高原地區(qū)槽式光熱電站導(dǎo)熱油泄漏監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用研究

盧乃兵，劉萬軍，尹 航

（中廣核太陽能德令哈有限公司，青海 德令哈 817000）

0 引言

槽式太陽能光熱發(fā)電站是利用集熱裝置將太陽光線聚焦，以加熱傳熱介質(zhì)導(dǎo)熱油，加熱后的高溫導(dǎo)熱油通過表面式換熱裝置（油/鹽換熱器）將熱量傳遞給儲(chǔ)熱介質(zhì)熔融鹽儲(chǔ)存下來。在長期腐蝕、磨損等作用下，如發(fā)生油/鹽換熱器內(nèi)部管板破損、泄漏，導(dǎo)熱油進(jìn)入熔融鹽側(cè)，將存在火災(zāi)、爆炸等重大安全隱患。為做好儲(chǔ)熱系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)以及安全風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)控，在系統(tǒng)氣相部分安裝了導(dǎo)熱油泄漏監(jiān)測(cè)裝置，用于監(jiān)測(cè)有無導(dǎo)熱油泄漏至熔融鹽側(cè)。導(dǎo)熱油泄漏監(jiān)測(cè)裝置的關(guān)鍵部件氫火焰離子檢測(cè)器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、死體積較小、穩(wěn)定性好和結(jié)構(gòu)簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)[1-8]，但是對(duì)氣源的質(zhì)量和流速控制要求較高，故在特殊環(huán)境地區(qū)應(yīng)用需要通過不斷調(diào)試和優(yōu)化，以提升環(huán)境適應(yīng)性，確保其正常運(yùn)行。本文以某高原地區(qū)槽式光熱電站為例，分析電站儲(chǔ)熱系統(tǒng)導(dǎo)熱油泄漏監(jiān)測(cè)裝置原理及其400A型碳?xì)浠衔锏姆治鰞x點(diǎn)火失敗原因，并提出治理方案，為其他電站同類故障處理提供參考。

1 電站儲(chǔ)熱系統(tǒng)導(dǎo)熱油泄漏監(jiān)測(cè)裝置原理

某電站儲(chǔ)熱系統(tǒng)采用的導(dǎo)熱油泄漏監(jiān)測(cè)裝置為美國EMERSON 公司生產(chǎn)的400A 型碳?xì)浠衔锓治鰞x，該儀器具有精確測(cè)量純凈氣體或大氣環(huán)境中碳?xì)浠衔锖康哪芰?，?yīng)用于儲(chǔ)熱介質(zhì)熔融鹽氣相部分氮?dú)庵袑?dǎo)熱油的濃度測(cè)量。400A 型碳?xì)浠衔锓治鰞x的工作原理是采用氫火焰離子檢測(cè)方法，以相應(yīng)配比的氫氣/氮?dú)鉃榛旌先剂蠚狻⒖諝鉃橹細(xì)馑腿肴紵覂?nèi)燃燒生成的火焰為能源，將從儲(chǔ)熱系統(tǒng)氣相抽出來的檢測(cè)樣氣送入燃燒室內(nèi)，如樣氣中含有導(dǎo)熱油（成分為26.5%聯(lián)苯和73.5%聯(lián)苯醚混合物，分子式為C6H5·C6H5—C6H5C6H4·O·C6H4·C6H5，碳?xì)浠衔铮怏w，則在高溫作用下發(fā)生化學(xué)電離，電離產(chǎn)生比基流高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的離子，在高壓電場(chǎng)的定向作用下，形成離子流，微弱的離子流經(jīng)過放大，成為與進(jìn)入火焰的碳?xì)浠衔锏牧砍烧鹊碾娦盘?hào)，通過信號(hào)的大小對(duì)碳?xì)浠衔镞M(jìn)行定量分析[9]。其工藝系統(tǒng)見圖1。

圖1 導(dǎo)熱油泄漏分析儀系統(tǒng)圖Fig.1 System diagram of thermal conductive oil leakage analyzer

