劉大勇，谷文學(xué)，丁鴻良

(1.中國廣核新能源控股有限公司，北京 100071；2.中廣核太陽能德令哈有限公司，德令哈 817000)

0 引言

作為傳統(tǒng)能源的替代品，太陽能熱發(fā)電必將成為新能源利用的一個(gè)重要方向。太陽能熱發(fā)電技術(shù)在我國正處于起步階段，由于其具有可利用太陽能、儲(chǔ)熱成本低、儲(chǔ)能規(guī)模大等優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)24 h的低成本發(fā)電，研究并發(fā)展該技術(shù)對調(diào)整我國能源結(jié)構(gòu)具有重大意義。隨著太陽能熱發(fā)電技術(shù)在我國能源結(jié)構(gòu)中戰(zhàn)略地位的提升，太陽熱發(fā)電行業(yè)有望獲得更多的政策傾斜，隨之而來的會(huì)是太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快。

中國廣核新能源控股有限公司投資建設(shè)并已投產(chǎn)的德令哈50 MW槽式太陽能熱發(fā)電站(下文簡稱“德令哈熱發(fā)電站”)是我國國內(nèi)第1個(gè)開工建設(shè)、第1個(gè)投產(chǎn)運(yùn)行的大型商業(yè)化太陽能熱發(fā)電站，也是全球第1個(gè)建設(shè)在高寒地區(qū)的大型槽式太陽能熱發(fā)電站。該熱發(fā)電站以導(dǎo)熱油(聯(lián)笨-聯(lián)笨醚混合物)作為傳熱工質(zhì)，該導(dǎo)熱油在12℃時(shí)即凝結(jié)，而該熱發(fā)電站所在地僅7月和8月時(shí)的全天溫度可基本維持在此溫度以上。德令哈熱發(fā)電站的主管道長度約為3萬m，管道直徑介于300～800 mm之間；回路的支管長度為13.3萬m，直徑為80 mm；這些管道需充滿重量約為3120 t的導(dǎo)熱油。

在低溫條件下往這些管道中注入導(dǎo)熱油時(shí)，管道極易凝結(jié)，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，也會(huì)導(dǎo)致太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)無法運(yùn)行。德令哈熱發(fā)電站因前期建設(shè)時(shí)間的原因，導(dǎo)致導(dǎo)熱油系統(tǒng)中的太陽島系統(tǒng)必須在12月時(shí)注油，而德令哈市12月、1月、2月的氣溫一般在-20～5 ℃之間，即使白天的最高氣溫會(huì)略高，也僅在5 ℃左右。整個(gè)導(dǎo)熱油系統(tǒng)要在冬季完成注油太難，但若不在此期間完成注油，最樂觀也要等到下一年的6月才能開始注油，會(huì)導(dǎo)致熱發(fā)電站的投產(chǎn)日期推后至少半年；并且未注入的導(dǎo)熱油還會(huì)產(chǎn)生額外的存儲(chǔ)費(fèi)用。因此，研究如何在低溫條件下完成導(dǎo)熱油的注入非常有必要。

太陽能熱發(fā)電站中的導(dǎo)熱油系統(tǒng)包括傳儲(chǔ)熱島導(dǎo)熱油系統(tǒng)和太陽島系統(tǒng)，其中，傳儲(chǔ)熱島導(dǎo)熱油系統(tǒng)包括傳熱島導(dǎo)熱油系統(tǒng)(下文簡稱“傳熱島系統(tǒng)”)和儲(chǔ)熱島導(dǎo)熱油系統(tǒng)(下文簡稱“儲(chǔ)熱島系統(tǒng)”)。整個(gè)導(dǎo)熱油系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。

圖1 導(dǎo)熱油系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of heat transfer oil system

整個(gè)導(dǎo)熱油系統(tǒng)非常龐大，尤其是太陽島系統(tǒng)，除了包括南、北區(qū)主管道外，還包括4個(gè)大區(qū)域及7個(gè)小區(qū)域的回路管道，若在低溫條件下往這些管道一次性全部注油必然會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)。為保證德令哈熱發(fā)電站可以按期發(fā)電，通過對導(dǎo)熱油系統(tǒng)進(jìn)行分析、對導(dǎo)熱油特性進(jìn)行研究，以及多次的現(xiàn)場模擬試驗(yàn)和20多次的專題會(huì)進(jìn)行方案討論后，決定采取“提高導(dǎo)熱油油溫、分成9個(gè)步驟將導(dǎo)熱油注入各系統(tǒng)中先形成小循環(huán)防止凝結(jié)，并逐步形成大循環(huán)”的方案，然后通過總結(jié)每一步的注油實(shí)踐，為下一步注油形成優(yōu)化方案，最終成功將導(dǎo)熱油注入整個(gè)導(dǎo)熱油系統(tǒng)中。下文對德令哈熱發(fā)電站采用的低溫分步注油工藝流程進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 低溫分步注油工藝流程及要點(diǎn)

