浙江中控太陽能技術(shù)有限公司基于其德令哈10MW以及50MW塔式電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對熔鹽塔式太陽能熱發(fā)電站中相關(guān)儀表選型及注意事項(xiàng)等進(jìn)行了分析。

壓力表用于測量和指示工業(yè)系統(tǒng)環(huán)境壓力的儀表，應(yīng)用非常普遍。在太陽能光熱電站熔鹽系統(tǒng)中，壓力表同樣是不可或缺的重要測量設(shè)備之一，其主要功能為檢測熔鹽管路、部分熔鹽儲(chǔ)罐壓力。與流量計(jì)相同，熔鹽的高溫和凝固特性導(dǎo)致常規(guī)性儀表不能夠滿足熔鹽工況對儀表的特殊需求。熔鹽壓力表選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也需特殊考慮。

隔膜式壓力表通過壓力表隔膜將工作介質(zhì)和導(dǎo)壓介質(zhì)隔離，其原理上較適用于工況較為苛刻的腐蝕性介質(zhì)中，該類壓力表可以考慮用于高溫熔鹽系統(tǒng)中，隔膜材料可選用鉭等耐高溫耐腐蝕金屬材料。中間導(dǎo)壓介質(zhì)通常使用硅油，但高溫工況下即便是專門耐熱的高溫硅油也難以承受565℃的高溫（國內(nèi)高溫硅油最高耐受溫度在350℃左右，國外高溫硅油最高耐受溫度在400℃左右）。從這點(diǎn)可以看出，隔膜式壓力表導(dǎo)壓介質(zhì)的耐溫能力是該種儀表能否使用的最為關(guān)鍵因素。

1、鈉鉀合金介質(zhì)

鈉鉀合金是鈉（Na）和鉀（K）的合金，其常溫狀態(tài)下為液體，不同配比情況下其熔點(diǎn)和沸點(diǎn)均不相同。熔點(diǎn)最低的鈉鉀合金鉀含量為78%，鈉含量為22%，該鈉鉀合金熔點(diǎn)為-12.6℃，沸點(diǎn)為785℃，過去其主要作用是冷卻劑、催化劑和干燥劑。

鈉鉀合金-12.6～785℃的液態(tài)溫度范圍作為熔鹽工況下新型隔膜式壓力表的導(dǎo)壓介質(zhì)是非常合適的，其溫度區(qū)間完全囊括了熔鹽工藝溫度范圍。-12.6℃的熔點(diǎn)溫度不僅適用于正常廠房的環(huán)境溫度，即便是在環(huán)境溫度極低（最低溫度可達(dá)到-30℃以下）的高海拔區(qū)域，也可以通過安裝在管路和設(shè)備上的電加熱設(shè)備進(jìn)行加熱升溫，短時(shí)間內(nèi)融化并達(dá)到正常工作狀態(tài)。

一般來說，隔膜式壓力表是以法蘭形式安裝于管道上的，這種凹陷結(jié)構(gòu)不但可能成為熔鹽系統(tǒng)泄漏隱患，還有可能使膈膜和介質(zhì)接觸的地方發(fā)生熔鹽掛壁堵塞，導(dǎo)致儀表失效。為了避免發(fā)生這種情況，需對壓力表專門設(shè)計(jì)帶可插入擴(kuò)散膜片的法蘭式膈膜密封方式。具體構(gòu)造如圖1所示，其中，1—壓力表本體，2—散熱結(jié)構(gòu)，3—法蘭結(jié)構(gòu)，4—管道，5—擴(kuò)散膜片結(jié)構(gòu)膜盒，6—NaK合金介質(zhì)。

圖1：可插入擴(kuò)散膜片的法蘭式NaK隔膜式壓力表

這種開放式突出的膜片可以保證即便是有熔鹽能凝結(jié)在膜片上，也能及時(shí)在熔鹽沖刷下短時(shí)間內(nèi)融化附著在表面的熔鹽。

然而，鈉鉀合金還有很強(qiáng)的還原性，介質(zhì)一旦遇到空氣和水會(huì)迅速發(fā)生燃燒甚至爆炸。在工業(yè)系統(tǒng)中，任何存在安全隱患的設(shè)備都需要進(jìn)行嚴(yán)格的安全認(rèn)證和日常檢查的。鈉鉀合金本身就存在燃燒甚至爆炸的可能，一旦儀表內(nèi)部發(fā)生泄漏就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重事故，何況熔鹽高溫下本身就有強(qiáng)氧化性。

