《太阳能光热发电站熔融盐电加热系统技术规范》

太阳能光热发电站熔融盐电加热系统技术规范本文件规定了太阳能光热发电站熔融盐电加热系统（以下简称“电加热系统”）的系统构成及参数、正常工作条件、技术要求、试验检测、技术文件和图纸等。本文件适用于以电能直接加热熔融盐进行储热的熔融盐电加热系统设计、安装、试验、运行及维护等。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。压力容器高电阻电热合金GB/T4208外壳防护等级（IP代码）电热和电磁处理装置的试验方法高压交流开关设备和控制设备标准的共用技术要求机电产品包装通用技术条件GB/T20626.1特殊环境条件第1部分：高原、湿热、热带环境分类GB/T20801压力管道规范工业管道GB/T40104太阳能光热发电站术语GB/T45310塔式太阳能光热发电站主控制系统技术条件DL/T5044电力工程直流系统设计技术规程JB/T4159电工产品高原使用环境技术条件JB/T2379金属管状电热元件压力容器涂敷与运输包装3术语和定义GB/T40104界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1熔融盐电加热器moltensaltelectricheater以电能为输入，直接对流动的熔融盐进行加热，使其温度升高至工艺所需设定值的专用设备（以下简称“电加热器”）。3.2熔融盐电加热系统moltensaltelectricheatingsystem3.3额定电功率ratedelectricpower电加热系统在额定电压下能够安全、稳定、连续运行的最大输入电功率。3.4额定热功率ratedthermalpower电加热系统在额定电功率、额定流量下输出至熔融盐的最大输出热功率。3.5额定工况ratedoperatingcondition电加热系统在额定热功率、额定温度、额定流量下的工作状态。3.6额定入口温度ratedinlettemperature额定工况时，熔融盐进入电加热系统的设计温度。3.7额定出口温度ratedoutlettemperature额定工况时，熔融盐流出电加热系统的设计温度。3.8电热效率electrical-to-thermalefficiency电加热系统输出热功率和输入电功率的比值。4系统组成电加热系统包括电加热器、阀门、管道、配电系统、仪表、预热及防凝装置、隔热保温等，详见附录A。5正常工作条件电加热系统应能在以下工作条件下正常运行，且能达到功能与性能要求：——环境温度：0℃~50℃;——相对湿度≤90%；——风速≤1m/s；——海拔≤1000m；——供电电压≤额定电压的110%。热带和高原环境下还应分别符合GB/T20626.1和JB/T4159的要求。6技术要求6.1系统功能与性能6.1.1电加热系统主要设备外观表面应无变形、凹陷、凸起、划痕等缺陷。6.1.2电加热系统应具有直接加热流动的熔融盐至工艺要求设定温度的功能，且温度波动宜不高于±5℃。6.1.3电加热系统应具备在额定电功率下输出额定热功率的能力，且电热效率应不低于6.1.4电加热系统应具有快速启停的功能，预热完成后启机和停机时间均不应超过60min。6.1.5电加热系统应具有在允许负荷调节范围内长期稳定运行的功能，且宜具备0～100%额定热功率连续可调的能力。6.1.6电加热系统应具备承受温度快速变化的能力，允许温度变化速率宜不低于5℃/min。6.1.7电加热系统应具有预热和防凝功能，应具备将电加热器、阀门及管道等受热部件加热至比熔融盐初晶点高50℃以上的能力，且应具备在24小时内将受热部件预热至设定温度的能力。