通過對整個(gè)導(dǎo)熱油系統(tǒng)進(jìn)行分析，最終將低溫分步注油工藝流程分為9個(gè)注油步驟，具體如圖2所示。

圖2 低溫分步注油工藝流程的總體步驟Fig.2 Overall steps of low-temperature step-by-step oil injection process

1)第1步：將導(dǎo)熱油注入膨脹罐中。

2)第2步：將導(dǎo)熱油注入高位罐，并從高位罐中溢流回膨脹罐，形成循環(huán)。

3)第3步：將高位罐中的導(dǎo)熱油注入傳熱島系統(tǒng)中，并在傳熱島系統(tǒng)中形成循環(huán)。

4)第4步：將傳熱島系統(tǒng)中的導(dǎo)熱油注入太陽島系統(tǒng)北區(qū)主管道，并形成循環(huán)。此處的主管道是指從傳熱島系統(tǒng)管道與太陽島系統(tǒng)北區(qū)的分區(qū)隔離閥門到WAA/WAB/WAE/WAF區(qū)域分區(qū)隔離閥門之間的主管道，簡稱“北區(qū)主管道”。

5)第5步：將傳熱島系統(tǒng)中的導(dǎo)熱油注入太陽島系統(tǒng)南區(qū)主管道，并形成循環(huán)。此處的主管道是指從傳熱島系統(tǒng)管道與太陽島系統(tǒng)南區(qū)的分區(qū)隔離閥門到WAC/WAD/WAG區(qū)域分區(qū)隔離閥門之間的主管道，簡稱“南區(qū)主管道”。

6)第6步：將導(dǎo)熱油注入太陽島系統(tǒng)EF區(qū)主管道及該區(qū)所有回路中，并形成循環(huán)。

7)第7步：將導(dǎo)熱油注入太陽島系統(tǒng)AB區(qū)主管道及該區(qū)所有回路中，并形成循環(huán)。

8)第8步：將導(dǎo)熱油注入太陽島系統(tǒng)G區(qū)主管道及該區(qū)所有回路中，并形成循環(huán)。

9)第9步：將導(dǎo)熱油注入太陽島系統(tǒng)CD區(qū)主管道及該區(qū)所有回路中，并形成循環(huán)。

由于往儲(chǔ)熱島系統(tǒng)的管道注油過程較為簡單，在此不作贅述。

1.1 向膨脹罐注油

導(dǎo)熱油注入膨脹罐的工藝較為容易，利用1臺(tái)潛水泵作為臨時(shí)注油泵，通過臨時(shí)管道將槽車中的導(dǎo)熱油注入1個(gè)膨脹罐中。

由于冬季的氣溫較低，在此步驟開始前，可用現(xiàn)場的熱蒸汽對槽車內(nèi)的導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱化凍，只要保證導(dǎo)熱油油溫在30℃左右即可；而各導(dǎo)熱油管道則按設(shè)計(jì)時(shí)的要求利用伴熱系統(tǒng)保溫即可。導(dǎo)熱油化凍后再泵入膨脹罐中，可大幅提高注油速度。注油過程中一定要檢查相應(yīng)的伴熱系統(tǒng)是否能正常使用，避免發(fā)生導(dǎo)熱油凝結(jié)現(xiàn)象。

1.2 向高位罐注油

將膨脹罐底部的閥門打開，通過地面上的注油泵將膨脹罐中的導(dǎo)熱油泵入高位罐中，再從高位罐溢流回膨脹罐中，形成循環(huán)。這一系列操作除了完成注油外，還可以檢驗(yàn)此段管道的暢通性及安全性。膨脹罐和高位罐的實(shí)物圖如圖3所示。

圖3 膨脹罐和高位罐的實(shí)物圖Fig.3 Photo of expansion tank and high-level tank

1.3 向傳熱島系統(tǒng)注油

傳熱島系統(tǒng)涉及的區(qū)域包括導(dǎo)熱油循環(huán)泵區(qū)和從導(dǎo)熱油加熱爐區(qū)注油管道到太陽島系統(tǒng)進(jìn)回油主管道的分區(qū)隔離閥門之間的區(qū)域。向傳熱島系統(tǒng)注油會(huì)成為導(dǎo)熱油循環(huán)開始后向太陽島系統(tǒng)注油的連接條件。

