摘要：塔式熔鹽吸熱器是光熱發(fā)電系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，其制造方式與常規(guī)鍋爐產(chǎn)品存在很大差別。本文主要闡述了塔式光熱發(fā)電吸熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制造難點(diǎn)及解決方案。

引言

隨著環(huán)境問(wèn)題的加劇，可再生能源已成為各國(guó)能源戰(zhàn)略的重中之重。為避免不穩(wěn)定能源對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，各地方電網(wǎng)針對(duì)新上風(fēng)電、光伏出臺(tái)了配備儲(chǔ)能的要求。在當(dāng)前技術(shù)條件下，以光伏作為可再生能源發(fā)電項(xiàng)目?jī)?chǔ)能方式綜合成本較低，市場(chǎng)前景廣闊。塔式熔鹽吸熱器是光熱發(fā)電系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，我公司與某業(yè)主共同研發(fā)設(shè)計(jì)吸熱器設(shè)備，該設(shè)備采用薄壁鎳基管排連接不銹鋼集箱的結(jié)構(gòu)，受光部分進(jìn)行吸熱涂料噴涂，內(nèi)部介質(zhì)為熔鹽，運(yùn)行工況惡劣，需進(jìn)行每日啟停，其制造方式與常規(guī)鍋爐產(chǎn)品存在很大差別，有必要對(duì)其制造工藝技術(shù)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的研究。

１工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

１．１工作原理

在塔式熔鹽太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，熔鹽吸熱器是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電最為關(guān)鍵的設(shè)備之一，來(lái)自電站冷罐的冷熔鹽通過(guò)入口緩沖罐進(jìn)入多塊吸熱器吸熱板，吸收來(lái)自鏡場(chǎng)的熱量，熔鹽在最后一塊吸熱板的末端達(dá)到其額定出口溫度，加熱后的熔鹽流過(guò)出口緩沖罐到達(dá)電站的熱罐，并從熱罐通過(guò)泵輸送到蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能從光能到熱能的轉(zhuǎn)化。

１．２結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

吸熱器主要由吸熱管、上下部集箱、支撐桁架等幾部分組成，并且需要在廠內(nèi)安裝保溫、電伴熱后方可出廠，吸熱器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖１。吸熱管采用鎳基薄壁管，由中間直管加兩端彎管組成，管子壁厚薄且長(zhǎng)，中間直管需焊接鎳基附件，兩端彎管與不銹鋼集箱連接；吸熱管受光部分需噴涂太陽(yáng)能高溫吸熱涂料，涂料噴涂前需對(duì)待涂表面進(jìn)行預(yù)處理以保證涂層性能滿足設(shè)計(jì)要求。

圖１吸熱器結(jié)構(gòu)

２制造工藝流程

１）吸熱管兩端彎管：下料（管接頭和彎頭）→管接頭機(jī)加→接長(zhǎng)→彎管→通球→與中間直管接長(zhǎng)。

２）吸熱管中間直管：定尺來(lái)料→去余量→加工坡口→裝焊附件→清理油污→噴砂→與兩端彎管接長(zhǎng)→通球→總裝。

３）總裝：放樣→裝焊管束→裝焊集箱端蓋→水壓→油漆→漆膜固化→裝焊桁架→裝保溫、電伴熱→油漆包裝。

３難點(diǎn)分析與解決辦法

３．１薄壁鎳基管彎管

吸熱管采用薄壁鎳基管，由于材質(zhì)為新材質(zhì)且管壁較薄，彎管時(shí)易出現(xiàn)變形及凹坑，且彎管存在空間彎結(jié)構(gòu)，空間角度不易控制。彎管變形情況見(jiàn)圖２。

圖２薄壁鎳基管彎管變形

解決辦法：針對(duì)彎管變形問(wèn)題，對(duì)彎管工裝進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)彎管模型腔尺寸，使其更適用于薄壁管彎制，反復(fù)調(diào)試彎管參數(shù)，同時(shí)對(duì)模具不夠圓滑的表面進(jìn)行修磨，避免造成彎管表面凹坑，最終使吸熱管彎管質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

３．２薄壁鎳基管焊接

鎳基材料極易氧化，同時(shí)薄壁管散熱慢容易超溫，所以鎳基薄壁管焊接易發(fā)生氧化變色，見(jiàn)圖３，焊接附件時(shí)，由于管子壁厚太薄，極易焊漏在管子內(nèi)壁形成鼓包，見(jiàn)圖４；薄壁管焊接特別考驗(yàn)焊工操作手法，焊接過(guò)程中局部停留時(shí)間稍長(zhǎng)便容易造成焊漏。

圖３鎳基薄壁管焊接發(fā)生氧化變色

圖４鎳基薄壁管焊接附件內(nèi)壁鼓包

解決辦法：對(duì)于對(duì)接焊縫，采用半圈焊后冷卻降溫再焊下半弧的焊接順序，采用斷弧焊接手法取代焊工常用連弧焊接手法可減輕鎳基管對(duì)接處母材氧化，同時(shí)做好氣體保護(hù)措施。對(duì)于附件角焊縫，通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化減小附件焊腳尺寸，附件兩側(cè)用砂輪打磨出倒角，減小焊接處附件厚度，減小焊接電流，增加焊接速度，減少熱輸入；焊接時(shí)焊接電弧偏向附件側(cè)，既保證較厚附件熔化，又減少管側(cè)熱輸入，有效預(yù)防管子焊漏及背部氧化。同時(shí)加強(qiáng)焊工考試，焊前采用試樣進(jìn)行焊工培訓(xùn)，保證焊工具備薄壁鎳基管焊接資格。

