热交换器性能测试研究

虞晶欢

【摘 要】本文结合浙江三花智能控制股份有限公司的热交换机测试项目，对于测试过程中的设备选用情况进行了论述，并且分析了热交换器的性能测试标准以及测试难点，同时对于测试过程进行了论述，提出了相应的注意事项，最后对于热交换器的测试结果进行了科学有效的分析，可供有关单位参考。

【关键词】热交换器;性能;测试

中图分类号： TK172;TP273文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）23-0039-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.016

0 引言

通常来说，热交换器能够根据冷热流体直接或者间接接触而进行热量传递，一般换热器使用金属材料制成，其中低合金钢以及碳素钢用于制造低压以及中压的换热器设备，而在需要耐腐蚀的条件下应当利用不锈钢材料，而对于具有耐高温和耐低温需求的情况下，可以利用奥氏体不锈钢材料，伴随着冲压、焊接以及密封技术的不断发展，热交换器的制造工艺得到了持续提高，因此也推动了热交换器产品的研制和利用，热交换在电力、石油化工等行业中得到了较为广泛的应用，不过由于热交换器装置在能量消耗方面的损失较为严重，因此给企业的运行带来较大的成本压力，伴随着全球范围内能源供给紧张情况的不断加剧，同时人们对于自然生态环境保护的意识也日益增加，对于能源利用的效率要求也不断提高，因此开展热交换器性能和能效的测试研究具有十分紧迫的现实意义，本文中针对浙江三花智能控制股份有限公司进行的热交换器年度测试项目开展了相关研究。

1 项目概况

本项目业主单位为浙江三花智能控制股份有限公司，本次测试是根据珠海格力电器的要求针对13款电机、电磁阀门、热交换器等组件进行年度例行测试复核。在进行前期项目方案咨询和编制阶段，业主单位提出应当根据格力集团内控的要求开展相关测试作业，而之前的测试标准为欧盟委员会IEC 62321：2008的标准。

因此业主单位提出的基本测试要求包括，测试报告应当采用中英文双语编写，需要根据格力集团确认的格式进行报告编写，在测试报告中应当反映出格力字样，同时由于本次测试报告可能会有其他公司进行使用，因此应当根据按欧盟IEC 62321的限值和结论进行报告的编写。

测试判定标准应当根据美的的要求RoHS2.0十项（欧盟规格豁免的除外）：Cd小于60ppm，其余9项小于600ppm;DINP小于600ppm;REACH中规定的SVHC物质均小于600ppm;如果在开展测试阶段，某一物质大于规定值时，应当及时联系业主单位。

REACH测试方式：金属7混1，非金属5混1;DINP报告应当单独出具一份报告，同时由于业主单位产品相同系列的类型比较多，而且类型较为相似，仅仅是产品中个别零部件有所区别，为了最大限度的降低检测费用，通过和格力进行交流，对于同个系列的产品选取一个典型规格开展全拆解测试，对其余同系列但不同型号的零部件进行增加抽测测试的方法，对于抽测测试的零部件需跟整机报告一并编写。

由于业主单位需要在2017年1月20日之前提交REACH、DINP报告，因此应当优先确保REACH、DINP的检测，再开展RoHS 2.0的检测;同时优先安排1～10号产品的检测，再安排11～13号产品的检测。

2 设备选用

在进行热交换器性能测试中，主要为台式EDXRF设备，EDXRF的测试原理为，当X光束照射到测试样品上，受照射区域物质的组成元素的内层电子，会感受到X光轰击溢出，为保持其内部平衡，该原子L层或M层的外层电子会补充这个电子空位，由于K层电子与L/M层电子能量不同，补位电子会释放出多余能量，该能量的表现形式为X荧光，此荧光可被探测器接收测量并可反映出元素的具体信息，经过分析后最终获得元素种类及组成比例的信息。EDXRF的主要优点是可以进行无损检测和快速检验，同时成本较为低廉，能够进行批量型检测，数据相对可靠，为定性分析，半定量分析，适用于大规模工业化生产，而且可有效进行有害物質过程管理的现场测试方法。按照使用方式可以分为台式和手持式的EDXRF，台式型体积较大，需要固定放置使用，手持式则体积较为灵巧，轻巧方便，可以随时随地的使用，由于体积限制，手持式仪器采用的都是纯Si检测器。