2 故障現(xiàn)象及排查方案

2.1 故障現(xiàn)象

啟動(dòng)400A 型碳?xì)浠衔锓治鰞x，開啟燃料氣、空氣及樣氣管路，啟動(dòng)點(diǎn)火按鈕，裝置顯示“火焰熄滅”狀態(tài)，且在打火時(shí)聽不到氫氣與氧氣混合點(diǎn)燃的鳴爆聲，檢查排氣管道無水霧或水珠現(xiàn)象，判斷分析儀燃燒室內(nèi)點(diǎn)火失敗。

2.2 排查方案

根據(jù)400A 型碳?xì)浠衔锓治鰞x的裝置結(jié)構(gòu)和工作原理，分別從設(shè)備系統(tǒng)故障、燃料氣氣體純度不足、燃料氣/空氣配比失調(diào)以及火焰信息傳輸異常等方面開展儀器點(diǎn)火故障的原因排查。

2.2.1 設(shè)備系統(tǒng)故障排查

2.2.1.1 點(diǎn)火線圈故障

拆除分析儀燃燒室的排氣管接口，啟動(dòng)點(diǎn)火按鈕，在接口處觀察燃燒室內(nèi)點(diǎn)火線圈工作狀態(tài)。啟動(dòng)點(diǎn)火按鈕時(shí)，檢查點(diǎn)火線圈著火狀態(tài)正常，排除點(diǎn)火線圈故障。

2.2.1.2 氣源管路泄漏

開啟樣氣、空氣、燃料氣氣源供氣，采用外觀檢查法和使用肥皂水對(duì)3路氣源管線及其管線附件閥門、表計(jì)等進(jìn)行泄漏檢查。經(jīng)排查未發(fā)現(xiàn)管路泄漏。

2.2.1.3 氣源管路堵塞

分別拆除400A型分析儀燃燒室上游空氣、燃料氣及樣氣管路及配件進(jìn)行通氣試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)燃燒室接口處燃料氣流量限制器及空氣流量限制器均堵塞嚴(yán)重，無法正常通流。該流量限制器內(nèi)部為金屬粉末濾芯結(jié)構(gòu)，通流孔隙極小，且存在銹蝕現(xiàn)象。

2.2.2 氣體純度及氣源配比

2.2.2.1 混合燃料氣中氫氣純度不足

在拆除燃燒室接口處的空氣與燃料氣流量限制器的情況下，以供貨廠家提供的燃料氣與空氣流量比1∶10 為調(diào)試基準(zhǔn)[10]，維持空氣供氣量不變，分別使用配比為50∶50、55∶45、60∶40、65∶35 的氫氣/氮?dú)饣旌先剂蠚膺M(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)。采用上述4種混合燃料氣進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)，分析儀均點(diǎn)火失敗，故排除由于燃料氣中氫氣純度較低導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。

2.2.2.2 空氣供氣量不足

在拆除燃燒室接口處的空氣與燃料氣流量限制器的情況下，仍以廠家提供的氫氣與空氣流量比1∶10為基準(zhǔn)，采用氫氣/氮?dú)馀浔葹?0∶50的混合燃料氣，保持燃料氣供氣量不變，分別選擇燃料氣/空氣流量比例1∶11、1∶12、1∶13、1∶14、1∶15、1∶16、1∶17，逐步提升空氣供氣量進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)。當(dāng)燃料氣/空氣流量比例為1∶15、1∶16、1∶17時(shí)，發(fā)現(xiàn)燃燒室點(diǎn)火成功且火焰狀態(tài)較為穩(wěn)定。

2.2.3 火焰狀態(tài)信息傳輸

檢查燃燒室至分析儀主板之間的信號(hào)線纜，并采用手工點(diǎn)火模擬火焰的方法測(cè)試信號(hào)傳輸通道。燃燒室與主板之間連接的信號(hào)線纜緊固無松動(dòng)，采用手工點(diǎn)火模擬火焰信號(hào)時(shí)，儀器顯示“著火狀態(tài)正?！?，排除火焰狀態(tài)信息傳輸存在故障的可能性。

