熱交換器性能測試研究

虞晶歡

【摘 要】本文結(jié)合浙江三花智能控制股份有限公司的熱交換機測試項目，對于測試過程中的設(shè)備選用情況進行了論述，并且分析了熱交換器的性能測試標準以及測試難點，同時對于測試過程進行了論述，提出了相應的注意事項，最后對于熱交換器的測試結(jié)果進行了科學有效的分析，可供有關(guān)單位參考。

【關(guān)鍵詞】熱交換器;性能;測試

中圖分類號： TK172;TP273文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）23-0039-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.016

0 引言

通常來說，熱交換器能夠根據(jù)冷熱流體直接或者間接接觸而進行熱量傳遞，一般換熱器使用金屬材料制成，其中低合金鋼以及碳素鋼用于制造低壓以及中壓的換熱器設(shè)備，而在需要耐腐蝕的條件下應當利用不銹鋼材料，而對于具有耐高溫和耐低溫需求的情況下，可以利用奧氏體不銹鋼材料，伴隨著沖壓、焊接以及密封技術(shù)的不斷發(fā)展，熱交換器的制造工藝得到了持續(xù)提高，因此也推動了熱交換器產(chǎn)品的研制和利用，熱交換在電力、石油化工等行業(yè)中得到了較為廣泛的應用，不過由于熱交換器裝置在能量消耗方面的損失較為嚴重，因此給企業(yè)的運行帶來較大的成本壓力，伴隨著全球范圍內(nèi)能源供給緊張情況的不斷加劇，同時人們對于自然生態(tài)環(huán)境保護的意識也日益增加，對于能源利用的效率要求也不斷提高，因此開展熱交換器性能和能效的測試研究具有十分緊迫的現(xiàn)實意義，本文中針對浙江三花智能控制股份有限公司進行的熱交換器年度測試項目開展了相關(guān)研究。

1 項目概況

本項目業(yè)主單位為浙江三花智能控制股份有限公司，本次測試是根據(jù)珠海格力電器的要求針對13款電機、電磁閥門、熱交換器等組件進行年度例行測試復核。在進行前期項目方案咨詢和編制階段，業(yè)主單位提出應當根據(jù)格力集團內(nèi)控的要求開展相關(guān)測試作業(yè)，而之前的測試標準為歐盟委員會IEC 62321：2008的標準。

因此業(yè)主單位提出的基本測試要求包括，測試報告應當采用中英文雙語編寫，需要根據(jù)格力集團確認的格式進行報告編寫，在測試報告中應當反映出格力字樣，同時由于本次測試報告可能會有其他公司進行使用，因此應當根據(jù)按歐盟IEC 62321的限值和結(jié)論進行報告的編寫。

測試判定標準應當根據(jù)美的的要求RoHS2.0十項（歐盟規(guī)格豁免的除外）：Cd小于60ppm，其余9項小于600ppm;DINP小于600ppm;REACH中規(guī)定的SVHC物質(zhì)均小于600ppm;如果在開展測試階段，某一物質(zhì)大于規(guī)定值時，應當及時聯(lián)系業(yè)主單位。

REACH測試方式：金屬7混1，非金屬5混1;DINP報告應當單獨出具一份報告，同時由于業(yè)主單位產(chǎn)品相同系列的類型比較多，而且類型較為相似，僅僅是產(chǎn)品中個別零部件有所區(qū)別，為了最大限度的降低檢測費用，通過和格力進行交流，對于同個系列的產(chǎn)品選取一個典型規(guī)格開展全拆解測試，對其余同系列但不同型號的零部件進行增加抽測測試的方法，對于抽測測試的零部件需跟整機報告一并編寫。

由于業(yè)主單位需要在2017年1月20日之前提交REACH、DINP報告，因此應當優(yōu)先確保REACH、DINP的檢測，再開展RoHS 2.0的檢測;同時優(yōu)先安排1～10號產(chǎn)品的檢測，再安排11～13號產(chǎn)品的檢測。

2 設(shè)備選用

在進行熱交換器性能測試中，主要為臺式EDXRF設(shè)備，EDXRF的測試原理為，當X光束照射到測試樣品上，受照射區(qū)域物質(zhì)的組成元素的內(nèi)層電子，會感受到X光轟擊溢出，為保持其內(nèi)部平衡，該原子L層或M層的外層電子會補充這個電子空位，由于K層電子與L/M層電子能量不同，補位電子會釋放出多余能量，該能量的表現(xiàn)形式為X熒光，此熒光可被探測器接收測量并可反映出元素的具體信息，經(jīng)過分析后最終獲得元素種類及組成比例的信息。EDXRF的主要優(yōu)點是可以進行無損檢測和快速檢驗，同時成本較為低廉，能夠進行批量型檢測，數(shù)據(jù)相對可靠，為定性分析，半定量分析，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，而且可有效進行有害物質(zhì)過程管理的現(xiàn)場測試方法。按照使用方式可以分為臺式和手持式的EDXRF，臺式型體積較大，需要固定放置使用，手持式則體積較為靈巧，輕巧方便，可以隨時隨地的使用，由于體積限制，手持式儀器采用的都是純Si檢測器。

