浙江(jiang)中(zhong)控太陽(yang)能(neng)技術(shu)有限公司基(ji)于其德(de)令哈(ha)10MW以(yi)及(ji)(ji)50MW塔(ta)式電站的運行(xing)經驗,對熔鹽塔(ta)式太陽(yang)能(neng)熱發電站中(zhong)相關儀表選型及(ji)(ji)注意事項等(deng)進行(xing)了分析。
壓力(li)表(biao)(biao)用于測量(liang)和(he)指示(shi)工業系(xi)統(tong)環境壓力(li)的儀(yi)(yi)表(biao)(biao),應用非常(chang)普遍。在太陽(yang)能(neng)(neng)光熱電(dian)站熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)系(xi)統(tong)中,壓力(li)表(biao)(biao)同樣是不可或缺的重要測量(liang)設備之一,其主要功(gong)能(neng)(neng)為檢測熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)管路、部分熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)儲罐壓力(li)。與(yu)流量(liang)計(ji)(ji)相同,熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)的高溫和(he)凝固特性導致常(chang)規性儀(yi)(yi)表(biao)(biao)不能(neng)(neng)夠滿足熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)工況對儀(yi)(yi)表(biao)(biao)的特殊需(xu)求。熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)壓力(li)表(biao)(biao)選型(xing)和(he)結構設計(ji)(ji)也需(xu)特殊考慮。
隔(ge)(ge)膜(mo)式壓(ya)力表通(tong)過(guo)壓(ya)力表隔(ge)(ge)膜(mo)將工(gong)作介(jie)質(zhi)(zhi)和導壓(ya)介(jie)質(zhi)(zhi)隔(ge)(ge)離,其原理(li)上(shang)較(jiao)適(shi)用(yong)(yong)于工(gong)況(kuang)較(jiao)為苛刻(ke)的(de)腐蝕性(xing)介(jie)質(zhi)(zhi)中,該類壓(ya)力表可以(yi)考慮用(yong)(yong)于高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)熔(rong)鹽系統中,隔(ge)(ge)膜(mo)材(cai)料(liao)可選用(yong)(yong)鉭等耐(nai)(nai)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)耐(nai)(nai)腐蝕金屬材(cai)料(liao)。中間導壓(ya)介(jie)質(zhi)(zhi)通(tong)常使(shi)用(yong)(yong)硅油(you)(you),但(dan)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)工(gong)況(kuang)下即(ji)便(bian)是(shi)專門耐(nai)(nai)熱的(de)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)硅油(you)(you)也難以(yi)承受(shou)565℃的(de)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(國(guo)內高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)硅油(you)(you)最(zui)高(gao)(gao)(gao)耐(nai)(nai)受(shou)溫(wen)(wen)度在350℃左(zuo)右,國(guo)外高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)硅油(you)(you)最(zui)高(gao)(gao)(gao)耐(nai)(nai)受(shou)溫(wen)(wen)度在400℃左(zuo)右)。從這點(dian)可以(yi)看出(chu),隔(ge)(ge)膜(mo)式壓(ya)力表導壓(ya)介(jie)質(zhi)(zhi)的(de)耐(nai)(nai)溫(wen)(wen)能力是(shi)該種儀表能否(fou)使(shi)用(yong)(yong)的(de)最(zui)為關(guan)鍵因素。
1、鈉鉀合金介質
鈉鉀(jia)(jia)合金(jin)是鈉(Na)和(he)鉀(jia)(jia)(K)的合金(jin),其常溫狀態下為(wei)液體(ti),不同(tong)配(pei)比情況下其熔點和(he)沸(fei)(fei)點均不相同(tong)。熔點最低的鈉鉀(jia)(jia)合金(jin)鉀(jia)(jia)含(han)量為(wei)78%,鈉含(han)量為(wei)22%,該鈉鉀(jia)(jia)合金(jin)熔點為(wei)-12.6℃,沸(fei)(fei)點為(wei)785℃,過去其主要作用是冷卻劑(ji)(ji)、催化(hua)劑(ji)(ji)和(he)干燥劑(ji)(ji)。