由于導(dǎo)熱油溫度超過60 ℃時(shí)會(huì)在空氣中發(fā)生氧化，因此在此步驟中通過膨脹罐的伴熱系統(tǒng)將導(dǎo)熱油的初始注油溫度提高到55 ℃左右，此處的熱源采用蒸汽加熱。導(dǎo)熱油通過導(dǎo)熱油加熱爐區(qū)時(shí)，啟用導(dǎo)熱油加熱爐對其進(jìn)行加熱，一是可以檢驗(yàn)導(dǎo)熱油加熱爐的工作狀態(tài)，二是可為后續(xù)的注油升溫提供保障。

在導(dǎo)熱油充滿導(dǎo)熱油循環(huán)泵及與其相連的低位管道后要及時(shí)啟動(dòng)導(dǎo)熱油循環(huán)泵，以檢驗(yàn)循環(huán)泵的運(yùn)行狀態(tài)，確保其可以正常運(yùn)行，并利用循環(huán)泵加快注油速度。

在向傳熱島系統(tǒng)注油期間，高位油槽的排空閥需要打開，以保證空氣盡可能從高位油槽排走；而且在此期間，在傳熱島系統(tǒng)與儲(chǔ)熱島系統(tǒng)的分區(qū)隔離閥門處和傳熱島系統(tǒng)與太陽島的分區(qū)隔離閥門處各有一段未能形成循環(huán)的管道，這段管道需增設(shè)臨時(shí)電伴熱(電阻絲)，以避免此段管道內(nèi)的導(dǎo)熱油凝結(jié)。

1.4 向太陽島系統(tǒng)北區(qū)主管道注油

在向太陽島系統(tǒng)北區(qū)的主管道注油之前，AB區(qū)分區(qū)隔離閥門外側(cè)的一段正式管道暫時(shí)先不安裝，而是利用臨時(shí)連通管連通北區(qū)主管道，并確保北區(qū)主管道在分區(qū)隔離閥門開啟時(shí)能與傳熱島系統(tǒng)形成閉環(huán)循環(huán)。臨時(shí)連通管的直徑應(yīng)根據(jù)循環(huán)泵注油時(shí)可形成的最小循環(huán)壓力及相應(yīng)的流量來確定，本工程采用的是DN300臨時(shí)連通管。在后續(xù)EF區(qū)注油結(jié)束并形成循環(huán)后，關(guān)閉AB區(qū)的分區(qū)隔離閥門，并拆除臨時(shí)連通管，然后安裝預(yù)留的那段正式主管道。

查看EF區(qū)的主管道(見圖4)長度(即圖4中垂直方向油管與分區(qū)隔離閥門WAP12、WAM12之間的距離)及其直徑，由于此段管道很長且端頭位置的主管道的直徑較小，因此可以在端頭一定范圍內(nèi)加裝電伴熱裝置，避免盲端部分的導(dǎo)熱油凝結(jié)。

圖4 EF區(qū)主管道圖Fig.4 Main pipeline in zone EF

開始注油前，應(yīng)先確認(rèn)本次注油時(shí)管道上的閥門的開閉狀態(tài)，保證傳熱島系統(tǒng)的傳熱區(qū)與太陽島系統(tǒng)南北兩區(qū)之間的分區(qū)隔離閥門全部關(guān)閉，連接太陽島系統(tǒng)南區(qū)主管道的閥門應(yīng)關(guān)閉，連接太陽島系統(tǒng)北區(qū)主管道與AB區(qū)的分區(qū)隔離閥門開啟，連接EF區(qū)的分區(qū)隔離閥門關(guān)閉。開始注油時(shí)，開啟傳熱島系統(tǒng)傳熱區(qū)進(jìn)油管道與太陽島系統(tǒng)北區(qū)進(jìn)油主管道之間的分區(qū)隔離閥門，最后等到導(dǎo)熱油通過最后1個(gè)排氣孔后，根據(jù)管道內(nèi)的壓力變化及時(shí)開啟傳熱島系統(tǒng)與太陽島系統(tǒng)北區(qū)內(nèi)回油主管道之間的分區(qū)隔離閥門，使導(dǎo)熱油形成循環(huán)，并通過導(dǎo)熱油加熱爐維持系統(tǒng)的導(dǎo)熱油油溫。

雖然此步驟涉及的管道相對較長，但管道較粗，因此注油時(shí)的初始溫度仍可設(shè)置為55 ℃左右，該初始油溫通過膨脹罐的蒸汽伴熱系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)；注油過程中整個(gè)導(dǎo)熱油系統(tǒng)的導(dǎo)熱油溫度通過導(dǎo)熱油加熱爐進(jìn)行溫度提升及維持。

注油過程中將太陽島系統(tǒng)北區(qū)內(nèi)的排空閥全部打開，用軟管將導(dǎo)熱油導(dǎo)入預(yù)先擺放在此處的水桶中，并在出油時(shí)用溫度計(jì)檢測油溫。通過此方法可監(jiān)測導(dǎo)熱油流經(jīng)此處時(shí)的油溫，若油溫過低，需及時(shí)采取措施，防止導(dǎo)熱油凝結(jié)。