6.1.8电加热系统应具有疏盐和排气的功能，疏盐和排气时间应能满足电加热系统的防凝和启停时间的要求。6.1.9电加热系统的设计压力应不低于运行过程中熔融盐可能达到的最高工作压力，且运行过程压力降宜不高于0.8MPa。6.1.10电加热系统的设计温度应不低于运行过程中熔融盐可能达到的最高工作温度，且加热元件设计表面温度宜至少比熔融盐分解温度低10℃。6.1.11电加热系统应具有以下数据采集的功能：——熔融盐流量；——进口压力、出口压力；——电加热器温度、进口熔融盐温度、出口熔融盐温度、管道温度、阀门温度；——电压、电流；——电加热器运行状态。6.1.12电加热系统应具有以下报警功能：——温度高限报警：电加热器温度、进口熔融盐温度、出口熔融盐温度；——压力高限报警：进口压力、出口压力；——流量低限报警。6.1.13电加热系统应具有以下联锁保护功能：——电加热器温度、出口熔融盐温度超限，能自动停机；——进口压力超限，能自动停机；——电流超限，能自动停机；——电压超限，能自动停机；——电流不平衡超限，能自动停机。6.1.14电加热系统应与太阳能光热发电站分散控制系统（DCS）进行数据通信，能够实现启停、功率、温度、流量等模拟量及开关量控制功能，并应符合GB/T45310的规定。6.1.15电加热系统应具备与安装场所环境条件相匹配的环境适应能力，防护等级应符合6.1.16电加热系统采用的材料应能承受正常运行条件下的热应力，且应具有抗熔融盐腐蚀的功能，腐蚀裕量满足以下要求：——采用不锈钢材质时，不应低于1mm；——采用碳钢或合金钢材质时，不应低于3mm。6.1.17电加热系统设计使用寿命应不低于25年。6.2.1电加热器6.2.1.1电加热器按加热原理可分为电阻式、电极式及电磁式熔融盐电加热器。6.2.1.2电加热器的标记方式如下：图1电加热器的标记方式6.2.1.3电加热器的产品代号为MEH。示例：额定电压6kV，额定电功率20MW，额定出口温度550℃的电阻式熔融盐电加热器，标记为：MEH-RH-6-20-550。6.2.1.5电加热器承压部件应符合GB/T150的规定。6.2.1.6当设计温度不高于425℃时，电加热器承压部件材质宜采用优质碳素钢；当设计温度高于425℃时，电加热器承压部件材质宜采用奥氏体不锈钢。6.2.1.7电加热器应采取防止频繁交变热应力引起疲劳损伤的措施。6.2.1.8电加热器应进行绝缘耐压试验，试验电压不低于（2U+1000）V，并应符合GB/T6.2.1.9电阻式电加热器电热元件应符合JB/T2379的规定，且冷态下绝缘电阻不应小于500MΩ,热态下绝缘电阻不应小于100MΩ。6.2.1.10电阻式电加热器电热元件采用的高电阻电热合金应符合GB/T1234的相关规定；金属管宜采用无缝钢管，当设计温度不高于500℃时，宜采用奥氏体不锈钢，当设计温度高于500℃时，宜采用镍基合金钢。6.2.1.11电极式电加热器的电极材料宜采用镍铬合金材料。6.2.1.12电磁式电加热器的感应线圈宜选用紫铜、导电铝等高导电率材料。6.2.1.13每台电加热器应设置不少于两个与接地网可靠连接的独立接地点。6.2.2管道与阀门6.2.2.1管道部件应符合GB/T20801的规定。6.2.2.2管道的柔性应能满足电加热系统最大水平和竖向方向上的热膨胀位移要求。6.2.2.3管道的最小尺寸不宜小于DN50，公称直径不大于DN80的熔融盐管道坡度不宜小于3%，公称直径大于DN80的熔融盐管道坡度不宜小于0.3%。6.2.2.4阀门的选型和布置应避免熔融盐在管道和阀门低点产生积盐。6.2.2.5阀门设计应同时满足介质温度、压力、流量、流向以及严密性等要求。6.2.2.6阀门宜采用对焊连接。