[0019] 所述的一种管壳式换热器能效定量的测量方法中，管壳式换热器的保温效率 为[0020] 所述的一种管壳式换热器能效定量的测量方法中，高能效等级占比为25％， 中等能效水平等级占比为45％，较低能效水平等级占比为15％，低能效水平等级 占比为25％。
[0021] 在所述的一种管壳式换热器的能效定量的测量方法中，在理想状态下，即流 动过程无阻力的影响，管侧效率、壳侧效率及保温效率为1。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0023] 本发明通过测量并计算标准工况
下管壳式换热器运行过程中的效能、壳侧效 率、管测效率及保温系数因素，使得所提出指标相较其他通用能效指标具有计算 简单，物理意义清晰等优点，能够更准确地反映管壳式换热器的能效水平。上述 说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明 白，达到本领域技术人员可依照
说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让 本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实 施方式进行举例说明。
附图说明
[0024] 通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和 益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施 方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅 是本发明的一些
实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的 前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025] 在附图中：
[0026] 图1为本发明一个实施例的管壳式换热器能效定量的测量方法的步骤示意 图；
[0027] 图2为本发明一个实施例的管壳式换热器能效定量的测量方法的能效指标 的概率
密度分布曲线及高、中、低能效水平的划分示意图。
[0028] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
[0029] 下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发 明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述 的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且 能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0030] 需要说明的是，在说明书及
权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。 本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本 说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能 上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含” 或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述 为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非 用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0031] 为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进 一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
[0032] 如图1所示的根据本发明的管壳式换热器能效定量的测量方法，一种管壳式 换热器能效定量的测量方法，包括如下步骤：
[0033] 第一步骤S1：测量待标定的管壳式换热器在标准工况下的传热性能，以得 到标准状况下的总传热系数k，单位：W·m-2·k-1；
[0034] 第二步骤S2：测量所述管壳式换热器在标准工况下的流动性能，以得到标 准状况下冷热工质流经换热器所产生的换热器壳侧驱动流体压降Δps、换热器壳 侧驱动流体压降Δpt与相应的换热器壳侧驱动流体消耗泵功Ws、换热器管侧驱动 流体消耗泵功Wt，其中，压降Δps、Δpt单位：Pa，Ws、Wt单位：W；
[0035] 第三步骤S3，计算所述管壳式换热器标准工况下的效能 换 热器管侧流体换热量Qt、换热器壳侧流体换热量Qs与总换热量Q，其中， (t′-t″)max为冷流体或热流体在换热器中的实际温度差值中的大者；t′1-换热 器热流体的进口温度，℃；t′2-换热器冷流体的进口温度，℃，Qs＝qmtcptΔtt， 单位：J；Qt＝qmscpsΔts，单位：J；qms、qmt分别为壳侧和管侧的质量流量， 单位：kg/s；cps、cpt分别为壳侧和管侧的比