3 原因分析與治理方案

3.1 原因分析

經(jīng)上述故障排查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致400A型碳?xì)浠衔锓治鰞x氫火焰離子檢測(cè)器燃燒室點(diǎn)火失敗的根本原因是燃料氣/空氣配比不足和燃燒室接口處燃料氣流量限制器與空氣流量限制器堵塞。

（1）由于電站位于海拔3000 m 的青海高原地區(qū)，空氣稀薄，參考當(dāng)?shù)貧庀蟛块T研究數(shù)據(jù)，空氣中的平均含氧量僅為海平面含氧量的71.5%，最低值約56%[11-16]，導(dǎo)致進(jìn)入燃燒室燃燒的氧氣量不足，造成點(diǎn)火失敗。

（2）燃燒室接口處燃料氣與空氣氣源的流量限制器采用金屬粉末濾芯結(jié)構(gòu)，孔隙較小，在長期運(yùn)行過程中，給燃燒室供氣的氣體中攜帶的微小雜質(zhì)，造成流量限制器濾芯堵塞；且由于供氣氣體中攜帶的水分附在濾芯處，發(fā)生銹蝕，造成流量限制器堵塞加劇，供氣管路不暢通，實(shí)際供氣量嚴(yán)重不足，造成點(diǎn)火失敗。

3.2 治理方案

（1）原裝進(jìn)口400A 型碳?xì)浠衔锓治鰞x未配備空氣和燃料氣流量監(jiān)視和調(diào)整裝置，導(dǎo)致氣體流量控制難度較大。選用流量符合要求的浮子式流量計(jì)（流量為60～600 mL/min），分別裝配在燃料氣氣源和空氣氣源調(diào)節(jié)閥之前的管路上，便于運(yùn)維人員在操作儀器時(shí)進(jìn)行精細(xì)調(diào)整和實(shí)時(shí)監(jiān)視供氣流量。

（2）拆除原裝進(jìn)口400A 型碳?xì)浠衔锓治鰞x燃燒室接口處的燃料氣流量限制器，選用國產(chǎn)的氫氣專用阻火器裝配在燃料氣供氣側(cè)管路，較原裝氣流限制器濾芯孔隙增大5 倍，在保持一定過濾功能的同時(shí)，具備防回火功能，提升設(shè)備運(yùn)行的安全性（改進(jìn)后工藝系統(tǒng)見圖2）。

圖2 改進(jìn)后的導(dǎo)熱油泄漏分析儀系統(tǒng)圖Fig.2 System diagram of thermal conductive oil leakage analyzer after improvement

（3）通過試驗(yàn)調(diào)整燃料氣/空氣的流量配比，確定最優(yōu)點(diǎn)火流量配比，將燃料氣流量控制在35～40 mL/min，空氣流量在580～660 mL/min。

（4）制訂分析儀維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃。定期檢查燃料氣氣罐壓力并及時(shí)調(diào)整、更換，確保供氣壓力大于0.5 MPa；定期檢查清掃燃料氣口、空氣口及樣氣口處過濾器，檢查清掃燃料氣供氣管線氫氣阻火器，保證供氣暢通。

4 結(jié)束語

本電站處于高原地區(qū)，采用400A型碳?xì)浠衔锓治鰞x進(jìn)行導(dǎo)熱油泄漏監(jiān)測(cè)與較低海拔地區(qū)相比存在較大環(huán)境差異，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對(duì)儀器進(jìn)行了氣源配比調(diào)整和設(shè)備部件的優(yōu)化，不僅提升了設(shè)備運(yùn)行可靠性，而且大幅降低了進(jìn)口設(shè)備維護(hù)成本，可為使用同類型分析儀器的相關(guān)機(jī)構(gòu)提供參考。