在本項目中，根據(jù)熱交換器測試方案以及進度要求，選用手持式EDXRF的能量彌散性X射線熒光光譜分析儀進行快速篩分檢驗，可以最大限度的節(jié)約檢測時間。

3 測試方案

由于格力公司要求的測試措施采用的是盲樣檢測，也就是說所有測試樣品都有從外觀、形狀、顏色和結(jié)構(gòu)上無法用肉眼進行明確區(qū)分的兩組樣品，其中只有一組是供應商的樣品，另一組是格力內(nèi)部已經(jīng)經(jīng)過校準的標準樣，但測試結(jié)果不會提前告知測試部門。這就使得對每個樣品都要按相同的標準和測試方法開展測試。

為了確保每組樣品拆解后有相同的測試點位，項目組建議制定同一組拆解人員對每組樣品進行拆解，拆解過程中的每個步驟、每個測試點都標記好拆解順序、編號并詳細拍照記錄存檔。

在本次測試方案中采用的主要方法是手持式EDXRF的能量彌散性X射線熒光光譜分析儀以及化學復測發(fā)和分組對照法三種方法進行測試，手持式EDXRF的能量彌散性X射線熒光光譜分析儀測試方法的特點是體積小，使用靈活方便，而且能夠最大限度的縮短測試時間，加快測試進度，確保測試方案按照計劃順利完成，化學復測方法的特點是可以進行精準定量分析，氣相色譜儀的最大精度達到2PPM，分組對照法主要用于抽查和驗證，

3.1 手持式EDXRF的能量彌散性X射線熒光光譜分析

在進行熱交換器測試階段，為了保證整個測試過程的進展，如果根據(jù)原先流程中的臺式EDXRF設(shè)備，每個金屬測試點需要5分鐘時間，每個非金屬測試點需要10分鐘時間出結(jié)果，因為將會極大的影響整個測試的周期。

基于加快測試進度的考慮，因此項目組在綜合考慮了整個測試方案的情況下，提出采用手持式EDXRF的能量彌散性X射線熒光光譜分析儀進行快速篩分檢驗，EDXRF作為一種快速分析措施，其樣品進行制備的過程較為簡便，可以非破壞性的開展樣品多元素分析，能夠在最短時間內(nèi)進行不同種類樣品基質(zhì)的篩查，比如空氣過濾物、薄膜、糊狀物、泥漿、粉末、固體以及液體等其他基質(zhì)中的未知成分，和其他比如色譜質(zhì)譜、分光光度計、吸收光譜以及發(fā)射光譜等分析措施相比較而言，EDXRG具有能夠?qū)悠愤M行特別的化學處理，快速方便，而且檢測費用比較低等顯著特點，因此對于不同生產(chǎn)企業(yè)進行過程控制以及檢測使用較為適合。

EDXRF技術(shù)可以直接檢測ROHS六項指標中的三項，汞、鎘以及鉛，此外另外三項指標也能夠利用其它措施進行解決，在多溴聯(lián)苯醚以及多溴聯(lián)苯等方面，EDXRF方案能夠通過測總溴含量的措施來進行間接控制，雖然EDXRF不能夠區(qū)分多溴聯(lián)苯醚以及多溴聯(lián)苯，不過如果檢測到總溴的含量在1000毫克/克一下，則其中的每一種必然在1000毫克/克以下。

通過采用手持式EDXRF的能量彌散性X射線熒光光譜分析儀進行快速篩分檢驗可以使得每個測試點的時間縮短為3分鐘;同時為了減少手持式XRF與臺式XRF設(shè)備之間的誤差，項目組又設(shè)置了人工分析譜圖的環(huán)節(jié)，多一道人工復核的工序以最大程度確保初步篩分實驗的結(jié)果的可靠性。

在本項目中對于電子膨脹閥Q型的檢測為例，通過采用手持式EDXRF的能量彌散性X射線熒光光譜分析儀進行快速篩分檢驗，可知對于連接管上透明塑料護套的Cd、Pb、Hg、Cr、PBBs、PBDEs等限用物質(zhì)進行檢測結(jié)果均符合規(guī)范要求，對于銅色金屬連接管的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物質(zhì)進行檢測結(jié)果均符合規(guī)范要求，對于金色金屬接頭的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物質(zhì)進行檢測結(jié)果均符合規(guī)范要求，對于銀色金屬隔板的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物質(zhì)進行檢測結(jié)果均符合規(guī)范要求，對于銀色金屬外殼的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物質(zhì)進行檢測結(jié)果均符合規(guī)范要求。