1.5 向太陽島系統(tǒng)南區(qū)主管道注油

向太陽島系統(tǒng)南區(qū)主管道注油時(shí)的操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)與向太陽島系統(tǒng)北區(qū)主管道注油時(shí)的類似。若南區(qū)的管道安裝進(jìn)度滯后，為了保證太陽能熱發(fā)電站可按計(jì)劃發(fā)電，可以將此步驟放在太陽島系統(tǒng)內(nèi)的EF區(qū)和AB區(qū)都完成注油后，再根據(jù)實(shí)際情況擇機(jī)注油。

1.6 向太陽島系統(tǒng)EF區(qū)主管及所有回路支管注油

此部分注油是在低溫條件下最難的注油過程，因?yàn)槊總€(gè)分區(qū)的回路的支管量都很大。每個(gè)回路的支管長度約為700 m，而直徑僅為80 mm，利用鋼管將4列每列長度為150 m的真空集熱管與分區(qū)主管道相連形成暢通管路(具體可參考圖4)。電站所在地的白天氣溫最高約為5 ℃，而管道內(nèi)的溫度約為-10 ℃，導(dǎo)熱油在通過此種又細(xì)又長的管道時(shí)肯定會(huì)凝結(jié)。為此，經(jīng)過20多次的專題方案研討及多次的現(xiàn)場模擬試驗(yàn)，最終確定了EF區(qū)、AB區(qū)、G區(qū)及CD區(qū)的導(dǎo)熱油注油流程及相應(yīng)的注油措施。

1.6.1 單區(qū)域注油流程

本文以EF區(qū)為例進(jìn)行介紹，其他區(qū)域的導(dǎo)熱油注油方式相同。

EF區(qū)的注油流程為：利用伴熱系統(tǒng)對EF區(qū)主管道及回路進(jìn)行加熱→從EF區(qū)主管道末端(即圖4中的2′′NPD處)向回油主管道注油→開啟分區(qū)隔離閥門使導(dǎo)熱油流入EF區(qū)回油主管道→向EF區(qū)進(jìn)油主管道注油→導(dǎo)熱油循環(huán)→向WAF區(qū)域回路注油→向WAE區(qū)域回路注油。

1.6.2 單區(qū)域低溫注油的可行性分析

對于上述注油流程需要特別說明的是，為了加快主管道的注油速度，并避免注油管道中前端部分的導(dǎo)熱油因氣溫太低而凝結(jié)，需要在EF回油主管道的兩端都進(jìn)行注油，以保證導(dǎo)熱油向回油主管道推進(jìn)時(shí)前端部分的油溫盡可能高。向?qū)嵊突赜椭鞴艿雷⒂褪窃谥鞴艿乐械膶?dǎo)熱油未注滿的情況下，應(yīng)避免管道中的空氣進(jìn)入導(dǎo)熱油泵產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。在向回油主管道注油時(shí)，為控制注油速度以保護(hù)高位罐的液位，通常利用高位罐中導(dǎo)熱油的自重來注油。EF區(qū)主管道的注油總量約在100～150 t之間，根據(jù)測算，可在EF區(qū)的主管道末端先注2輛槽車(50 t)的導(dǎo)熱油，因主管道末端外接的是功率較小的潛水泵作為注油泵進(jìn)行注油，因此主管道末端的注油要提前進(jìn)行。

注油時(shí)一定要選擇陽光充足的天氣，而且真正的注油時(shí)間要盡可能選擇從中午到太陽落山前的這段時(shí)間，因?yàn)檫@段時(shí)間的氣溫較高。

因EF區(qū)回路的支管直徑很小，若依然選擇55 ℃的初始注油溫度不能保證導(dǎo)熱油在回路中不凝結(jié)。經(jīng)過大致的計(jì)算和試驗(yàn)后，以80 ℃左右作為EF區(qū)主管道和回路的初始注油溫度。在此溫度下，導(dǎo)熱油僅會(huì)在管道前端部分與空氣接觸的位置緩慢發(fā)生氧化，損失的導(dǎo)熱油量很少，屬于可接受范圍。不過，在后續(xù)的煮油和再生系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)熱油凈化時(shí)，可將此部分氧化的導(dǎo)熱油去除。

