- UFM 530 HT能測量從350°C到500°C的合成導(dǎo)熱油
- 在日常啟動和關(guān)閉時測量介質(zhì)有很大的溫差
- 針對特殊用途定制的高效型UFC 030轉(zhuǎn)換器
1. 背景
某太陽能電站是歐洲第一個應(yīng)用拋物面槽集熱器的商用聚焦式太陽能電廠（CSP）。它位于西班牙，共有1號、2號、3號三個電廠。每個電廠的太陽能采集點包含624個采集器，每個電廠就有510000m2的總采集面積。每個電廠擁有總計50兆瓦的發(fā)電量，能生產(chǎn)每年180千兆瓦小時（GW*h）（21MW每年）。萬一遇上下雨或者太陽下山后，一個滿的儲熱槽能夠驅(qū)動渦輪機(jī)在滿負(fù)荷（375MW*h）下工作個7.5小時。每個儲熱槽包含兩個高14m直徑36m的熔融鹽儲罐。
帶拋物面槽的太陽能熱電站
帶拋物面槽系統(tǒng)的太陽能電站使用拋物面型鏡面反射器將陽光集中到吸收管上并將熱傳導(dǎo)液加熱到約400°C。這些能量被用作生產(chǎn)過熱蒸汽來推動汽輪機(jī)發(fā)電。
一個使用拋物面槽的太陽能電廠基
本由三個部分組成：
a) 太陽能區(qū)，含拋物面槽和熱量傳輸回路
b) 一個熔融鹽的溫度存儲系統(tǒng)
c) 一個帶有渦輪機(jī)，發(fā)電機(jī)和冷卻回路的發(fā)電區(qū)
一旦加熱后，合成導(dǎo)熱油通過傳輸管道到一個集中能量區(qū)或者中級溫度儲存區(qū)。熱的導(dǎo)熱油被直接傳輸?shù)诫姀S的熱交換器用來生產(chǎn)蒸汽。蒸汽提供能量給渦輪機(jī)發(fā)電。冷卻后的導(dǎo)熱油再被泵抽回到收集太陽能的區(qū)域。
電廠也有一個熱量儲存系統(tǒng)，用來吸收白天太陽能區(qū)域產(chǎn)生的部分熱量。這些熱量儲存在灌滿混合熔融鹽的儲罐中，在夜晚或者陰天時使用。導(dǎo)熱油流向中級儲罐時，經(jīng)過一個熱交換器來加熱熔融鹽。通過熱量的儲存，電力生產(chǎn)不會受到短暫的太陽輻照缺失的影響，增加了太陽能熱電站數(shù)小時的工作時間
2. 測量要求
拋物面槽吸收器的管道是由多層不銹鋼管道組成，外層包裹有一個帶抗反射涂層的真空隔離同軸硼硅玻璃管道。在拋物槽的延伸末端，吸收管道連接到所謂的收集管道。收集管再一次合并到傳遞管道傳遞到能量區(qū)或者熱量儲蓄系統(tǒng)。
這家電廠使用的合成導(dǎo)熱油是DOWTHERM A型導(dǎo)熱油。這是一種由兩種穩(wěn)定的互溶物聯(lián)苯（C12H10）和聯(lián)苯醚（C12H10O）合成的有機(jī)熱傳導(dǎo)液。選擇這種導(dǎo)熱油是因為它的溫度可以上升至400°C，并且可以承受白天到黑夜之間的巨大的溫度變化。
科隆 口徑18”(DN450)的UFM500 HT傳感器焊接在材質(zhì)為碳鋼的管道上，安裝在吸收管道后。該傳感器設(shè)計為無法蘭型，這是因為當(dāng)啟動時，太陽升起溫度升高會使管道受熱膨脹。流量計的精度要求為1%-2%。針對這種應(yīng)用，提供UFM500 HT高溫型傳感器配上UFC030 HiPower 高能效轉(zhuǎn)換器（根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗可以更好的測量）。
液態(tài)鹽熱存儲在常壓下工作，每個電廠有兩個儲罐。在陰天或太陽下山后運(yùn)作所需的熱量存儲于混合熔融鹽中，這種鹽由60%硝酸鈉（NaNO3）和40%硝酸鉀（KNO3）組成。在熔融鹽從冷罐向熱罐的泵送過程中，混合熔融鹽在出口端吸收額外的熱量，大約從290°C被加熱到390°C。
用于測量熔融鹽的科隆 UFM 500 HT 流量傳感器與標(biāo)準(zhǔn)的UFC030轉(zhuǎn)換器配套。管道材質(zhì)是碳鋼，口徑是20“（DN500）。