3.2 化學復測（使用GC/MS 氣相色譜儀的設(shè)備進行精確定量分析）

同時，對于XRF篩分過程中，臺式XRF的誤差僅為3西格瑪標準差，而手持式XRF要大于3西格瑪;加之客戶方要求的10個測試項目中僅有5個項目能用XRF檢出，因此項目組與實驗室討論過后又引入化學復測的環(huán)節(jié)，即對不能判定是否符合要求以及無法檢測的項目的樣品在完成XRF篩分后，再次使用GC/MS 氣相色譜儀的設(shè)備進行精確定量分析。氣相色譜儀的最大精度達到2PPM，可以完全滿足客戶方的限值和誤差的要求。

最后檢出的結(jié)果也都符合格力集團的標準，因為格力的內(nèi)部標準比歐盟IEC 62321中的限值更加嚴格，因此也同時符合了歐盟市場的準入標準。全套測試過程原先申請方和買家都考慮到總體的測試體量和中間可能存在的問題需要額外討論，都預計在2個月到3個月左右完成;經(jīng)過項目組和實驗室研究制定的新的測試流程，實際測試周期和驗收時間縮短到一個半月。尤其是新的測試流程中的人工分析譜圖工序，同時在篩分測試過程中做到雙樣兩次平行測試，所以項目組在實際測試前已幫助指導客戶將幾個不同系列產(chǎn)品進行分類并重新按同系列進行封裝封存。

在本項目中對于電子膨脹閥Q型的檢測為例，通過化學復測法進行快速篩分檢驗，可知對于連接管上透明塑料護套的Cd、Pb、Hg、Cr、PBBs、PBDEs等限用物質(zhì)進行檢測結(jié)果均符合規(guī)范要求，對于銅色金屬連接管的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物質(zhì)進行檢測結(jié)果均符合規(guī)范要求，對于金色金屬接頭的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物質(zhì)進行檢測結(jié)果均符合規(guī)范要求，對于銀色金屬隔板的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物質(zhì)進行檢測結(jié)果均符合規(guī)范要求，對于銀色金屬外殼的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物質(zhì)進行檢測結(jié)果均符合規(guī)范要求。

3.3 分組對照法

測試時按每個系列中材質(zhì)結(jié)構(gòu)組成和電氣性能最復雜的一款產(chǎn)品進行重點測試和排查，其余同系列的產(chǎn)品按材質(zhì)成分的相同和不同分別區(qū)分進行抽查和驗證，并同時與實驗室協(xié)調(diào)溝通安排幾組人員分別進行其余系列產(chǎn)品的測試，用分組對照法對同系列產(chǎn)品的結(jié)果進行比對以確認報告測試的正確性。

在進行設(shè)備測試過程中，還出現(xiàn)了樣品數(shù)量不足，無法進行雙樣精確定量的問題，項目組再與客戶以及客戶的供應商多方溝通，按測試所需的最小量樣品繼續(xù)進行測試。在完成測試和數(shù)據(jù)復核無誤后，項目組再與報告組協(xié)商按格力集團內(nèi)控的標準出針對格力要求和限值的報告，同時又按IEC62321的最新標準進行報告的出具。最終按時按客戶的要求完成了整個項目，得到客戶的認可并通過了格力集團的內(nèi)部審核。使得客戶在最大程度上減少了重新提交樣品驗證的數(shù)量，即節(jié)省了客戶的測試成本又節(jié)省了整個周期時間。

4 測試結(jié)果

根據(jù)項目測試驗證報告，對于電子膨脹閥Q型的檢測驗證，鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯(lián)苯、多溴二苯醚和鄰苯二甲酸酯、鄰苯二甲酸丁卡酯、鄰苯二甲酸二酯以及鄰苯二甲酸二異丁酯的測試結(jié)果不超過客戶的限制要求。

從樣品驗證報告數(shù)據(jù)表格中可以看出，對于連接管上透明塑料護套、銅色金屬連接管、金色金屬接頭、銀色金屬隔板、銀色金屬外殼、外殼上銀色金屬端蓋、銀色金屬頂桿、頂桿上銀色金屬彈簧等構(gòu)件的限用物質(zhì)的EDXRF測試結(jié)果、PHTH篩分結(jié)果以及化學測試結(jié)果均符合標準要求。

5 結(jié)論

綜上所述，在進行熱交換機設(shè)備的測試階段，應當根據(jù)測試設(shè)備具體情況，有序合理的安排測試程序，并且及時總結(jié)反饋在進行測試過程中出現(xiàn)的各種問題，并且在最短時間內(nèi)進行分析研究，同時提出較為科學合理的解決措施，而且還需要一套實驗室測試組以及報告組關(guān)于特殊要求的測試準確性以及最終報告出具之后的各方可接受程度以及合規(guī)性的保證。

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