- UFM 530 HT能測(cè)量從350°C到500°C的合成導(dǎo)熱油
- 在日常啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)測(cè)量介質(zhì)有很大的溫差
- 針對(duì)特殊用途定制的高效型UFC 030轉(zhuǎn)換器
1. 背景
某太陽(yáng)能電站是歐洲第一個(gè)應(yīng)用拋物面槽集熱器的商用聚焦式太陽(yáng)能電廠（CSP）。它位于西班牙，共有1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)三個(gè)電廠。每個(gè)電廠的太陽(yáng)能采集點(diǎn)包含624個(gè)采集器，每個(gè)電廠就有510000m2的總采集面積。每個(gè)電廠擁有總計(jì)50兆瓦的發(fā)電量，能生產(chǎn)每年180千兆瓦小時(shí)（GW*h）（21MW每年）。萬(wàn)一遇上下雨或者太陽(yáng)下山后，一個(gè)滿的儲(chǔ)熱槽能夠驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)在滿負(fù)荷（375MW*h）下工作個(gè)7.5小時(shí)。每個(gè)儲(chǔ)熱槽包含兩個(gè)高14m直徑36m的熔融鹽儲(chǔ)罐。
帶拋物面槽的太陽(yáng)能熱電站
帶拋物面槽系統(tǒng)的太陽(yáng)能電站使用拋物面型鏡面反射器將陽(yáng)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(guò)熱蒸汽來(lái)推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。
一個(gè)使用拋物面槽的太陽(yáng)能電廠基
本由三個(gè)部分組成：
a) 太陽(yáng)能區(qū)，含拋物面槽和熱量傳輸回路
b) 一個(gè)熔融鹽的溫度存儲(chǔ)系統(tǒng)
c) 一個(gè)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(guò)傳輸管道到一個(gè)集中能量區(qū)或者中級(jí)溫度儲(chǔ)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(lái)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(yáng)能的區(qū)域。
電廠也有一個(gè)熱量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，用來(lái)吸收白天太陽(yáng)能區(qū)域產(chǎn)生的部分熱量。這些熱量?jī)?chǔ)存在灌滿混合熔融鹽的儲(chǔ)罐中，在夜晚或者陰天時(shí)使用。導(dǎo)熱油流向中級(jí)儲(chǔ)罐時(shí)，經(jīng)過(guò)一個(gè)熱交換器來(lái)加熱熔融鹽。通過(guò)熱量的儲(chǔ)存，電力生產(chǎn)不會(huì)受到短暫的太陽(yáng)輻照缺失的影響，增加了太陽(yáng)能熱電站數(shù)小時(shí)的工作時(shí)間
2. 測(cè)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(gè)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?jī)?chǔ)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?yàn)樗臏囟瓤梢陨仙?00°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(jì)為無(wú)法蘭型，這是因?yàn)楫?dāng)啟動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)升起溫度升高會(huì)使管道受熱膨脹。流量計(jì)的精度要求為1%-2%。針對(duì)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(chǎng)經(jīng)驗(yàn)可以更好的測(cè)量）。
液態(tài)鹽熱存儲(chǔ)在常壓下工作，每個(gè)電廠有兩個(gè)儲(chǔ)罐。在陰天或太陽(yáng)下山后運(yùn)作所需的熱量存儲(chǔ)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(guò)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(cè)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(yáng)能電站的第三個(gè)應(yīng)用是測(cè)量從收集太陽(yáng)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(gè)直徑28“（DN700）的管道內(nèi)。兩臺(tái)UFM 530 HT 高溫型超聲波流量計(jì)串聯(lián)在管道中。
管道隨后被分作兩個(gè)直徑為20“(DN500)的管道。每個(gè)管道上安裝一臺(tái)UFM 530HT。每個(gè)管道的導(dǎo)熱油分別在蒸汽發(fā)電機(jī)1和2中經(jīng)過(guò)熱交換器來(lái)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(cè)量導(dǎo)熱油時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)的一個(gè)重要現(xiàn)象，就是聲音的速度（VoS）在溫度較高時(shí)會(huì)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(shí)聲速會(huì)非常小（見(jiàn)下表）。同時(shí)導(dǎo)熱油的密度對(duì)溫度變化很敏感。在高溫下，超聲波信號(hào)將會(huì)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(gè)現(xiàn)象之外， 1號(hào)電廠在早期的試運(yùn)行階段，熱交換系統(tǒng)有些問(wèn)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(gè)聲道上聲波信號(hào)的損失使我們注意到了這個(gè)問(wèn)題。同時(shí)，科隆認(rèn)識(shí)到這種困難的高溫應(yīng)用確實(shí)是一個(gè)挑戰(zhàn)并著手開(kāi)始尋找解決方案。經(jīng)過(guò)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(chēng)為科隆“averaging”或“high performance”的軟件，UFC030 HiPower高功率型轉(zhuǎn)換器可自動(dòng)平均聲音信號(hào)。同時(shí)，聲音信號(hào)的濾波功能也已經(jīng)對(duì)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(gè)獨(dú)特而穩(wěn)定的兩聲道高溫型超聲波流量計(jì)，帶VoS聲速測(cè)量功能和一個(gè)內(nèi)置聲道的冗余。測(cè)量VoS聲速是為了得到產(chǎn)品的溫度信息。這個(gè)平行的雙通道設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于萬(wàn)一其中一條聲道失效時(shí)，儀表還可以繼續(xù)測(cè)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(guò)程診斷。基于增益上升作為診斷信號(hào)，過(guò)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
無(wú)法蘭型
UFM530 HT超聲波流量計(jì)配特殊高功率UFC030轉(zhuǎn)換器：
- 潛在的泄漏點(diǎn)減少
- 對(duì)于頻繁的每天啟動(dòng)到關(guān)閉的循環(huán)中較大的溫度變化，這個(gè)方案更加堅(jiān)固可靠
- 如果有一條通道失效，另一條通道可以繼續(xù)測(cè)量
- 可用于診斷的聲速測(cè)量數(shù)據(jù)。
- 無(wú)需加價(jià)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(cè)量合成導(dǎo)熱油
- 導(dǎo)熱油的復(fù)雜工況應(yīng)用：一個(gè)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(wú)法蘭的UFM500傳感器，溫度可達(dá)500°C
- 口徑范圍可從DN50到DN750
- 堅(jiān)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(cè)量動(dòng)態(tài)導(dǎo)熱油的專(zhuān)用UFC030轉(zhuǎn)換器
- 測(cè)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
