槽式光熱電站如何實(shí)現(xiàn)最佳動(dòng)態(tài)連接？來(lái)試試“旋轉(zhuǎn)接頭+金屬軟管”！

2017-09-21 10:54:10 CSPPLAZA 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

據(jù)CSPPLAZA研究中心此前統(tǒng)計(jì)，到2016年底全球已投運(yùn)的光熱電站總裝機(jī)量已超過(guò)5GW，其中約80%采用了槽式技術(shù)路線。在中國(guó)首批正在推進(jìn)的光熱示范項(xiàng)目中，槽式光熱電站多采用導(dǎo)熱油傳熱，熔鹽儲(chǔ)熱的雙回路系統(tǒng)技術(shù)

在槽式鏡場(chǎng)布置中，通常以回路為基本單位。以裝機(jī)50MW的中廣核德令哈槽式光熱電站為例，該項(xiàng)目共由190個(gè)回路并聯(lián)組成。一個(gè)回路通常由4個(gè)太陽(yáng)能集熱器（SolarCollectorAssemblies，簡(jiǎn)稱SCA）串聯(lián)（相鄰集熱器的集熱管通過(guò)動(dòng)態(tài)連接組件進(jìn)行聯(lián)通）構(gòu)成，每個(gè)SCA則包括反射鏡、支架、真空集熱管和跟蹤器等組成部分。集熱器運(yùn)行時(shí)，整體需要跟蹤太陽(yáng)以收集更多能量，作為其中一部分的集熱管也要隨集熱器整體移動(dòng)，而與其連接的傳熱介質(zhì)輸送管道（又稱傳熱介質(zhì)母管）則是固定的，兩者之間發(fā)生了相對(duì)位置動(dòng)態(tài)變化，因此集熱管和輸送管道的結(jié)合處也需要用動(dòng)態(tài)連接組件進(jìn)行連接。

圖：槽式集熱器

光熱電站對(duì)動(dòng)態(tài)連接組件性能要求極高

如上，在槽式光熱電站中，需要使用動(dòng)態(tài)連接組件的主要有兩部分：相鄰SCA之間，以及固定管路之間（如回路出入口處的集熱管與傳熱介質(zhì)母管之間），復(fù)雜的構(gòu)成意味著槽式鏡場(chǎng)對(duì)連接組件的消耗量較大，這些連接組件需要滿足較好地吸收拉伸與旋轉(zhuǎn)位移能力的要求。

同時(shí)，光熱電站特殊的使用工況則對(duì)連接組件進(jìn)一步提出了特殊要求。與其它領(lǐng)域相比，槽式光熱電站動(dòng)態(tài)連接方案對(duì)所用的組件要求更為嚴(yán)苛。一般領(lǐng)域的連接組件基本要求是密閉性強(qiáng)，而由于光熱電站設(shè)計(jì)壽命通常在25年以上，傳熱介質(zhì)運(yùn)行溫度常在400℃左右（若選熔鹽做傳熱介質(zhì)則更高）并可能帶有一定的腐蝕性，系統(tǒng)中壓強(qiáng)一般在2.5MPa左右（若選熔鹽做傳熱介質(zhì)則低一些），故除了密閉性、靈活性之外，還對(duì)連接組件提出了耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、能適應(yīng)一定液壓的要求。

對(duì)此，威茨曼金屬制品（江陰）有限公司銷售總監(jiān)郭現(xiàn)強(qiáng)表示，光熱電站連接組件使用工況苛刻，高溫和腐蝕性工況（介質(zhì)中有腐蝕性元素，如硫、氯等）兩者結(jié)合會(huì)造成嚴(yán)重的晶間腐蝕，這是也某些組件必須用316Ti材料的原因。還有由于焦耳加熱的原因，軟管等部件必須要符合電阻和導(dǎo)電率要求等等。

金屬軟管與旋轉(zhuǎn)接頭各有優(yōu)劣勢(shì)

據(jù)CSPPLAZA記者了解，目前能滿足以上條件、被槽式光熱電站普遍采用的動(dòng)態(tài)連接組件一般為金屬軟管與旋轉(zhuǎn)接頭。

圖：金屬軟管

圖：旋轉(zhuǎn)接頭

金屬軟管與旋轉(zhuǎn)接頭都具有優(yōu)越的密封性能，能保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化下的密封。兩者之間的區(qū)別在于，金屬軟管主要吸收軸向位移（拉伸），無(wú)法大面積吸收角向位移；旋轉(zhuǎn)接頭則與之相反，無(wú)法吸收軸向位移，但能吸收集熱管由于追日位移產(chǎn)生的大面積的角向旋轉(zhuǎn)。