EF區(qū)回路注油的順序是從管道末端按分組逐個(gè)向回路注油。

由于每個(gè)回路的支管又細(xì)又長，往回路注油時(shí)即使初始注油溫度為80℃，導(dǎo)熱油也很有可能會(huì)凝結(jié)，因此經(jīng)過多次討論后，決定將該部分真空集熱管的保護(hù)膜撕開，使其在集熱器不運(yùn)行時(shí)自然集熱，并觀察記錄每根真空集熱管在各時(shí)間點(diǎn)的溫度。通常白天陽光充足時(shí)，真空集熱管的最高溫度可達(dá)到80 ℃左右，晚上則會(huì)逐漸下降，最終在后半夜降至環(huán)境溫度。由此可知，撕開真空集熱管的保護(hù)膜，在白天時(shí)可利用其集熱，使真空集熱管維持在較高的溫度，而與真空集熱管相連的溫度較低的連接管的長度最長的也就是管道進(jìn)出口處跨接的30 m左右，避免了管道太長使導(dǎo)熱油凝結(jié)。

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在EF區(qū)主管道南側(cè)場區(qū)，即EF區(qū)主管道到WAF平臺(tái)之間的回路進(jìn)出口部分中跨越道路的跨接管最易出現(xiàn)導(dǎo)熱油凝結(jié)的情況，此連接段的長度約為30 m。WAF平臺(tái)進(jìn)出口跨接管圖如圖5所示。只有保證這段管道中的導(dǎo)熱油不凝結(jié)，低溫分步注油方案才有實(shí)現(xiàn)的可能。因此，首先猜測導(dǎo)熱油在主管道中以80℃的溫度循環(huán)，在進(jìn)入回路部分的導(dǎo)熱油溫度應(yīng)能超過30 ℃。為證實(shí)此猜測，在已注完油的主管道排放閥上接入1路與上文所述跨接管形式相近、長度一樣的臨時(shí)管道，觀察這段管道端部導(dǎo)熱油的溫度變化情況。在測得即使主管道中導(dǎo)熱油初始溫度僅為50 ℃左右時(shí)主管道排放閥門處導(dǎo)熱油的溫度也能超過30 ℃后，為進(jìn)一步確認(rèn)可行性，當(dāng)排放閥門處的導(dǎo)熱油溫度降到30 ℃左右時(shí)打開排放閥門，觀察這樣的導(dǎo)熱油溫度是否能順利通過這段管道而不凝結(jié)；結(jié)果發(fā)現(xiàn)導(dǎo)熱油可順利通過，試驗(yàn)成功，說明該方案是可行的。

圖5 WAF平臺(tái)進(jìn)出口跨接管圖Fig.5 Photo of inlet and outlet jumper pipe of WAF platform

為了進(jìn)一步避免導(dǎo)熱油凝結(jié)，在EF區(qū)主管道上均勻布置4臺(tái)功率較大的空壓機(jī)對太陽島系統(tǒng)EF區(qū)內(nèi)的空氣進(jìn)行循環(huán)，在白天利用真空集熱管的升溫提高整體管道內(nèi)的溫度。根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖狻⒆⒂土考白⒂蜁r(shí)間等因素，這個(gè)循環(huán)可在白天09:00～13:00進(jìn)行。對管道進(jìn)行加熱(下文稱為“暖管”)時(shí)，EF區(qū)內(nèi)進(jìn)油時(shí)的截止閥、調(diào)節(jié)閥和回油時(shí)的截止閥、安全閥全部完全打開；再根據(jù)空壓機(jī)布置情況將離空壓機(jī)較遠(yuǎn)的幾個(gè)排污閥打開，作為空氣排放閥。

1.6.3 暖管后主管道注油前的閥門開閉狀態(tài)

暖管后主管道注油前的閥門開閉狀態(tài)為：太陽島系統(tǒng)北區(qū)主管道的EF區(qū)分區(qū)隔離閥門關(guān)閉；進(jìn)油主管道在端頭的DN150閥門(即圖4中右上側(cè)的DN150閥門)關(guān)閉，當(dāng)往管道兩端注完2輛槽車的導(dǎo)熱油后，此閥門開啟；進(jìn)回油主管道的排氣閥打開；WAF區(qū)域回路進(jìn)出口處的進(jìn)回油管道(見圖6)為跨路管道，這段管道的位置較高，在主管道注油過程中管道內(nèi)的壓力較低且在穩(wěn)定時(shí)導(dǎo)熱油一般不會(huì)注入，為避免后續(xù)突然打開回路的截止閥時(shí)泄壓導(dǎo)致導(dǎo)熱油通過高點(diǎn)而在排放閥處凝結(jié)的情況發(fā)生，因此將WAF區(qū)域的回路進(jìn)油管到主管道的排放閥(即圖7中的排放閥1)打開，截止閥(見圖8)關(guān)閉、調(diào)節(jié)閥(見圖7)打開；回路進(jìn)油管調(diào)節(jié)閥往回路方向去的排放閥(圖7中的排放閥2)關(guān)閉，回路回油管截止閥往回路方向去的排放閥(圖8中的排放閥4)打開，往主管道方向去的排放閥(圖8中的排放閥3)適當(dāng)打開，直到導(dǎo)熱油能以線狀排出，回路回油管截止閥(見圖8)關(guān)閉。因WAE區(qū)域回路進(jìn)出口處的進(jìn)回油連接管的位置比主管道略高，而且管道較短，故圖9中WAE區(qū)域所有的回路排放閥、調(diào)節(jié)閥、截止閥及圖10中的排放閥6和截止閥全都關(guān)嚴(yán)，避免導(dǎo)熱油流到排放閥處時(shí)出現(xiàn)凝結(jié)；由于在截止閥處的導(dǎo)熱油因管道長度很短，通過管道時(shí)的油溫較高，一般不會(huì)凝固。