鈉鉀合金-12.6~785℃的(de)(de)液(ye)態溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)范(fan)圍作為熔鹽工(gong)況下新(xin)型隔膜式壓力表的(de)(de)導壓介質(zhi)是(shi)非常合適的(de)(de),其溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)區(qu)間(jian)完全囊括了熔鹽工(gong)藝溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)范(fan)圍。-12.6℃的(de)(de)熔點(dian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)不僅(jin)適用于正常廠房(fang)的(de)(de)環境(jing)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du),即便是(shi)在環境(jing)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)極低(di)(最(zui)低(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)可達到-30℃以下)的(de)(de)高海拔區(qu)域,也可以通過(guo)安(an)裝(zhuang)在管路和設備上的(de)(de)電加(jia)熱設備進行(xing)加(jia)熱升(sheng)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen),短時間(jian)內融(rong)化并(bing)達到正常工(gong)作狀(zhuang)態。
一般來說,隔膜(mo)式(shi)(shi)(shi)壓力表(biao)(biao)是以法(fa)(fa)(fa)蘭形式(shi)(shi)(shi)安裝于(yu)管(guan)道上(shang)的,這(zhe)種凹陷(xian)結構(gou)(gou)不但(dan)可能(neng)成(cheng)為熔(rong)鹽(yan)(yan)系統泄(xie)漏(lou)隱患,還有可能(neng)使(shi)膈(ge)膜(mo)和介質接觸的地方發生(sheng)熔(rong)鹽(yan)(yan)掛壁堵塞,導致儀表(biao)(biao)失(shi)效。為了避免發生(sheng)這(zhe)種情況,需對壓力表(biao)(biao)專門設(she)計帶可插入擴(kuo)散膜(mo)片(pian)(pian)的法(fa)(fa)(fa)蘭式(shi)(shi)(shi)膈(ge)膜(mo)密封方式(shi)(shi)(shi)。具體構(gou)(gou)造如圖1所示(shi),其(qi)中,1—壓力表(biao)(biao)本(ben)體,2—散熱結構(gou)(gou),3—法(fa)(fa)(fa)蘭結構(gou)(gou),4—管(guan)道,5—擴(kuo)散膜(mo)片(pian)(pian)結構(gou)(gou)膜(mo)盒,6—NaK合金介質。
圖1:可插(cha)入擴(kuo)散膜片(pian)的(de)法(fa)蘭式NaK隔膜式壓力表
這種開放式突出的(de)膜(mo)(mo)片(pian)可以(yi)保證即(ji)便(bian)是(shi)有熔(rong)鹽能(neng)凝結(jie)在(zai)膜(mo)(mo)片(pian)上,也(ye)能(neng)及(ji)時在(zai)熔(rong)鹽沖刷(shua)下短時間內(nei)融化附著在(zai)表面的(de)熔(rong)鹽。
然而,鈉鉀合金(jin)(jin)還有很強(qiang)的還原(yuan)性,介(jie)質(zhi)一旦(dan)(dan)遇到空氣和(he)水會(hui)迅速發生燃(ran)燒甚至爆(bao)炸(zha)。在(zai)工業系統中,任(ren)何(he)存在(zai)安(an)全隱患的設(she)備都需要進行嚴格的安(an)全認證和(he)日常檢查的。鈉鉀合金(jin)(jin)本身(shen)就(jiu)存在(zai)燃(ran)燒甚至爆(bao)炸(zha)的可(ke)能(neng),一旦(dan)(dan)儀表內部發生泄漏(lou)就(jiu)會(hui)發生嚴重事(shi)故(gu),何(he)況熔鹽高溫下(xia)本身(shen)就(jiu)有強(qiang)氧(yang)化性。
2、低溫熔鹽
低溫熔(rong)鹽(yan)介(jie)(jie)(jie)質(zhi)作為導壓介(jie)(jie)(jie)質(zhi)的方案也理(li)論上存在于(yu)高(gao)溫壓力表的研究中(zhong)(zhong)。其低熔(rong)點(dian)和高(gao)沸點(dian)特(te)性的優越性僅(jin)次于(yu)NaK合(he)金介(jie)(jie)(jie)質(zhi),并且暴露于(yu)外(wai)界不(bu)會發生化學反應,安全性遠高(gao)于(yu)NaK合(he)金介(jie)(jie)(jie)質(zhi)。現(xian)今業界當(dang)中(zhong)(zhong),北(bei)京工業大學所研發的低熔(rong)點(dian)混合(he)熔(rong)鹽(yan)介(jie)(jie)(jie)質(zhi)熔(rong)點(dian)為83.7℃,沸點(dian)可達到592.9℃。
低溫熔鹽(yan)導壓(ya)(ya)(ya)介質壓(ya)(ya)(ya)力(li)表與鈉鉀合金介質隔(ge)膜(mo)式壓(ya)(ya)(ya)力(li)表總體上結構設計基本相(xiang)同,從功能(neng)(neng)上來說(shuo)可以(yi)做到正常運(yun)行(xing),但在(zai)實際工況中使(shi)用還是稍顯不(bu)足。熔鹽(yan)由于(yu)膨(peng)脹量較大,當系統長期停運(yun)時(shi),膜(mo)盒(he)中填充的低溫熔鹽(yan)介質會自然(ran)凍結,膜(mo)盒(he)填充液密封區域耐膨(peng)脹能(neng)(neng)力(li)不(bu)足,膨(peng)脹的熔鹽(yan)極(ji)可能(neng)(neng)毀(hui)壞膜(mo)盒(he)。另(ling)外,系統系統啟動(dong)時(shi)將對膜(mo)盒(he)內凝(ning)固的熔鹽(yan)進行(xing)融(rong)化,熔點83.7℃的熔鹽(yan)也(ye)需要長時(shi)間熔化過程。由于(yu)熔鹽(yan)介質的特殊性,現該種壓(ya)(ya)(ya)力(li)表實驗項目中使(shi)用較少,產品尚欠成熟開發。
