光熱電站突出安全風(fēng)險(xiǎn)分析、控制及應(yīng)急處置

文／中廣核太陽(yáng)能德令哈有限公司 劉萬(wàn)軍 嚴(yán)兆平 趙雄

太陽(yáng)能光熱發(fā)電集發(fā)電與儲(chǔ)能為一身，電力輸出穩(wěn)定可靠、調(diào)節(jié)性能優(yōu)越，同時(shí)具有較大的環(huán)保效益和節(jié)能效益，將逐步承接火電技術(shù)優(yōu)勢(shì)，與其共同成為電力系統(tǒng)的壓艙石。光熱發(fā)電作為當(dāng)前可再生能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，對(duì)推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型及太陽(yáng)能資源高效利用具有重要意義。本文簡(jiǎn)要總結(jié)了國(guó)內(nèi)光熱發(fā)電發(fā)展情況，辨識(shí)分析了光熱電站生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中存在的突出安全風(fēng)險(xiǎn)，并從風(fēng)險(xiǎn)管控和應(yīng)急能力建設(shè)方面提出建議和思路，以促進(jìn)光熱行業(yè)的安全發(fā)展。

光熱發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介

熔鹽塔式光熱發(fā)電

熔鹽塔式光熱發(fā)電是一種當(dāng)前全球范圍內(nèi)公認(rèn)極具潛力的技術(shù)，由于采用熔鹽作為工作介質(zhì)，相比常規(guī)槽式導(dǎo)熱油光熱發(fā)電技術(shù)，系統(tǒng)工作溫度更高，發(fā)電效率高，同時(shí)節(jié)省了導(dǎo)熱油工藝，工藝流程更加簡(jiǎn)化，閥門(mén)管路更加簡(jiǎn)單，整個(gè)系統(tǒng)較為緊湊。

導(dǎo)熱油槽式光熱發(fā)電

槽式導(dǎo)熱油傳熱熔鹽儲(chǔ)熱是目前國(guó)際范圍內(nèi)公認(rèn)發(fā)展最為成熟的一種技術(shù)，是光熱發(fā)電技術(shù)路線中技術(shù)成熟度和商業(yè)化驗(yàn)證程度最高的。該技術(shù)使用拋物面槽式聚光器和集熱管，采用合成導(dǎo)熱油、熔鹽等作為工作介質(zhì)。

熔鹽線性菲涅爾式光熱發(fā)電

菲涅爾式是相對(duì)較新的光熱發(fā)電技術(shù)，具有抗風(fēng)性能好，功率密度高，清洗方便等優(yōu)點(diǎn)，而且工質(zhì)更加靈活，可以是水，可以是熔鹽，也可以是導(dǎo)熱油。當(dāng)前使用熔鹽作為線性菲涅爾聚光技術(shù)的集熱介質(zhì)已成為國(guó)際線性菲涅爾式技術(shù)的主流發(fā)展方向。

碟式斯特林光熱發(fā)電

蝶式斯特林光熱發(fā)電的核心技術(shù)是斯特林發(fā)電機(jī)，通過(guò)聚焦加熱空氣，發(fā)電效率較高，但目前，國(guó)內(nèi)外在運(yùn)機(jī)組的容量和數(shù)量相對(duì)塔式、槽式較少，技術(shù)成熟度有待商業(yè)化驗(yàn)證，且蝶式的儲(chǔ)能技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)階段，距大規(guī)模商業(yè)化還有距離。

光熱電站運(yùn)行中的安全風(fēng)險(xiǎn)

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)已進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)光熱電站的光熱技術(shù)路線（熔鹽塔式、導(dǎo)熱油槽式、熔鹽線性菲涅爾式）和生產(chǎn)特征，開(kāi)展安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，將設(shè)備系統(tǒng)識(shí)別單元?jiǎng)澐譃榧療帷鳠嵯到y(tǒng)和儲(chǔ)熱系統(tǒng)，并確定識(shí)別對(duì)象如下：

熔鹽塔式技術(shù)路線：分為集熱、傳熱、儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其主要危險(xiǎn)源為高溫熔融鹽（60%NaNO3和40%KNO3），工作溫度范圍（290℃/565℃）；