圖6 WAE區(qū)域和WAF區(qū)域回路的進(jìn)出口處進(jìn)回油管道Fig.6 Oil inlet and return pipelines at the inlet and outlet of circuit in zone WAE and zone WAF

圖7 回路進(jìn)口處閥門圖Fig.7 Photo of valve at the inlet of circuit

圖8 回路出口處閥門圖Fig.8 Photo of valve at the outlet of circuit

圖9 WAE區(qū)域回路進(jìn)口處閥門圖Fig.9 Photo of valve at the inlet of circuit in zone WAE

圖10 WAE區(qū)域回路出口處閥門圖Fig.10 Photo of valve at the outlet of circuit in zone WAE

因真空集熱管技術(shù)要求進(jìn)入其內(nèi)的導(dǎo)熱油溫度與其之間的溫差不超過30 ℃，若超過可能會(huì)損壞真空集熱管，而每個(gè)回路進(jìn)油管道前端的導(dǎo)熱油溫度很難自然達(dá)到要求的溫度。因此在研討后，決定在導(dǎo)熱油進(jìn)入真空集熱管前的連接管的排放閥(圖7中排放閥1，圖8中排放閥3，圖9中排放閥5)處進(jìn)行放油，將進(jìn)入回路的前端低溫導(dǎo)熱油放到臨時(shí)收集桶里，并安排專人與集控室聯(lián)系，以確保導(dǎo)熱油溫度滿足真空集熱管的要求后再進(jìn)入真空集熱管，并對溫度數(shù)據(jù)做好記錄。

1.6.4 各注油步驟中的注意事項(xiàng)

1)負(fù)責(zé)人的選取。由于EF區(qū)注油范圍包括主管道及57個(gè)回路的支管，每個(gè)回路均需放油測溫，涉及工作人員100多人，且工作人員的組織分工非常重要，必須將工作人員分成若干個(gè)小組對回路放油點(diǎn)專門負(fù)責(zé)。由于WAF區(qū)域難度較大，每個(gè)小組看護(hù)的回路個(gè)數(shù)不得超過5個(gè)，且每個(gè)回路進(jìn)出口處的放油都必須專門安排1個(gè)人看護(hù)；WAE區(qū)域注油較為容易，可由2個(gè)小組進(jìn)行回路注油，回路進(jìn)出口處不必再專門安排人員看護(hù)；末端注油點(diǎn)、主管道注油時(shí)的排空閥的看護(hù)分別安排1個(gè)小組負(fù)責(zé)?？醋o(hù)時(shí)保證不能遺漏，并嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行；每個(gè)小組的負(fù)責(zé)人是關(guān)鍵人員，要求既要有責(zé)任心，又能靈活變通，通常由管理人員來擔(dān)任。

2)溫度監(jiān)測。在主管道上每隔50 m分別在管的底部、中部、頂部設(shè)置溫度計(jì)，用于觀察導(dǎo)熱油通過時(shí)的溫度變化，以便于在出現(xiàn)異常情況時(shí)能及時(shí)采取相應(yīng)的措施。在距離EF區(qū)主管道末端端頭直徑最小處50 m范圍內(nèi)設(shè)置臨時(shí)電伴熱，保障往回油主管道注油時(shí)端部的導(dǎo)熱油溫度盡可能高一些，但不能超過初始注油溫度。