3、結構改造
改造結構(gou)(gou)通過儀(yi)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)結構(gou)(gou)上(shang)進(jin)行優化,保(bao)(bao)(bao)證儀(yi)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)正常工作。該結構(gou)(gou)采(cai)用延(yan)(yan)長(chang)(chang)管(guan)(guan)降溫(wen)(wen)(wen)的(de)(de)辦法,熔(rong)鹽(yan)介質從流動管(guan)(guan)道中(zhong)進(jin)入延(yan)(yan)長(chang)(chang)管(guan)(guan)并通過延(yan)(yan)長(chang)(chang)管(guan)(guan)散熱,在(zai)(zai)(zai)到達(da)儀(yi)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)膈膜(mo)前使熔(rong)鹽(yan)溫(wen)(wen)(wen)度降到壓(ya)力(li)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)高溫(wen)(wen)(wen)硅油(you)安全工作溫(wen)(wen)(wen)度以下(xia)。然而,壓(ya)力(li)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)僅考慮延(yan)(yan)長(chang)(chang)管(guan)(guan)降溫(wen)(wen)(wen)是不(bu)(bu)夠(gou)的(de)(de),復雜(za)的(de)(de)工況和外部環(huan)境很可(ke)能導致降溫(wen)(wen)(wen)過快(kuai),溫(wen)(wen)(wen)度低(di)的(de)(de)熔(rong)鹽(yan)易(yi)凝固在(zai)(zai)(zai)延(yan)(yan)長(chang)(chang)管(guan)(guan)中(zhong)。針(zhen)對(dui)可(ke)能的(de)(de)熔(rong)鹽(yan)凝固問(wen)題,對(dui)延(yan)(yan)長(chang)(chang)裝置(zhi)配置(zhi)了保(bao)(bao)(bao)溫(wen)(wen)(wen)層、熱電(dian)偶以及電(dian)伴(ban)熱設(she)備,實(shi)現對(dui)壓(ya)力(li)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)溫(wen)(wen)(wen)度進(jin)行準確(que)控制,保(bao)(bao)(bao)證壓(ya)力(li)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)法蘭膈膜(mo)處介質溫(wen)(wen)(wen)度控制在(zai)(zai)(zai)導壓(ya)介質高溫(wen)(wen)(wen)硅油(you)耐受溫(wen)(wen)(wen)度范圍(wei)內(nei),且不(bu)(bu)產生熔(rong)鹽(yan)凝固問(wen)題。設(she)備結構(gou)(gou)如圖2所示,其中(zhong),1—壓(ya)力(li)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)本體,2—散熱結構(gou)(gou),3—法蘭結構(gou)(gou),4—保(bao)(bao)(bao)溫(wen)(wen)(wen)層,5—保(bao)(bao)(bao)溫(wen)(wen)(wen)套管(guan)(guan)(電(dian)伴(ban)熱),6—延(yan)(yan)長(chang)(chang)管(guan)(guan),7—管(guan)(guan)道:
圖2:帶延長管結構的隔膜式(shi)壓(ya)力(li)表(biao)
改造儀表(biao)通(tong)過(guo)延長(chang)管(guan)進(jin)行(xing)介質降溫,通(tong)過(guo)加熱裝(zhuang)置以及控(kong)溫裝(zhuang)置進(jin)行(xing)嚴格溫度(du)控(kong)制,原理簡單、易于操(cao)作且(qie)成本相對(dui)較低(di)。現今(jin)這種配置延長(chang)結構壓力表(biao)已(yi)運用(yong)到(dao)多數實際光熱電站項目(mu)當中。
綜合研究結(jie)(jie)果表(biao)(biao)(biao)明,現(xian)階段熔(rong)鹽壓(ya)力(li)(li)表(biao)(biao)(biao)最為成熟的選型和結(jie)(jie)構設計(ji)形式如下:可以采(cai)用配置延長結(jie)(jie)構和溫(wen)控(kong)功能的壓(ya)力(li)(li)表(biao)(biao)(biao),既保(bao)(bao)證使用中壓(ya)力(li)(li)表(biao)(biao)(biao)導壓(ya)介質(zhi)(zhi)不會(hui)超溫(wen)揮發,也確保(bao)(bao)與膈膜接觸(chu)處的熔(rong)鹽不會(hui)低溫(wen)凍(dong)結(jie)(jie)。NaK介質(zhi)(zhi)或其(qi)他導壓(ya)介質(zhi)(zhi)壓(ya)力(li)(li)表(biao)(biao)(biao)雖然原(yuan)理上可行,但實際可靠性尚待(dai)驗證。