槽式導(dǎo)熱油技術(shù)路線：集熱、傳熱系統(tǒng)主要危險(xiǎn)源為高溫導(dǎo)熱油（26.5%聯(lián)苯和73.5%聯(lián)苯醚），工作溫度范圍（293℃/393℃）；儲(chǔ)熱系統(tǒng)主要危險(xiǎn)源為高溫熔融鹽（60%NaNO3和40%KNO3），工作溫度范圍（286℃/386℃）；

熔鹽線性菲涅爾技術(shù)路線：分為集熱、傳熱、儲(chǔ)熱系統(tǒng)，主要危險(xiǎn)源為高溫熔融鹽（60%NaNO3和40%KNO3），工作溫度范圍（290℃/550℃）。

危害因素分析

通過(guò)上述分析可看出共同存在的危險(xiǎn)源為熔融鹽、導(dǎo)熱油，同時(shí)，均配備了氮?dú)庀到y(tǒng)用于導(dǎo)熱油及熔融鹽與大氣隔離，防止導(dǎo)熱油氧化和空氣中的水分侵入導(dǎo)熱油和熔鹽系統(tǒng)。

第一，導(dǎo)熱油系統(tǒng)具有低毒、高溫易燙傷、氣化狀態(tài)下易發(fā)生火災(zāi)，低溫狀態(tài)下易凝固等危害因素，故系統(tǒng)作業(yè)需配備相應(yīng)防毒、防燙防護(hù)用品，區(qū)域內(nèi)需實(shí)行防爆管理，為防止高溫狀態(tài)下導(dǎo)熱油閃沸，檢修作業(yè)須將介質(zhì)溫度、壓力降至可控范圍。

第二，熔鹽系統(tǒng)主要危害因素為高溫易燙傷、低溫易凝固及遇有機(jī)物、還原劑、可燃物易發(fā)生火災(zāi)。

第三，氮?dú)庀到y(tǒng)主要危害因素為濃度超標(biāo)易造成人員窒息，液氮更是易致人員凍傷。

應(yīng)急能力建設(shè)

應(yīng)急物資配備

針對(duì)光熱電站生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中存在的危害因素，應(yīng)至少配備如下針對(duì)性應(yīng)急物資。

隔熱服：高溫作業(yè)，防止人員高溫燙傷；低溫作業(yè)，防止凍傷。

防化服（半封閉式）：有毒有害作業(yè)或檢修作業(yè)，防止人員中毒、腐蝕等。

防護(hù)服（重型全封閉連體服）：事故狀態(tài)下緊急處置導(dǎo)熱油閥門(mén)操作等，防止人員中毒、腐蝕等。

防毒面具：導(dǎo)熱油油氣低毒性質(zhì)，防止人員中毒。

護(hù)目鏡：防止眼睛接觸導(dǎo)熱油，受到刺激。

防護(hù)面罩：防止導(dǎo)熱油、熔鹽等介質(zhì)噴濺到人員臉部，造成燙傷。

耐腐蝕橡膠手套：導(dǎo)熱油系統(tǒng)作業(yè)，油不易滲入手套造成手部燙傷。

氣防裝備：正壓呼吸器/長(zhǎng)管呼吸器，在有毒有害區(qū)域或氧氣不足區(qū)域作業(yè)時(shí)使用。

偏光鏡：進(jìn)入鏡場(chǎng)區(qū)域，防止強(qiáng)光反射對(duì)人員眼睛造成損傷。

消防類(lèi)：消防車(chē)，在導(dǎo)熱油、液氮系統(tǒng)發(fā)生泄漏時(shí)，均需要消防水噴水，用以降溫、滅火和稀釋液氮。

移動(dòng)洗眼器：導(dǎo)熱油等介質(zhì)一旦進(jìn)入人員眼睛緊急處置設(shè)施。

防爆應(yīng)急照明燈具：防爆區(qū)域夜間臨時(shí)照明。

防爆軸流風(fēng)機(jī)：對(duì)有毒、有害氣體進(jìn)行擴(kuò)散。

氣體檢測(cè)儀：作業(yè)區(qū)域內(nèi)氧氣濃度、揮發(fā)性有機(jī)物氣體含量檢測(cè)。

高溫導(dǎo)熱油危險(xiǎn)性分析及泄漏處置措施

導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)使用的有機(jī)物質(zhì)的統(tǒng)稱(chēng)，即有機(jī)熱載體，其主要成分為73.5%的聯(lián)苯醚和26.5%的聯(lián)苯，屬低毒類(lèi)，對(duì)眼睛、黏膜有刺激作用。遇高熱、明火或與氧化劑接觸，有引起燃燒的危險(xiǎn)。燃燒(分解)產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、成分未知的黑色煙霧。