在本项目中，根据热交换器测试方案以及进度要求，选用手持式EDXRF的能量弥散性X射线荧光光谱分析仪进行快速筛分检验，可以最大限度的节约检测时间。

3 测试方案

由于格力公司要求的测试措施采用的是盲样检测，也就是说所有测试样品都有从外观、形状、颜色和结构上无法用肉眼进行明确区分的两组样品，其中只有一组是供应商的样品，另一组是格力内部已经经过校准的标准样，但测试结果不会提前告知测试部门。这就使得对每个样品都要按相同的标准和测试方法开展测试。

为了确保每组样品拆解后有相同的测试点位，项目组建议制定同一组拆解人员对每组样品进行拆解，拆解过程中的每个步骤、每个测试点都标记好拆解顺序、编号并详细拍照记录存档。

在本次测试方案中采用的主要方法是手持式EDXRF的能量弥散性X射线荧光光谱分析仪以及化学复测发和分组对照法三种方法进行测试，手持式EDXRF的能量弥散性X射线荧光光谱分析仪测试方法的特点是体积小，使用灵活方便，而且能够最大限度的缩短测试时间，加快测试进度，确保测试方案按照计划顺利完成，化学复测方法的特点是可以进行精准定量分析，气相色谱仪的最大精度达到2PPM，分组对照法主要用于抽查和验证，

3.1 手持式EDXRF的能量弥散性X射线荧光光谱分析

在进行热交换器测试阶段，为了保证整个测试过程的进展，如果根据原先流程中的台式EDXRF设备，每个金属测试点需要5分钟时间，每个非金属测试点需要10分钟时间出结果，因为将会极大的影响整个测试的周期。

基于加快测试进度的考虑，因此项目组在综合考虑了整个测试方案的情况下，提出采用手持式EDXRF的能量弥散性X射线荧光光谱分析仪进行快速筛分检验，EDXRF作为一种快速分析措施，其样品进行制备的过程较为简便，可以非破坏性的开展样品多元素分析，能够在最短时间内进行不同种类样品基质的筛查，比如空气过滤物、薄膜、糊状物、泥浆、粉末、固体以及液体等其他基质中的未知成分，和其他比如色谱质谱、分光光度计、吸收光谱以及发射光谱等分析措施相比较而言，EDXRG具有能够对样品进行特别的化学处理，快速方便，而且检测费用比较低等显著特点，因此对于不同生产企业进行过程控制以及检测使用较为适合。

EDXRF技术可以直接检测ROHS六项指标中的三项，汞、镉以及铅，此外另外三项指标也能够利用其它措施进行解决，在多溴联苯醚以及多溴联苯等方面，EDXRF方案能够通过测总溴含量的措施来进行间接控制，虽然EDXRF不能够区分多溴联苯醚以及多溴联苯，不过如果检测到总溴的含量在1000毫克/克一下，则其中的每一种必然在1000毫克/克以下。

通过采用手持式EDXRF的能量弥散性X射线荧光光谱分析仪进行快速筛分检验可以使得每个测试点的时间缩短为3分钟;同时为了减少手持式XRF与台式XRF设备之间的误差，项目组又设置了人工分析谱图的环节，多一道人工复核的工序以最大程度确保初步筛分实验的结果的可靠性。

在本项目中对于电子膨胀阀Q型的检测为例，通过采用手持式EDXRF的能量弥散性X射线荧光光谱分析仪进行快速筛分检验，可知对于连接管上透明塑料护套的Cd、Pb、Hg、Cr、PBBs、PBDEs等限用物质进行检测结果均符合规范要求，对于铜色金属连接管的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物质进行检测结果均符合规范要求，对于金色金属接头的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物质进行检测结果均符合规范要求，对于银色金属隔板的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物质进行检测结果均符合规范要求，对于银色金属外壳的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物质进行检测结果均符合规范要求。