3)主管道注油。進(jìn)油主管道總注油量約為150 t左右，其中注入EF區(qū)主管道末端端頭的導(dǎo)熱油量預(yù)計(jì)為50 t。首先在EF區(qū)主管道末端端頭利用臨時(shí)接的潛水泵向回油主管道注油；30 min后打開EF區(qū)的回油主管道分區(qū)隔離閥門，利用高位油罐中導(dǎo)熱油的自重往回油主管道注油。此時(shí)閥門的開度必須掌握好，一是避免太小會(huì)導(dǎo)致注油進(jìn)度過慢，二是避免太快使高位油罐的液位無法維持，從而造成事故。經(jīng)過實(shí)際注油測試發(fā)現(xiàn)，此閥門的開度在8%～10%較為合適，注油過程中可根據(jù)高位罐的液位變化情況對此閥門的開度進(jìn)行調(diào)整。盡可能在這2段導(dǎo)熱油快匯合前(觀察泵的壓力變化判斷)結(jié)束末端端頭的注油，在末端端頭注油完成后立即關(guān)閉回油主管道的注油閥門，并開啟向進(jìn)油主管道注油的閥門，然后向進(jìn)油主管道注油。注油過程中應(yīng)注意監(jiān)測導(dǎo)熱油溫度及導(dǎo)熱油到達(dá)端頭處的位置。一旦靠近進(jìn)油主管道分區(qū)隔離閥門處的排氣閥有油排出，則表示主管道已基本注滿；此時(shí)開啟進(jìn)油主管道EF區(qū)的分區(qū)隔離閥門，關(guān)閉所有位于低處的(低點(diǎn))排氣閥，并將2個(gè)分區(qū)隔離閥門的開度開到100%，打開回路中位置最高的(高點(diǎn))排氣閥開始導(dǎo)熱油循環(huán)，盡可能多排出空氣，直至將導(dǎo)熱油溫度提高到80 ℃左右；此過程耗時(shí)約為30 min。

在導(dǎo)熱油循環(huán)過程中，一定要保證主管道內(nèi)的壓力盡可能小且穩(wěn)定，避免壓力突變造成少量導(dǎo)熱油冒過高點(diǎn)而進(jìn)入排放閥處從而造成凝結(jié)。

在主管道中的導(dǎo)熱油循環(huán)過程中，對注油泵前的濾網(wǎng)至少清理1次，避免在回路注油過程中出現(xiàn)堵塞再清理的現(xiàn)象，這樣既保證了回路注油的連續(xù)性，又可避免在回路注油過程中壓力突變導(dǎo)致排放閥處的導(dǎo)熱油不能持續(xù)流淌而凝結(jié)。

主管道中的導(dǎo)熱油溫度提升到80 ℃左右后，各個(gè)小組開始根據(jù)分配的區(qū)域逐個(gè)向回路中注油，回路注油期間進(jìn)、回油主管道的壓差要始終維持在0.3～0.5 MPa之間，且整個(gè)導(dǎo)熱油系統(tǒng)的油壓不得超過設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力。

4)回路注油。在WAF區(qū)域內(nèi)為避免導(dǎo)熱油在排放閥處凝結(jié)，所有進(jìn)出口處進(jìn)回油管道排放閥(圖7中的排放閥1和圖8中的排放閥3)都可適當(dāng)開啟，因?yàn)樵谕芈纷⒂瓦^程中，WAF區(qū)域內(nèi)所有回路的這2個(gè)排放閥都可能有導(dǎo)熱油流出。在有導(dǎo)熱油流出時(shí)調(diào)整這2個(gè)排放閥的開度，既能保證一直有少量導(dǎo)熱油流出而不凝結(jié)，又可避免開度過大造成導(dǎo)熱油流出太多而來不及收集。

逐個(gè)往WAF區(qū)域回路注油時(shí)，先將進(jìn)油管道的截止閥前面的排放閥全打開，將冷的導(dǎo)熱油放掉，直到溫差達(dá)到30 ℃后再打開圖7中的截止閥、關(guān)閉排放閥1往回路中注油；負(fù)責(zé)該區(qū)域的工作人員應(yīng)立即前往出口回油管道處，當(dāng)看到圖8中排放閥4有導(dǎo)熱油排出時(shí)，立即打開圖8中的截止閥，關(guān)閉排放閥3，聽到水流聲即表示回路的導(dǎo)熱油循環(huán)已暢通。然后進(jìn)行WAF區(qū)域下一個(gè)回路的注油工作，其操作流程與上述完全一樣。

WAE區(qū)域回路注油時(shí)，先將圖9中的進(jìn)油管道截止閥完全打開，調(diào)節(jié)閥微開，將導(dǎo)熱油通過排放閥5排到收集桶里，但一定要注意調(diào)節(jié)閥的開度不要太大，要慢慢打開，避免導(dǎo)熱油直接進(jìn)入回路中。同樣測量排出的導(dǎo)熱油溫度，達(dá)到溫差不超過30 ℃的注油條件后，立即關(guān)閉排放閥5，全開調(diào)節(jié)閥后往回路中注油。負(fù)責(zé)該區(qū)域的工作人員前往出口回油管道處，當(dāng)有導(dǎo)熱油從回油管道的排放閥6流出時(shí)，立即打開截止閥，關(guān)閉排放閥6，聽到有水流聲后即表示已形成循環(huán)，注油成功。工作人員往WAE區(qū)域下一個(gè)回路注油，其操作流程與上述完全一樣。

