- UFM 530 HT能測量從350°C到500°C的合成導熱油
- 在日常啟動和關閉時測量介質有很大的溫差
- 針對特殊用途定制的高效型UFC 030轉換器
1. 背景
某太陽能電站是歐洲第一個應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50兆瓦的發電量，能生產每年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動渦輪機在滿負荷（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液加熱到約400°C。這些能量被用作生產過熱蒸汽來推動汽輪機發電。
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，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
c) 一個帶有渦輪機，發電機和冷卻回路的發電區
一旦加熱后，合成導熱油通過傳輸管道到一個集中能量區或者中級溫度儲存區。熱的導熱油被直接傳輸到電廠的熱交換器用來生產蒸汽。蒸汽提供能量給渦輪機發電。冷卻后的導熱油再被泵抽回到收集太陽能的區域。
電廠也有一個熱量儲存系統，用來吸收白天太陽能區域產生的部分熱量。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。導熱油流向中級儲罐時，經過一個熱交換器來加熱熔融鹽。通過熱量的儲存，電力生產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或者熱量儲蓄系統。
這家電廠使用的合成導熱油是DOWTHERM A型導熱油。這是一種由兩種穩定的互溶物聯苯（C12H10）和聯苯醚（C12H10O）合成的有機熱傳導液。選擇這種導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傳感器焊接在材質為碳鋼的管道上，安裝在吸收管道后。該傳感器設計為無法蘭型，這是因為當啟動時，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%。針對這種應用，提供UFM500 HT高溫型傳感器配上UFC030 HiPower 高能效轉換器（根據現場經驗可以更好的測量）。
液態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 流量傳感器與標準的UFC030轉換器配套。管道材質是碳鋼，口徑是20“（DN500）。
UFM 530HT 在太陽能電站的第三個應用是測量從收集太陽能的區域到發電區的導熱油。導熱油被集中在一個直徑28“（DN700）的管道內。兩臺UFM 530 HT 高溫型超聲波流量計串聯在管道中。
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。每個管道的導熱油分別在蒸汽發電機1和2中經過熱交換器來加熱蒸汽。在發電區的UFM530 HT配的轉換器是標準的UFC 030轉換器。
3. 科隆解決方案
在測量導熱油時，我們發現的一個重要現象，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。這導致了在最高溫為392°C時聲速會非常?。ㄒ娤卤恚?。同時導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
除了這個現象之外， 1號電廠在早期的試運行階段，熱交換系統有些問題，發生了一些泄漏，蒸汽進入了熱傳導油系統。這樣導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，科隆認識到這種困難的高溫應用確實是一個挑戰并著手開始尋找解決方案。經過進一步的研究，研發了特殊的UFC030 HiPower高功率型轉換器。
UFC030 HiPower高功率型轉換器能提供更高的激發能量給換能器，以達到更高的信噪比。結合附加的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對這種特殊的UFC030 HiPower高功率型轉換器進行匹配。
因此，科隆制造了一個獨特而穩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置聲道的冗余。測量VoS聲速是為了得到產品的溫度信息。這個平行的雙通道設計的優勢在于萬一其中一條聲道失效時，儀表還可以繼續測量。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，過濾導熱油的維護可以有效的規劃和組織。
4. 客戶利益
- 潛在的泄漏點減少
- 對于頻繁的每天啟動到關閉的循環中較大的溫度變化，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測量
- 無需加價的診斷信息
- 產品溫度信息
- 科隆定制的解決方案：在熱傳導系統中測量合成導熱油
- 導熱油的復雜工況應用：一個不導電介質在高溫下又有特殊的聲學特性。
5. 使用產品
UFM 500 HT 傳感器
- 無法蘭的UFM500傳感器，溫度可達500°C
- 口徑范圍可從DN50到DN750
- 堅固的全焊接結構
- 平行的雙通道冗余結構
- 材質：不銹鋼，碳鋼，雙相鋼
UFC 030 高功率型轉換器
- 全新的測量動態導熱油的專用UFC030轉換器
- 測量溫度可達到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芯
- 一體化的診斷功能