6.2.2.7阀门应能承受管系在运行中对阀门产生的附加力。6.2.3配电系统6.2.3.1单台功率5MW及以上电加热器宜采用6kV及以上电压等级。6.2.3.2配电系统宜采用由进线柜、PT柜、馈线柜或调功器柜等装置组成的单元制接线供电，且宜布置在电加热器附近。6.2.3.3配电容量按最大计算负荷配置，应满足系统最大运行功率需求。6.2.3.4配电系统宜配置直流、交流不停电电源系统，且应符合DL/T5044的要求。6.2.3.5配电设备的绝缘水平、载流量等参数应根据环境条件进行修正，应符合GB/T6.2.4仪表6.2.4.1电加热系统温度测点应满足以下要求：——电加热器入口、出口应至少各配置1个温度测点；——电加热器应至少配置3个温度测点，并均匀分布；——每组电伴热应至少配置1个温度测点用于启停控制；——熔融盐阀门本体及阀门下游管道应至少各配置1个温度测点。6.2.4.2电加热系统压力测点应满足以下要求：——电加热器入口、出口应至少各配置1个压力测点；——压力测点取压管路应配置仪表阀。6.2.4.3电加热系统应至少配置1个流量测点。6.2.5预热及防凝装置6.2.5.1预热及防凝装置宜采用矿物绝缘(MI)电伴热，并同时满足预热及防凝功能。6.2.5.2预热及防凝装置的额定功率不宜低于30年一遇极端低温下的设备表面散热功率6.2.5.3当采用电伴热作为防凝装置时，其配置功率不宜低于额定功率的150%。6.2.6隔热保温6.2.6.1电加热器、阀门及管道等应进行隔热保温。6.2.6.2环境温度高于或等于25℃时，隔热材料外表面温度与环境温度的温差不应超过25℃；环境温度低于25℃时，隔热材料外表面温度不应超过50℃；防止人身烫伤的部位，其保温层外表面温度不应超过60℃。6.2.6.3保温结构应由保温层和保护层组成，不应因受自重或偶然外力作用而破坏。7试验与检测7.1试验与检测项目7.1.1电加热系统试验与检测项目见下表。表2电加热系统试验项目（按照试验顺序）序号检测项目技术要求试验方法1外观检测6.1.17.2.12监测功能检测6.1.12应按GB/T45310中规定的方法试验3报警功能检测6.1.13应按GB/T45310中规定的方法试验4联锁保护功能检测6.1.4应按GB/T45310中规定的方法试验5通信功能检测6.1.15应按GB/T45310中规定的方法试验6绝缘电阻检测6.2.1.6应按GB/T10066.1中9.3规定的方法进行试验8预热和防凝试验6.1.79排气和疏盐试验6.1.8启停试验6.1.4加热功能试验6.1.2电热效率试验6.1.3压力降试验6.1.9功率调节试验6.1.57.2试验与检测方法7.2.1外观检测7.2.1.1检验仪器和设备反射镜、放大镜等辅助目视。7.2.1.2检测前准备7.2.1.2.1设备已按图纸中的规定完成安装，且支撑牢固。7.2.1.2.2高温部件应冷却至常温后方可开展检测，避免高温烫伤。7.2.1.2.3清除设备、管路、仪表外表面浮尘、油污，保证观测表面清晰可见。7.2.1.3检测步骤检测按照下列步骤进行：a)检验应在安装完成后其他试验前，及其他试验完成后分别进行；b)进行目视检测，设备遮挡处、狭小死角等观测条件不佳位置，宜使用反射镜、放大镜等设备辅助目视检查。7.2.1.4合格判定各设备外观应符合6.1.1条要求。7.2.2预热和防凝试验7.2.2.1试验仪器和设备试验参数测量仪表包括：——温度传感器，量程应根据温度范围选择，精度等级应优于Ⅰ级；——计时器，精度应不低于1s。7.2.2.2试验前准备7.2.2.2.1受热部件温度不高于50℃。7.2.2.2.2温度传感器应布置在电加热器入口、出口连接管、电加热器以及阀门等位置。