热容，单位：J/(kg·K)；Δts，Δtt分别为壳侧流体温差，管侧流体温差，单位：℃；
[0036] 第四步骤S4：计算管壳式换热器的能效指标EEI，
[0037]
[0038] 第五步骤S5中，当能效指标EEI≥c时为高能效等级，当能效指标c＞EEI≥b 时为中等能效水平等级，当能效指标b＞EEI≥a时为较低能效水平等级，当能效 指标EEI＜a时为低能效水平等级，其中，a、b和c为常数。
[0039] 所述的一种管壳式换热器能效定量的测量方法的优选实施方式中，所述效能 大于预定值，则判断其换热能力合格，所述效能越大，换热能力 越高。效能反映管壳式换热器换热能力的大小，其值越大，则换热能力越好。
[0040] 所述的一种管壳式换热器能效定量的测量方法的优选实施方式中，管壳式换 热器壳侧效率为 管侧效率为 管侧效率与壳侧效率 的乘积的值趋于1时，表示只需消耗小的泵功 就能得到大的换
热量，换热器的流动传热能力优秀，所述值趋于0时，代表换热 器流动传热能力差。
[0041] 所述的一种管壳式换热器能效定量的测量方法的优选实施方式中，管侧效率 与壳侧效率的乘积 表示综合考虑管侧和壳侧 的流动时管壳式换热器的效率，其值趋于1时，表示只需消耗较小的泵功就能得 到较大的换热量，此时换热器的流动传热能力越优秀。其值趋于0时，代表换热 器流动传热能力较差。
[0042] 所述的一种管壳式换热器能效定量的测量方法的优选实施方式中， 表征管壳式换热器壳侧与管侧流动的差异性，其值越小，代表管侧与 壳侧流动传热的差异越小。
[0043] 所述的一种管壳式换热器能效定量的测量方法的优选实施方式中，管壳式换 热器的保温效率为 是对于所述方法综合考虑管侧与壳侧流动后的 修正。
[0044] 所述的一种管壳式换热器能效定量的测量方法的优选实施方式中，高能效等 级占比为25％，中等能效水平等级占比为45％，较低能效水平等级占比为15％， 低能效水平等级占比为25％。
[0045] 为了进一步理解本发明，图2为本发明一个实施例的管壳式换热器能效定量 的测量方法的能效指标的概率密度分布曲线及高、中、低能效水平的划分示意图。 当能效指标EEI≥c时为高能效等级，当能效指标c＞EEI≥b时为中等能效水平等 级，当能效指标b＞EEI≥a时为较低能效水平等级，当能效指标EEI＜a时为低能 效水平等级。
[0046] 表1为管壳式换热器能效等级划分示例，在表1中查询被评管壳式换热器 在所有管壳式换热器中所处的能效等级。若EEI处于低能效水平，意味着该管壳 式换热器不宜作为节能高效设备，应逐步淘汰；若EEI处于较低能效水平，意味 着该管壳式换热器的应用应逐渐改善；若EEI处于中等能效水平，意味着该管壳 式换热器可以继续应用；若EEI处于高能效水平，意味着该管壳式换热器宜作为 节能高效设备，应大力推广。
[0047] 表1
[0048]能效等级 能效指标范围 所占整体的百分比
高能效水平 EEI≥c 25％
中等能效水平 c＞EEI≥b 40％
较低能效水平 b＞EEI≥a 10％
低能效水平 a＞EEI 25％
[0049] 本发明所述的一种管壳式换热器的能效定量的测量方法的优选实施例中，所 述运行参数包括换热器热流体的进口温度t′1、换热器冷流体的进口温度t′2、换热 器热流体的出口温度t′1、换热器冷流体的出口温度t″2、换热器壳侧流体换热量 Qs、换热器管侧流体换热量Qt、换热器壳侧流体压降Δps、换热器管侧流体压 降Δpt。
[0050] 本发明所述的一种管壳式换热器的能效定量方法的优选实施例中，管壳式换 热器的效能为 反映管壳式换热器换热能力的大小，其值越大，则 换热能力越好。在理想状态下，即流动过程无阻力的影响，所述的一种管壳式换 热器的能效定量的测量方法满足热力学规律。
[0051] 本发明所述的一种管壳式换热器的能效定量方法的优选实施例中，管壳式换 热器壳侧效率为 管侧效率为 基于管壳式换热器 运行过程中的运行参数。管侧效率与壳侧效率的乘积 其值趋于1
时，表示只需消耗较小的泵功就 能得到较大的换热量，此时换热器的流动传热能力越优秀。其值趋于0时，代表 换热器流动传热能力较差。
[0052] 本发明所述的一种管壳式换热器的能效定量的测量方法的优选实施例中，管 壳式换热器的保温效率为 表征管壳式换热器壳侧与管侧流 动的差异性，其值越小，代表管侧与壳侧流动传热的差异越小，是对于所述的一 种管壳式换热器的能效定量的测量方法综合考虑管侧与壳侧流动后的修正。
[0053] 尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上 述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的， 而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明 权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明 保护之列。