3.2 化学复测（使用GC/MS 气相色谱仪的设备进行精确定量分析）

同时，对于XRF筛分過程中，台式XRF的误差仅为3西格玛标准差，而手持式XRF要大于3西格玛;加之客户方要求的10个测试项目中仅有5个项目能用XRF检出，因此项目组与实验室讨论过后又引入化学复测的环节，即对不能判定是否符合要求以及无法检测的项目的样品在完成XRF筛分后，再次使用GC/MS 气相色谱仪的设备进行精确定量分析。气相色谱仪的最大精度达到2PPM，可以完全满足客户方的限值和误差的要求。

最后检出的结果也都符合格力集团的标准，因为格力的内部标准比欧盟IEC 62321中的限值更加严格，因此也同时符合了欧盟市场的准入标准。全套测试过程原先申请方和买家都考虑到总体的测试体量和中间可能存在的问题需要额外讨论，都预计在2个月到3个月左右完成;经过项目组和实验室研究制定的新的测试流程，实际测试周期和验收时间缩短到一个半月。尤其是新的测试流程中的人工分析谱图工序，同时在筛分测试过程中做到双样两次平行测试，所以项目组在实际测试前已帮助指导客户将几个不同系列产品进行分类并重新按同系列进行封装封存。

在本项目中对于电子膨胀阀Q型的检测为例，通过化学复测法进行快速筛分检验，可知对于连接管上透明塑料护套的Cd、Pb、Hg、Cr、PBBs、PBDEs等限用物质进行检测结果均符合规范要求，对于铜色金属连接管的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物质进行检测结果均符合规范要求，对于金色金属接头的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物质进行检测结果均符合规范要求，对于银色金属隔板的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物质进行检测结果均符合规范要求，对于银色金属外壳的Cd、Pb、Hg、Cr等限用物质进行检测结果均符合规范要求。

3.3 分组对照法

测试时按每个系列中材质结构组成和电气性能最复杂的一款产品进行重点测试和排查，其余同系列的产品按材质成分的相同和不同分别区分进行抽查和验证，并同时与实验室协调沟通安排几组人员分别进行其余系列产品的测试，用分组对照法对同系列产品的结果进行比对以确认报告测试的正确性。

在进行设备测试过程中，还出现了样品数量不足，无法进行双样精确定量的问题，项目组再与客户以及客户的供应商多方沟通，按测试所需的最小量样品继续进行测试。在完成测试和数据复核无误后，项目组再与报告组协商按格力集团内控的标准出针对格力要求和限值的报告，同时又按IEC62321的最新标准进行报告的出具。最终按时按客户的要求完成了整个项目，得到客户的认可并通过了格力集团的内部审核。使得客户在最大程度上减少了重新提交样品验证的数量，即节省了客户的测试成本又节省了整个周期时间。

4 测试结果

根据项目测试验证报告，对于电子膨胀阀Q型的检测验证，铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚和邻苯二甲酸酯、邻苯二甲酸丁卡酯、邻苯二甲酸二酯以及邻苯二甲酸二异丁酯的测试结果不超过客户的限制要求。

从样品验证报告数据表格中可以看出，对于连接管上透明塑料护套、铜色金属连接管、金色金属接头、银色金属隔板、银色金属外壳、外壳上银色金属端盖、银色金属顶杆、顶杆上银色金属弹簧等构件的限用物质的EDXRF测试结果、PHTH筛分结果以及化学测试结果均符合标准要求。

5 结论

综上所述，在进行热交换机设备的测试阶段，应当根据测试设备具体情况，有序合理的安排测试程序，并且及时总结反馈在进行测试过程中出现的各种问题，并且在最短时间内进行分析研究，同时提出较为科学合理的解决措施，而且还需要一套实验室测试组以及报告组关于特殊要求的测试准确性以及最终报告出具之后的各方可接受程度以及合规性的保证。

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