实时在线温度及泄漏监测在熔盐储罐上的应用.pdf
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1、48化工设计 2023,33(4)CHEMICAL ENGINEERING DESIGN实时在线温度及泄漏监测在熔盐储罐上的应用王锐*中国成达工程有限公司成都610041摘要本文介绍了目前行业内常用的熔盐储罐表面温度及泄漏监测方法,阐述了光纤测温的原理,并对比分析了光纤测温与常规点式温度监测在双壁熔盐储罐表面温度及泄漏监测上的技术优劣,为熔盐储罐实时在线温度及泄漏监测提供了新的解决方案。关键词光纤测温泄漏监测熔盐储罐DOI:10.3969/j.issn.1007-6247.2023.04.012随着我国雾霾和环境污染的加重,国家对新能源行业的政策支持力度也越来越大。储能以及太阳能热发电技术取得
2、了长足发展,其中,高温熔盐储能技术是解决新能源发电与电网匹配的重要途径,在新兴的光热电站中已经开始应用。大型熔盐储罐是熔盐光热发电技术中的关键设备,其寿命和安全直接关系到电站的长周期运行和经济效益。由于熔盐储罐的介质容积大(通常大于 20000 m3)、设备表面积大(通常大于 1000 m2)、介质温度高(通常大于 590)以及缺乏制造经验等,在国内外已经运行的大型熔盐储罐部分出现了泄漏,给工厂带来了巨大的损失。因此,为了保证光热电厂的长周期正常运行,对大型熔盐储罐实时在线温度监测和泄漏预警显得十分必要。1常见的熔盐储罐表面温度及泄漏监测方法熔盐储罐主要有单壁罐和双壁罐两种结构型式,都面临实时
3、表面温度监测及泄漏预警问题。国内外大型熔盐储罐通常采用点式测量技术,即在罐体表面安装点式温度传感器进行罐体表面温度测量和泄漏检测,其存在以下 5 个缺点:(1)需要在设备表面大量布点,不能连续精确测温,存在测量盲区。(2)布点范围有限,不能精确定位。(3)连接电缆不耐高温。(4)抗电磁干扰弱。(5)安装维护成本高,系统复杂。目前的技术只有当泄漏量覆盖到温度监测点时,泄漏才能被监测到,具有一定的延迟,且无法准确定位泄漏点。同时温度传感器的使用寿命较短(3 5 年),一旦损坏熔盐储罐将失去泄漏报警功能。随着熔盐储罐越来越大型化,温度传感器的布线长度和难度也大大增加,投资成本随之升高。2光纤测温技术
4、光纤测温技术是近年才发展起来的新技术,主要有光纤光栅和光纤分布式测温(Distributed Temperature Sensor,DTS)两种。其中,光纤分布式测温具有较好的环境适应性,可承受较大的压力和恶劣的环境,适用于熔盐储罐的高温环境。光纤分布式测温是以光纤作为传感器进行温度感知的技术,该系统利用单根光纤同时实现温度的监测和信号的传输,可以探测微小的温度变化,实时提供准确而连续的温度数据,可实现沿光纤所有点的大范围、长距离、高精度(0.5)、点间小(50 cm)的实时快速多点测量空间温度分布,其机理是后向拉曼(Raman)散射效应。激光脉冲与光纤分子相互作用,发生多种散射,如瑞利散射、
5、布里渊散射和拉曼散射等。其中,拉曼散射对温度最为敏感。光纤中光传输的每一点都会产生拉曼散射,且产生的拉曼散射光均匀分布在整个空间角内。由于光纤分子的热振动,会产生一个比光源波长长的光斯托克斯(Stokes)光和一个比光源波长短的光反斯托克斯(Anti-Stokes)光。受外部温度的调制,*王锐:高级工程师。2003年毕业于西南石油大学计算机科学与技术专业获学士学位。从事化工项目市场工作。联系电话:028-65537053,E-mail:。王锐实时在线温度及泄漏监测在熔盐储罐上的应用492023,33(4)使光纤中的反斯托克斯光强发生变化,Anti-Stokes与 Stokes 的比值提供了温度
6、的绝对指示。利用这一原理实现对沿光纤温度场的分布式测量,结合高品质的脉冲光源和高速的信号采集与处理技术,就可以得到沿光纤所有点的准确温度值。3光纤测温技术在双壁熔盐储罐表面温度和泄漏测量中的新方案分布式光纤测温系统由 DTS 测温主机、耐高温测温光缆、工控机及系统软件组成见图 1,将耐高温测温光缆设置在内储罐与外储罐之间,光缆的两端通过熔盐储罐外的接线箱与测温主机连接,测温主机与控制系统连接,用于采集内储罐罐壁和内、外储罐之间空气隔热层的实时温度差。并通过反射时间计算得到光纤沿线的精确温度分布,并实时定位预警见图 4。图 1系统整体结构图DTS 测温主机的一个光通道由连接光缆接入熔盐储罐的接线