2、低溫熔鹽

低溫熔鹽介質(zhì)作為導(dǎo)壓介質(zhì)的方案也理論上存在于高溫壓力表的研究中。其低熔點(diǎn)和高沸點(diǎn)特性的優(yōu)越性僅次于NaK合金介質(zhì)，并且暴露于外界不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，安全性遠(yuǎn)高于NaK合金介質(zhì)?，F(xiàn)今業(yè)界當(dāng)中，北京工業(yè)大學(xué)所研發(fā)的低熔點(diǎn)混合熔鹽介質(zhì)熔點(diǎn)為83.7℃，沸點(diǎn)可達(dá)到592.9℃。

低溫熔鹽導(dǎo)壓介質(zhì)壓力表與鈉鉀合金介質(zhì)隔膜式壓力表總體上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本相同，從功能上來說可以做到正常運(yùn)行，但在實(shí)際工況中使用還是稍顯不足。熔鹽由于膨脹量較大，當(dāng)系統(tǒng)長期停運(yùn)時(shí)，膜盒中填充的低溫熔鹽介質(zhì)會(huì)自然凍結(jié)，膜盒填充液密封區(qū)域耐膨脹能力不足，膨脹的熔鹽極可能毀壞膜盒。另外，系統(tǒng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)將對膜盒內(nèi)凝固的熔鹽進(jìn)行融化，熔點(diǎn)83.7℃的熔鹽也需要長時(shí)間熔化過程。由于熔鹽介質(zhì)的特殊性，現(xiàn)該種壓力表實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中使用較少，產(chǎn)品尚欠成熟開發(fā)。

3、結(jié)構(gòu)改造

改造結(jié)構(gòu)通過儀表結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，保證儀表正常工作。該結(jié)構(gòu)采用延長管降溫的辦法，熔鹽介質(zhì)從流動(dòng)管道中進(jìn)入延長管并通過延長管散熱，在到達(dá)儀表膈膜前使熔鹽溫度降到壓力表高溫硅油安全工作溫度以下。然而，壓力表僅考慮延長管降溫是不夠的，復(fù)雜的工況和外部環(huán)境很可能導(dǎo)致降溫過快，溫度低的熔鹽易凝固在延長管中。針對可能的熔鹽凝固問題，對延長裝置配置了保溫層、熱電偶以及電伴熱設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對壓力表溫度進(jìn)行準(zhǔn)確控制，保證壓力表法蘭膈膜處介質(zhì)溫度控制在導(dǎo)壓介質(zhì)高溫硅油耐受溫度范圍內(nèi)，且不產(chǎn)生熔鹽凝固問題。設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中，1—壓力表本體，2—散熱結(jié)構(gòu)，3—法蘭結(jié)構(gòu)，4—保溫層，5—保溫套管（電伴熱），6—延長管，7—管道：

圖2：帶延長管結(jié)構(gòu)的隔膜式壓力表

改造儀表通過延長管進(jìn)行介質(zhì)降溫，通過加熱裝置以及控溫裝置進(jìn)行嚴(yán)格溫度控制，原理簡單、易于操作且成本相對較低?，F(xiàn)今這種配置延長結(jié)構(gòu)壓力表已運(yùn)用到多數(shù)實(shí)際光熱電站項(xiàng)目當(dāng)中。

綜合研究結(jié)果表明，現(xiàn)階段熔鹽壓力表最為成熟的選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式如下：可以采用配置延長結(jié)構(gòu)和溫控功能的壓力表，既保證使用中壓力表導(dǎo)壓介質(zhì)不會(huì)超溫?fù)]發(fā)，也確保與膈膜接觸處的熔鹽不會(huì)低溫凍結(jié)。NaK介質(zhì)或其他導(dǎo)壓介質(zhì)壓力表雖然原理上可行，但實(shí)際可靠性尚待驗(yàn)證。