熔盐系统压力表设计与选型要点
发布者:lzx | 来源:中控太阳能 | 0评论 | 1367查看 | 2019-12-20 14:37:50    

浙江中控太阳能技术彩宝彩票注册基于其德令哈10MW以及50MW塔式电站的运行经验,对熔盐塔式太阳能热发电站中相关仪表选型及注意事项等进行了分析。


压力表用于测量和指示工业系统环境压力的仪表,应用非常普遍。在太阳能光热电站熔盐系统中,压力表同样是不可或缺的重要测量设备之一,其主要功能为检测熔盐管路、部分熔盐储罐压力。与流量计相同,熔盐的高温和凝固特性导致常规性仪表不能够满足熔盐工况对仪表的特殊需求。熔盐压力表选型和结构设计也需特殊考虑。


隔膜式压力表通过压力表隔膜将工作介质和导压介质隔离,其原理上较适用于工况较为苛刻的腐蚀性介质中,该类压力表可以考虑用于高温熔盐系统中,隔膜材料可选用钽等耐高温耐腐蚀金属材料。中间导压介质通常使用硅油,但高温工况下即便是专门耐热的高温硅油也难以承受565℃的高温(国内高温硅油最高耐受温度在350℃左右,国外高温硅油最高耐受温度在400℃左右)。从这点可以看出,隔膜式压力表导压介质的耐温能力是该种仪表能否使用的最为关键因素。


1、钠钾合金介质


钠钾合金是钠(Na)和钾(K)的合金,其常温状态下为液体,不同配比情况下其熔点和沸点均不相同。熔点最低的钠钾合金钾含量为78%,钠含量为22%,该钠钾合金熔点为-12.6℃,沸点为785℃,过去其主要作用是冷却剂、催化剂和干燥剂。


钠钾合金-12.6~785℃的液态温度范围作为熔盐工况下新型隔膜式压力表的导压介质是非常合适的,其温度区间完全囊括了熔盐工艺温度范围。-12.6℃的熔点温度不仅适用于正常厂房的环境温度,即便是在环境温度极低(最低温度可达到-30℃以下)的高海拔区域,也可以通过安装在管路和设备上的电加热设备进行加热升温,短时间内融化并达到正常工作状态。


一般来说,隔膜式压力表是以法兰形式安装于管道上的,这种凹陷结构不但可能成为熔盐系统泄漏隐患,还有可能使膈膜和介质接触的地方发生熔盐挂壁堵塞,导致仪表失效。为了避免发生这种情况,需对压力表专门设计带可插入扩散膜片的法兰式膈膜密封方式。具体构造如图1所示,其中,1—压力表本体,2—散热结构,3—法兰结构,4—管道,5—扩散膜片结构膜盒,6—NaK合金介质。


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图1:可插入扩散膜片的法兰式NaK隔膜式压力表


这种开放式突出的膜片可以保证即便是有熔盐能凝结在膜片上,也能及时在熔盐冲刷下短时间内融化附着在表面的熔盐。


然而,钠钾合金还有很强的还原性,介质一旦遇到空气和水会迅速发生燃烧甚至爆炸。在工业系统中,任何存在安全隐患的设备都需要进行严格的安全认证和日常检查的。钠钾合金本身就存在燃烧甚至爆炸的可能,一旦仪表内部发生泄漏就会发生严重事故,何况熔盐高温下本身就有强氧化性。


2、低温熔盐


低温熔盐介质作为导压介质的方案也理论上存在于高温压力表的研究中。其低熔点和高沸点特性的优越性仅次于NaK合金介质,并且暴露于外界不会发生化学反应,安全性远高于NaK合金介质。现今业界当中,北京工业大学所研发的低熔点混合熔盐介质熔点为83.7℃,沸点可达到592.9℃。


低温熔盐导压介质压力表与钠钾合金介质隔膜式压力表总体上结构设计基本相同,从功能上来说可以做到正常运行,但在实际工况中使用还是稍显不足。熔盐由于膨胀量较大,当系统长期停运时,膜盒中填充的低温熔盐介质会自然冻结,膜盒填充液密封区域耐膨胀能力不足,膨胀的熔盐极可能毁坏膜盒。另外,系统系统启动时将对膜盒内凝固的熔盐进行融化,熔点83.7℃的熔盐也需要长时间熔化过程。由于熔盐介质的特殊性,现该种压力表实验项目中使用较少,产品尚欠成熟开发。


3、结构改造


改造结构通过仪表结构上进行优化,保证仪表正常工作。该结构采用延长管降温的办法,熔盐介质从流动管道中进入延长管并通过延长管散热,在到达仪表膈膜前使熔盐温度降到压力表高温硅油安全工作温度以下。然而,压力表仅考虑延长管降温是不够的,复杂的工况和外部环境很可能导致降温过快,温度低的熔盐易凝固在延长管中。针对可能的熔盐凝固问题,对延长装置配置了保温层、热电偶以及电伴热设备,实现对压力表温度进行准确控制,保证压力表法兰膈膜处介质温度控制在导压介质高温硅油耐受温度范围内,且不产生熔盐凝固问题。设备结构如图2所示,其中,1—压力表本体,2—散热结构,3—法兰结构,4—保温层,5—保温套管(电伴热),6—延长管,7—管道:


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图2:带延长管结构的隔膜式压力表


改造仪表通过延长管进行介质降温,通过加热装置以及控温装置进行严格温度控制,原理简单、易于操作且成本相对较低。现今这种配置延长结构压力表已运用到多数实际光热电站项目当中。


综合研究结果表明,现阶段熔盐压力表最为成熟的选型和结构设计形式如下:可以采用配置延长结构和温控功能的压力表,既保证使用中压力表导压介质不会超温挥发,也确保与膈膜接触处的熔盐不会低温冻结。NaK介质或其他导压介质压力表虽然原理上可行,但实际可靠性尚待验证。

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