３．３高溫吸熱涂料噴涂

吸熱管受光部分需進(jìn)行吸熱涂料噴涂，噴涂效果直接影響吸熱器性能指標(biāo)。吸熱涂料噴涂過(guò)程對(duì)于場(chǎng)地環(huán)境、吸熱管表面質(zhì)量及噴涂參數(shù)都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，由于對(duì)吸熱涂層噴涂尚無(wú)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)吸熱管壁薄且尺寸較長(zhǎng)，在噴涂前表面預(yù)處理過(guò)程中吸熱管易發(fā)生變形，吸熱涂料噴涂質(zhì)量難以保證。進(jìn)爐固化前漆膜不能完全干燥存在一定粘性，噴涂后需對(duì)漆膜做好防護(hù)防止沾染灰塵等造成污染，影響漆膜性能；涂料噴涂后漆膜很薄，磕碰后易產(chǎn)生破損，需對(duì)噴涂后漆膜進(jìn)行防護(hù)。

解決辦法：為保證吸熱涂料噴涂效果，同時(shí)最大限度保護(hù)噴涂后漆膜，制定合理的噴涂流程：直管?chē)娚扒俺汀鷩娚啊芷量傃b→吸熱涂料噴涂→常溫干燥→高溫固化；采用轉(zhuǎn)運(yùn)工裝架用于除油、噴砂過(guò)程吸熱管轉(zhuǎn)運(yùn)，防止吸熱管損傷、污染；噴砂后用塑料保護(hù)套包裹吸熱管表面，以防總裝過(guò)程污染吸熱管表面；對(duì)噴涂場(chǎng)地及設(shè)備進(jìn)行修整，使其滿足噴涂標(biāo)準(zhǔn)要求；噴涂前對(duì)施工噴涂人員進(jìn)行理論及現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，保證作業(yè)人員具備噴涂資格；整屏噴涂后采用防護(hù)蓋防護(hù)管屏，防止噴涂后及進(jìn)爐高溫固化時(shí)污染漆膜；針對(duì)吸熱涂層噴涂無(wú)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的問(wèn)題，在產(chǎn)前進(jìn)行噴涂全流程模擬件制造，驗(yàn)證噴涂方案的可實(shí)施性，噴涂模擬件見(jiàn)圖５。

３．４制造過(guò)程防護(hù)控制

吸熱管壁厚非常薄且單根吸熱管總長(zhǎng)較長(zhǎng)，生產(chǎn)、吊運(yùn)過(guò)程中極易導(dǎo)致管子變形，若發(fā)生磕碰極易產(chǎn)生凹坑；吸熱管受光部分需噴涂吸熱涂料，噴涂流程較為復(fù)雜，需經(jīng)歷多道表面處理工序，涂料噴涂全程及噴涂完成后，產(chǎn)品表面均禁止磕碰和其它異物污染；吸熱管受光區(qū)域管子不允許拼接，局部損傷后整根管子均不能使用，無(wú)法返修；針對(duì)上述情況，吸熱器制造過(guò)程防護(hù)控制非常重要。

圖５吸熱涂料噴涂模擬件

解決辦法：針對(duì)吸熱器制造過(guò)程防護(hù)控制，提出詳細(xì)的防護(hù)要求，如吸熱管采用人工搬運(yùn)的方式，不允許使用吊車(chē)起吊，管子轉(zhuǎn)運(yùn)采用轉(zhuǎn)運(yùn)工裝架，防止管子變形、劃傷等；吸熱管裝焊所用料架，均采用膠皮進(jìn)行支墊，防止磕碰吸熱管表面；油漆后的管屏，需采用專(zhuān)用工裝架進(jìn)行起吊、轉(zhuǎn)運(yùn)，并采用防護(hù)工裝進(jìn)行防護(hù)，防止吸熱管表面漆膜損傷、污染等。詳細(xì)梳理制造過(guò)程防護(hù)控制要點(diǎn)，編制專(zhuān)門(mén)的制造工藝規(guī)程下發(fā)至相關(guān)部門(mén)，并對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行工藝技術(shù)交底及培訓(xùn)。

４結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)塔式光熱發(fā)電吸熱器制造工藝技術(shù)的研究，采用正確的工藝措施，保證產(chǎn)品的冷作、焊接、噴涂、裝配質(zhì)量，總結(jié)出塔式光熱發(fā)電吸熱器的相關(guān)制造工藝技術(shù)，結(jié)合我公司的設(shè)備及生產(chǎn)能力，制定合理的工藝方案，在保證產(chǎn)品順利生產(chǎn)的同時(shí)，為后續(xù)同類(lèi)產(chǎn)品的制造積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我公司后續(xù)光熱項(xiàng)目的簽訂具有重要意義。

本文轉(zhuǎn)自《鍋爐制造》，作者：王靜，康寶龍，宋建。