回路注油過程中要至少安排3臺(tái)車對回路排出的導(dǎo)熱油進(jìn)行回收，并注入膨脹罐中，既要避免排出的導(dǎo)熱油凝結(jié)，又要避免收集桶滿后無法繼續(xù)放油。根據(jù)實(shí)際注油經(jīng)驗(yàn)，每個(gè)回路進(jìn)口處的放油點(diǎn)最好放1只小桶和2只以上的大桶，每個(gè)回路出口處的放油點(diǎn)放1個(gè)小桶和1個(gè)大桶即可。

1.6.5 低溫注油注意事項(xiàng)

若排放閥或截止閥處有導(dǎo)熱油凝結(jié)現(xiàn)象，可采用碳晶加熱板進(jìn)行加熱化凍。前期通過在常溫下用明火對導(dǎo)熱油進(jìn)行著火試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)熱油不能被點(diǎn)燃，故在EF區(qū)和CD區(qū)注油時(shí)采用噴燈對排放閥和其他閥門處的導(dǎo)熱油進(jìn)行了化凍；但在G區(qū)進(jìn)行注油時(shí)卻出現(xiàn)了異常情況，在排放閥處化凍過程中因突然泄壓，導(dǎo)熱油呈霧化狀態(tài)被點(diǎn)燃，發(fā)生了著火事件，雖然搶救及時(shí)未產(chǎn)生較大損失，但也警示了采用明火化凍的危險(xiǎn)性。因此后期注油化凍時(shí)選擇采用碳晶加熱板進(jìn)行化凍，不過這種化凍方式的速度較為緩慢。但只要嚴(yán)格按照上述注油過程進(jìn)行注油，閥門處導(dǎo)熱油凝結(jié)的現(xiàn)象出現(xiàn)較少，尤其注油不是在最冷的季節(jié)進(jìn)行時(shí)，碳晶加熱板完全可滿足要求。

低溫注油還有一個(gè)難點(diǎn)在于注油前為確認(rèn)管道的安裝質(zhì)量，需進(jìn)行管道的壓力試驗(yàn)，由于集熱回路中真空集熱管對水質(zhì)的要求較高，不能用普通自來水，而采用除鹽水成本又較高，故采用氣壓，但需提前做好充足的安全措施才能進(jìn)行試驗(yàn)。利用西北地區(qū)冬天時(shí)中午和下午的最高溫度一般能在5 ℃左右且陽光照射到鐵質(zhì)主管道時(shí)其溫度升高的特點(diǎn)，通常在這段時(shí)間進(jìn)行主管道內(nèi)水壓試驗(yàn)，但需做到當(dāng)天灌水試壓、當(dāng)天放水，并將管道吹掃干凈，避免管道內(nèi)積水；在吹掃完后還要敲擊管道底部查看是否有積水結(jié)凍現(xiàn)象，如有，則應(yīng)及時(shí)處理，以避免注油過程中因管道內(nèi)有冰而使導(dǎo)熱油被凍堵塞管道或油溫下降過快導(dǎo)致注油失敗。

由于WAF平臺(tái)及其類似的幾個(gè)平臺(tái)的跨路管道較長，導(dǎo)熱油易凝結(jié)，在注油過程中難度最大，通過總結(jié)此次的注油經(jīng)驗(yàn)，在今后其他類似工程中，可以考慮在設(shè)計(jì)階段就將此類平臺(tái)的進(jìn)出口處截止閥和排放閥(圖7中的排放閥1和截止閥及圖8中的排放閥3及截止閥)安裝在靠近進(jìn)回油主管道處，如圖11示意的排放閥處。這樣能減少導(dǎo)熱油在這種跨接管道內(nèi)和閥門處凝結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)，使低溫注油的難度大幅降低。

圖11 回路進(jìn)出口處跨接管排放閥安裝位置圖Fig.11 installation position of drain valve at inlet and outlet of loop

2 結(jié)論

本文對大型槽式太陽能熱發(fā)電站的導(dǎo)熱油系統(tǒng)注油的步驟和分步注油的操作方法進(jìn)行了論述，形成了一套成熟的低溫分步注油工藝流程。該工藝流程開創(chuàng)了全球首個(gè)高寒地區(qū)冬季注油成功的先例，并從設(shè)計(jì)上提出了后續(xù)工程注油的優(yōu)化措施，為全國廣大西北地區(qū)大型槽式太陽能熱發(fā)電站建設(shè)的工期安排提供了更大的靈活性，能廣泛應(yīng)用于類似工程的建設(shè)中，對后續(xù)大型槽式太陽能熱發(fā)電站低溫注油提供了借鑒。