7.2.2.2.3试验前应检查电伴热的配电和控制系统，确保功能正常。7.2.2.3试验步骤试验按照以下步骤进行：a)启动预热及防凝系统；b)将电加热系统中电加热器、阀门及管道等受热部件预热至设定温度，记录预热完成的时间△tpreℎeatingi。7.2.2.4合格判定预热温度及预热时间均应符合6.1.7条要求。7.2.3排气和疏盐试验7.2.3.1试验仪器和设备试验参数测量仪表包括：a)熔融盐温度传感器，量程应根据温度范围选择，精度等级应优于Ⅰ级；b)计时器，精度应不低于1s。7.2.3.2试验前准备7.2.3.2.1试验前应确认电加热器、管道及阀门等部件无泄漏，确认各设备及部件无熔融7.2.3.2.2试验前电加热器、管道及阀门等部件应预热到设定温度。7.2.3.2.3试验前应检查冷盐泵及阀门，确保冷盐泵及阀门功能正常。7.2.3.2.4温度传感器应布置在电加热系统入口阀、出口阀、疏盐和排气阀后及电加热器7.2.3.3试验步骤试验按照以下步骤进行：a)打开电加热系统入口阀和所有排气阀；b)关闭疏盐阀和电加热系统出口阀；c)启动冷盐泵至额定流量，监测入口阀后和所有排气阀后测点温度；d)观察入口阀后温度测点温度变化，确定开始进盐，记录开始进盐时间；e)观察所有排气阀后温度测点温度变化，确定排气完成，记录排气完成时间；f)停止冷盐泵；g)打开所有疏盐阀，记录开始疏盐时间；h)观察所有疏盐阀后温度测点温度变化，确定疏盐完成，记录疏盐完成时间；i)计算电加热系统疏盐和排气所需时间。7.2.3.4合格判定电加热系统疏盐和排气时间应符合6.1.8条要求。7.2.4启停试验7.2.4.1试验仪器和设备试验参数测量仪表包括：——熔融盐温度传感器，量程应根据温度范围选择，精度等级应优于Ⅰ级；——压力传感器，量程应根据设计压力选择，精度等级应优于0.5级；——流量计，宜采用超声波流量计，精度等级应优1.0级；——计时器，精度应不低于1s。7.2.4.2试验前准备7.2.4.2.1试验前应确认电加热器、管道及阀门等部件无泄漏，确认各设备及部件无熔融7.2.4.2.2试验前应确保配电系统、管道、阀门、仪表、预热及防凝装置和冷盐泵等功能7.2.4.2.3温度传感器应布置在电加热器入口、出口连接管处及电加热器上。7.2.4.2.4熔融盐压力传感器应布置在电加热器入口、出口连接管处。7.2.4.2.5熔融盐流量计宜布置在电加热器入口上游管道处。7.2.4.3试验步骤试验按照以下步骤进行：a)启动预热及防凝系统；b)启动冷盐泵，观测流量计至熔融盐流量达到额定流量并稳定运行，流量的相对变化应小于±5%；c)启动电加热器，在保证安全运行及满足升温速率的前提下，逐步提升输出热功率，记录由零功率升至额定热功率的时间△tRampup；d)保持额定热功率运行至电加热器出口温度提升至额定出口温度并稳定运行，出口温e)在保证安全运行及满足升温速率的前提下，逐步降低输出热功率至停机，记录由额定热功率降至零功率的时间△tRampdown。7.2.4.4合格判定电加热系统启机和停机时间应符合6.1.4条要求。7.2.5加热功能、效率和压降试验电加热器系统加热功能试验、电热效率试验、压力降试验宜同时进行。7.2.5.1试验仪器和设备7.2.5.1.1环境参数测量仪表包括：——环境温度测量仪，量程宜为-40℃~60℃,精度应优于±0.5℃;——风速测量仪，量程宜为0~35m/s，精度应优于±0.5m/s；——环境湿度测量仪，量程宜为0~+100相对湿度精度应优于±2.5相对湿7.2.5.1.2试验参数测量仪表包括：——熔融盐温度传感器，量程应根据温度范围选择，精度等级应优于Ⅰ级；——压力传感器，量程应根据设计压力选择，精度等级应优于0.5级；——流量计，宜采用超声波流量计，精度等级应优1.0级。