实时在线温度及泄漏监测在熔盐储罐上的应用.pdf

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、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：[phone]，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 plants 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.（收稿日期2022-10-26）图 7工质冷凝温度对系统净输出功的影响由图7可知，在LNG与工质流量一定的情况下，系统的净输出功随着工质冷凝温度的降低而增大，即 LNG 传递给工质的冷量随着工质冷凝温度的降低而增加，回收的冷量变多。（注：此处的冷凝温度指混合工质全凝时的温度）。4结语（1）冷能发电装置的操作相对灵活，产品仅为电能，不存在运输、储存和销售的问题，可以使装置尽可能的满负荷运行，全厂的操作稳定性较好；且装置全过程启动、停车较快，负荷调节灵活，受LNG 冷源供应影响较小。（2）冷能发电是无污染排放的产生电能的装 化工设计，（），（，），（，），（，），（櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓）化工设计 编委会名单名 誉 主 任 委 员 袁 纽主任委员 甘克俭执行副主任委员 王允升首 席 技 术 专 家 周光耀顾 问 曾纪龙副 主 任 委 员（以姓氏笔画为序）王江义 中石化上海工程有限公司王明云 信息产业电子第十一研究院有限公司刘中民 中科院大连化学物理所许贤文 中国昆仑工程公司吴 霞 中国医药集团重庆医药设计院辛 忠 华东理工大学委 员（以姓氏笔画为序）于春梅 中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院山秀丽 华陆工程科技有限责任公司王大春 浙江省天正设计工程有限公司王公应 中国科学院成都有机化学有限公司王 蓉 东华工程科技股份有限公司王勤获 上海华谊工程有限公司田德永 中海油山东化学工程有限责任公司韩树飞 中国电子系统工程第四建设有限公司冯跃华 化工部长沙设计研究院朱坤锋 中国石油天然气管道工程有限公司朱家骅 四川大学任明秋 大连大化工程设计有限公司刘晋波 重庆化工设计研究院有限公司孙志刚 中石化宁波工程有限公司孙晓春 中石化石油工程设计有限公司杨庆兰 中国寰球工程公司杨泳涛 成都市通用工程技术有限责任公司何 浩 新疆石油勘察设计研究院（有限公司）汪根宝 中石化南京工程有限公司宋振华 蓝星工程有限公司张剑光 广东寰球广业工程有限公司张新林 上海寰球工程有限公司林 中 惠生工程（中国）有限公司罗志强 湖南化工医药设计院单 荣 云南化工设计院有限公司施恭盛 福建省石油化学工业设计院施福富 赛鼎工程有限公司姜忠义 天津大学耿玉侠 中国天辰工程有限公司夏节文 中国化学工程第三建设有限公司夏 吴 中国五环工程有限公司梁龙虎 中石化洛阳工程有限公司魏 东 中国化学工业桂林工程有限公司魏蜀刚 四川省化工设计院Analysis of Influence of Cable Capacitance on Reactive Power Compensation CapacityGao Xue（Hualu Engineering&Technology Co.,Ltd.,Xian 710065）In the power distribution design of chemical plant,due to the large number of inductive loads and the high consumption of reactive power,reactive power compensation is necessary to ensure the stable operation of the power distribution system and reduce operational losses.Usually,when calculating the reactive power compensation value,only the active and reactive power of the motor are considered.However,due to the extensive use of cable lines as power distribution lines in power distribution systems of chemical industry,there is a certain error between the compensation value calculated by using this method and the actual compensation value required.This paper evaluates the influence of cable capacitance on compensation capacity accuracy by calculating and analyzing the reactive power compensation of cable capacitance,which can provides a certain reference for engineering design.Key wordscable capacitancereactive power compensationpower factorApplication Research of AVEVA Instrumentation Engineer in Instrument System DesignQi Guiqing,et al（Engineering Company 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