7、箱(FJB),在接线箱内连接光缆与测温光缆相接。耐高温测温光缆从熔盐储罐内、外罐之间的顶管口进入,然后沿熔盐储罐内罐外壁由上而下间隔 2 m(间隔距离可根据要求调整)环形敷设,均匀敷设至罐底后,测温光缆在罐底部沿内外层罐体夹层间靠近内层储罐壁 0.3 m 处(距离可根据罐体容积因素等调整)的地表面环形敷设一周,然后沿着内罐壁垂直向上敷设,从熔盐储罐顶管口引出进入接线箱,再由连接光缆接入 DTS 测温主机见图 2。测温光缆敷设完毕后,在内罐外壁上利用卡槽对测温光缆进行固定,使光缆紧贴罐壁。卡槽扣在内罐罐壁上,将光缆夹在中间,通过焊接锚固件支座对卡槽进行固定见图 3。因此,将光纤按一定路径敷设在熔
8、盐储罐周围得到熔盐储罐周围各个位置的温度分布,可在线测温并通过温度的突变监测储罐内介质的泄漏情况,图 3光纤在罐壁上的安装图图 4系统图通过在双壁熔盐储罐上实施光纤测温技术,再加上安装在工控机上的可视化监控软件,可实时显示储罐温度分布及报警信息。其具有以下 5 个功能:(1)电子地图显示功能:用单子图形的方式呈现监测回路的温度值,当温度超过设定值时,在布局图上以不同颜色显示报警位置。(2)温度在线显示:显示监测回路的实时温度计报警指标的当前值。图 2单个储罐内的结构50化工设计 2023,33(4)CHEMICAL ENGINEERING DESIGN(3)泄漏报警:对监视的空间分段设置不同分
9、区,对不同的部位进行不同标准的监视。(4)定位报警位置:当发生泄漏时,除温度报警外,还能够精确定位温度异常点的位置信息,并记录报警数据,方便及时找到问题,并尽快执行应急处理预案。(5)光纤断裂报警及定位:当出现光纤断裂时,报警并显示断裂位置。同时,可以将以上信息通过 TCP/IP、Modbus等通信协议传输到 DCS 及其它上层网络系统进行实时监控显示。4结语实时在线温度及泄漏监测在熔盐储罐上的应用替代了目前的点式测温方法,解决了点式测温方法覆盖率低、安装困难的缺点。随着该技术在新兴的光热电站和未来的储能电站中的大规模应用,其实时在线、覆盖面广、精确测量、安装方便、寿命长、经济价值高等优点,将
10、带来一定的社会效益和经济效益。参考文献1 张晓微,刘锦昆,陈童颜,等.基于分布式光纤传感器的管道泄漏监测实验研究J.水利与建筑工程学报,2016,3(1):1-6.2 张水平,张祖昆.基于光纤传感技术对天然气储罐泄漏温度场变化的监测J.江西理工大学学报,2017,38(3):97-102.(收稿日期2023-06-13)(上接第 6 页)根据模拟数值绘制工质冷凝温度对系统净输出功的影响变化曲线,见图 7。置,能够减少城市污染、保护环境,其与 LNG 接收站联合能够起到节能降耗的作用,特别符合国家产业发展的政策导向。(3)LNG 冷能用于发电是高效利用 LNG 冷能的一种形式。不同发电工艺的冷能
11、利用率不同,对低温朗肯循环法进行优化改进,选择合适的工质和循环系统,针对不同的热源温度和冷凝温度区间优选方案,可最大限度地回收冷量。参考文献1 张超,金海刚,邵国芬,等.LNG 冷能发电工质选择与参数优化J .石油与天然气化工,2015,44(4):54-58.2 曹文胜,鲁雪生.LNG 接收站利用低品位热源低温发电 J .低温与超导,2012,40(3):17-20.3 陈利琼,许培林,等.LNG 冷能发电技术现状分析J .天然气与石油,2013,31(6):39-44.4 Kim T S,Ro S T.Power augmentation of combined cycle power p
12、lants using cold energy of liquefied natural gas J .Energy,2000,25(9):841856.5 Dispenza C,Dispenza G,Rocca V L,et al.Exergy recovery during LNG regasification:Electric energy production Part two J .Applied Thermal Engineering,2009,29(2):380387.6 林文胜,顾安忠,鲁雪生,等.空分装置利用 LNG 冷量的热力学分析J .深冷技术,2003(3):26-30
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