——电能表，精度等级应优于有功0.5S级，无功应优于2级；电压互感器精度等级应优于0.2级，电流互感器精度等级应优于0.2S级，量程应根据工作范围选择。——电压表，精度等级应优于0.5级，量程应根据工作范围选择。7.2.5.2试验条件7.2.5.2.1环境温度0℃~50℃。7.2.5.2.2电加热器附近地面10min内的平均风速不宜高于1m/s。7.2.5.2.3环境相对湿度应不高于90%。7.2.5.3试验前准备7.2.5.3.1试验前应确认电加热器、管道及阀门等部件无泄漏。7.2.5.3.2试验前应确认配电系统、管道、阀门、仪表、预热及防凝装置和冷盐泵。7.2.5.3.3温度传感器应布置在电加热器入口、出口连接管处及电加热器上。7.2.5.3.4熔融盐压力传感器应布置在电加热器入口、出口连接管处。7.2.5.3.5熔融盐流量计宜布置在电加热器入口上游管道处。7.2.5.3.6电能表应布置在进线柜处。7.2.5.3.7电压表应布置在进线柜处。7.2.5.3.8试验前应确定不同温度下熔融盐的物性参数。7.2.5.4试验步骤试验按照以下步骤进行：a)启动预热及防凝系统，使电加热系统升温至设定温度；b)启动冷盐泵，观测流量计至熔融盐流量达到额定流量并稳定运行，流量的相对变化应小于±5%；使电加热系统出口温度提升至额定出口温度；出口温度Touti、入口压力pini、出口压力pouti、流量mi、电能qi。e)每隔五分钟记录一组参数，同一时刻参数纪录为一组数据，记录的数据应不少于7.2.5.5数据处理7.2.5.5.1温度波动按式（1）计算：△T=MAX{|Touti__Ts|}△T——电加热系统出口温度波动值，单位为摄氏度(℃);Touti——第i次记录的电加热系统出口温度，单位为摄氏度(℃);Ts——电加热系统额定出口温度，单位为摄氏度(℃)。7.2.5.5.2电热效率按式（2）、（3）计算：η——电加热系统电热效率；QT——测量期间电加热系统输出热量，单位为千焦（kJQTi——第i次至第i+1次记录数据期间电加热系统输出热量，单位为千焦（kJqei——第i组数据记录的电加热系统电能用量，单位为千焦（kJmi——第i组数据记录的质量流量，单位为千克每秒（kg/sCp,i——第i组数据记录的熔融盐进出口温度的平均比热容，单位为千焦每千克摄氏度Touti——第i组数据记录的电加热系统出口温度，单位为摄氏度(℃);Tini——第i组数据记录的电加热系统进口温度，单位为摄氏度(℃)。7.2.5.5.3压力降按式（4）计算：△p=MAX{|pin,i__pout,i|}|pin__pout|…………（4）△p——电加热系统压力降，单位为兆帕（MPapin——电加热系统入口压力，单位为兆帕（MPapout——电加热系统出口压力，单位兆帕（MPa）。7.2.5.6合格判定7.2.5.6.1电加热系统额定工况平均出口温度及计算得到的电加热系统温度波动应符合7.2.5.6.2计算得到的电加热系统效率应符合6.1.3条要求。7.2.5.6.3计算得到的电加热系统压力降应符合6.1.10条要求。7.2.6功率调节试验7.2.6.1试验仪器和设备试验参数测量仪表包括：——熔融盐温度传感器，量程应根据温度范围选择，精度等级应优于Ⅰ级；——压力传感器，量程应根据设计压力选择，精度等级应优于0.5级；——流量计，宜采用超声波流量计，精度等级应优1.0级。——电能表，精度等级应优于有功0.5S级，无功应优于2级；电压互感器精度等级应优于0.2级，电流互感器精度等级应优于0.2S级，量程应根据工作范围选择。——电压表，精度等级应优于0.5级，量程应根据工作