而在槽式光熱電站中，不同的傳熱介質(zhì)也導(dǎo)致金屬軟管與旋轉(zhuǎn)接頭運(yùn)行工況的差異。由于高溫熔鹽運(yùn)行溫度可達(dá)565℃，遠(yuǎn)高于導(dǎo)熱油，容易和旋轉(zhuǎn)接頭密封填料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，大大降低了密封持久性，故能適用于熔鹽槽式系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)接頭選擇并不多。相較之下，金屬軟管能較好地適應(yīng)高溫工況。但由于目前絕大部分槽式系統(tǒng)都采用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)，金屬軟管與旋轉(zhuǎn)接頭在這方面的差異暫時(shí)不明顯。

“旋轉(zhuǎn)接頭+金屬軟管”組合或?yàn)椴凼骄酃馄鲃?dòng)態(tài)連接最佳方案

經(jīng)過(guò)CSPPLAZA記者向相關(guān)供應(yīng)商多方了解，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為目前最優(yōu)的動(dòng)態(tài)連接組件方案是“旋轉(zhuǎn)接頭+金屬軟管”的組合使用。

江蘇昊峰管道設(shè)備有限公司總工程師蔣新鋒認(rèn)為，金屬軟管必須和一只旋轉(zhuǎn)接頭配合使用，才能發(fā)揮其良好的功能，這種方法只有一個(gè)泄露點(diǎn)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，由于構(gòu)成所用彎頭少，介質(zhì)流阻也相對(duì)較小。而若單一使用旋轉(zhuǎn)接頭，必須三個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭組合使用，這也就意味著會(huì)有三個(gè)泄露點(diǎn)，彎頭用量多，結(jié)構(gòu)組裝精度要求高，一旦誤差偏大就無(wú)法實(shí)現(xiàn)其使用功能，流阻也相對(duì)較大。

意大利阿基米德公司代表也表達(dá)了類似觀點(diǎn)，認(rèn)為金屬軟管雖然補(bǔ)償了管線的伸縮，但如果同時(shí)以之補(bǔ)償集熱器的轉(zhuǎn)動(dòng)，其使用壽命就會(huì)大打折扣。而由于旋轉(zhuǎn)接頭只是一個(gè)能讓管路相對(duì)一個(gè)固定點(diǎn)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，故而使用旋轉(zhuǎn)接頭時(shí)，必須要同時(shí)配合一條專用的金屬軟管，來(lái)補(bǔ)償活動(dòng)部件（集熱器上的集熱管）的拉伸。針對(duì)槽式聚光回路，更細(xì)化的方案應(yīng)該是金屬軟管作為相鄰集熱器之間的互聯(lián)，而把旋轉(zhuǎn)接頭系統(tǒng)應(yīng)用在回路的過(guò)橋處、入口和出口處。此外，意大利阿基米德代表還表示，所謂“旋轉(zhuǎn)接頭系統(tǒng)”其實(shí)指的是旋轉(zhuǎn)接頭與金屬軟管的組合，旋轉(zhuǎn)接頭系統(tǒng)比單一的金屬軟管更昂貴，也更復(fù)雜，但工作范圍也更廣泛。

綜上，由于金屬軟管無(wú)法吸收大面積角向位移，而旋轉(zhuǎn)接頭無(wú)法吸收軸向位移，單獨(dú)使用兩者之一會(huì)導(dǎo)致組件壽命消耗過(guò)大、安裝精度要求過(guò)高，目前看來(lái)，雖然旋轉(zhuǎn)接頭與金屬軟管配合使用的方案成本略高于單一方案，但多數(shù)設(shè)計(jì)仍會(huì)采納該方案來(lái)實(shí)現(xiàn)槽式光熱電站鏡場(chǎng)的良好動(dòng)態(tài)連接。

原標(biāo)題:槽式光熱電站如何實(shí)現(xiàn)最佳動(dòng)態(tài)連接？來(lái)試試“旋轉(zhuǎn)接頭+金屬軟管”的組合方案！

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