發(fā)生導(dǎo)熱油泄漏時(shí)，首先應(yīng)及時(shí)疏散泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，設(shè)置警戒區(qū)，切斷臨近點(diǎn)火源。應(yīng)急處理人員須佩戴自給式呼吸器或防毒面具，穿防燙服。采取噴水霧措施冷卻減少導(dǎo)熱油油氣揮發(fā)，防止引起閃爆，在確保安全情況下堵漏。泄漏物用砂土或其它不燃性吸附劑混合吸收，然后收集運(yùn)至危險(xiǎn)廢物處理場(chǎng)所，如大量泄漏，利用沙袋等圍堤收容。

高溫熔融鹽危險(xiǎn)性分析及泄漏處置措施

熔鹽主要成分為（60% NaNO3，40% KNO3）混合物，屬于工業(yè)級(jí)硝酸鹽，純度為98%，具有很強(qiáng)的吸濕特性。屬于氧化劑，在與強(qiáng)還原劑、強(qiáng)酸、易燃或可燃物、活性金屬粉末共同存放遇明火時(shí)容易發(fā)生火災(zāi)。高溫下，分解釋放氧氣，能助燃，與有機(jī)物、還原劑、易燃物接觸或混合時(shí)有引起燃燒爆炸的危險(xiǎn)，燃燒分解時(shí)，釋放出有毒的氮氧化物氣體。

熔融鹽系統(tǒng)發(fā)生泄漏，應(yīng)立即停運(yùn)熔鹽系統(tǒng)，隔離熔鹽泄漏部位，緊急疏散周?chē)藛T，應(yīng)急處置人員穿戴全套防燙服，用沙土掩蓋泄露出來(lái)的熔鹽，或用滅火器澆滅燃燒火焰，并用沙土掩蓋，防止高溫熔鹽的進(jìn)一步擴(kuò)散，嚴(yán)禁用水澆滅熔鹽，防止造成高溫熔鹽的噴濺。

液氮危險(xiǎn)性分析及泄漏處置措施

液氮無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)腐蝕性，不可燃、不助燃、溫度極低。吸入氮?dú)鉂舛炔惶邥r(shí)，患者最初感胸悶、氣短、疲軟無(wú)力，繼而有煩躁不安、極度興奮、神情恍惚、步態(tài)不穩(wěn)，稱(chēng)之為“氮酩酊”，可進(jìn)入昏睡或昏迷狀態(tài)。吸入高濃度時(shí)，患者可迅速昏迷，因呼吸和心跳停止而死亡。人體皮膚直接接觸液氮瞬間是沒(méi)有問(wèn)題的，超過(guò)2秒才會(huì)凍傷且不可逆轉(zhuǎn)。

液氮發(fā)生泄漏，應(yīng)迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風(fēng)處，并使用警戒帶進(jìn)行區(qū)域隔離，嚴(yán)格限制出入，監(jiān)測(cè)區(qū)域氧氣濃度。應(yīng)急處理人員穿戴正壓式呼吸器，穿防寒服，戴防寒手套。搶修過(guò)程中，必須使用噴霧水槍保護(hù)。不要直接接觸泄漏物，盡可能切斷泄漏源。使用霧狀水噴淋加速液體蒸發(fā)，但不可使水槍射至液體。防止氣體在低凹處積聚，用排風(fēng)機(jī)將漏出氣送至空曠處。漏點(diǎn)處理完畢后，繼續(xù)使用噴霧水槍驅(qū)散、稀釋泄漏氣體。

結(jié)語(yǔ)

光熱電站的工藝流程與常規(guī)火電和風(fēng)電、光伏等其他新能源存在較大差異，作為近年來(lái)新崛起的新能源行業(yè)，本文僅從風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、安全防護(hù)、應(yīng)急措施方面對(duì)光熱電站的安全管理進(jìn)行了初步的探討分析，還需要行業(yè)同仁們不斷探索、鞏固和創(chuàng)新，走出一條適應(yīng)于光熱的、可操作性強(qiáng)的安全管理之路，為光熱行業(yè)的安全、健康發(fā)展保駕護(hù)航。