UFM 530HT 在太陽能電站的第三個應(yīng)用是測量從收集太陽能的區(qū)域到發(fā)電區(qū)的導(dǎo)熱油。導(dǎo)熱油被集中在一個直徑28“（DN700）的管道內(nèi)。兩臺UFM 530 HT 高溫型超聲波流量計串聯(lián)在管道中。
管道隨后被分作兩個直徑為20“(DN500)的管道。每個管道上安裝一臺UFM 530HT。每個管道的導(dǎo)熱油分別在蒸汽發(fā)電機(jī)1和2中經(jīng)過熱交換器來加熱蒸汽。在發(fā)電區(qū)的UFM530 HT配的轉(zhuǎn)換器是標(biāo)準(zhǔn)的UFC 030轉(zhuǎn)換器。
3. 科隆解決方案
在測量導(dǎo)熱油時，我們發(fā)現(xiàn)的一個重要現(xiàn)象，就是聲音的速度（VoS）在溫度較高時會急劇下降。每升高一攝氏度，聲速降低3m/s。這導(dǎo)致了在最高溫為392°C時聲速會非常小（見下表）。同時導(dǎo)熱油的密度對溫度變化很敏感。在高溫下，超聲波信號將會急劇衰減。
溫度（°C） 聲速（VoS）
247 770m/s
260 757m/s 1m/s 每攝氏度
310 627m/s 2.6m/s每攝氏度
320 597m/s 3.0m/s每攝氏度
371 460m/s 2.7m/s每攝氏度
除了這個現(xiàn)象之外， 1號電廠在早期的試運(yùn)行階段，熱交換系統(tǒng)有些問題，發(fā)生了一些泄漏，蒸汽進(jìn)入了熱傳導(dǎo)油系統(tǒng)。這樣導(dǎo)熱油里就有了些生銹的顆粒，而水則乳化了油。UFM 530 HT下面一個聲道上聲波信號的損失使我們注意到了這個問題。同時，科隆認(rèn)識到這種困難的高溫應(yīng)用確實是一個挑戰(zhàn)并著手開始尋找解決方案。經(jīng)過進(jìn)一步的研究，研發(fā)了特殊的UFC030 HiPower高功率型轉(zhuǎn)換器。
UFC030 HiPower高功率型轉(zhuǎn)換器能提供更高的激發(fā)能量給換能器，以達(dá)到更高的信噪比。結(jié)合附加的SRAM芯片和被稱為科隆“averaging”或“high performance”的軟件，UFC030 HiPower高功率型轉(zhuǎn)換器可自動平均聲音信號。同時，聲音信號的濾波功能也已經(jīng)對這種特殊的UFC030 HiPower高功率型轉(zhuǎn)換器進(jìn)行匹配。
因此，科隆制造了一個獨(dú)特而穩(wěn)定的兩聲道高溫型超聲波流量計，帶VoS聲速測量功能和一個內(nèi)置聲道的冗余。測量VoS聲速是為了得到產(chǎn)品的溫度信息。這個平行的雙通道設(shè)計的優(yōu)勢在于萬一其中一條聲道失效時，儀表還可以繼續(xù)測量。如果電流輸出作為增益值被連接到控制室，增益值能夠用于過程診斷。基于增益上升作為診斷信號，過濾導(dǎo)熱油的維護(hù)可以有效的規(guī)劃和組織。
4. 客戶利益
- 潛在的泄漏點減少
- 對于頻繁的每天啟動到關(guān)閉的循環(huán)中較大的溫度變化，這個方案更加堅固可靠
- 如果有一條通道失效，另一條通道可以繼續(xù)測量
- 無需加價的診斷信息
- 產(chǎn)品溫度信息
- 科隆定制的解決方案：在熱傳導(dǎo)系統(tǒng)中測量合成導(dǎo)熱油
- 導(dǎo)熱油的復(fù)雜工況應(yīng)用：一個不導(dǎo)電介質(zhì)在高溫下又有特殊的聲學(xué)特性。
5. 使用產(chǎn)品
UFM 500 HT 傳感器
- 無法蘭的UFM500傳感器，溫度可達(dá)500°C
- 口徑范圍可從DN50到DN750
- 堅固的全焊接結(jié)構(gòu)
- 平行的雙通道冗余結(jié)構(gòu)
- 材質(zhì)：不銹鋼，碳鋼，雙相鋼
UFC 030 高功率型轉(zhuǎn)換器
- 全新的測量動態(tài)導(dǎo)熱油的專用UFC030轉(zhuǎn)換器
- 測量溫度可達(dá)到500°C并且可以適用于較大的溫度變化
- 特殊的高功率電子機(jī)芯
- 一體化的診斷功能
