太阳能电站导热油物性数据的回归计算

刘长才，赵丽琼，徐清

(华北电力设计院工程有限公司，北京 100120)

0 引言

太阳能集热器是太阳能热利用系统中的关键设备，要求集热介质性能好、工作温度高、热稳定性强、传热性佳、热传递损失小、低蒸汽压、低凝固点、材料相溶性和经济性好。目前，较成熟的太阳能热发电系统传热介质主要为陶氏化学公司生产的牌号为DOWTHERM A的导热油，这一类型的导热油为联苯和联苯醚低熔混合物，由26.5%的联苯和73.5%的联苯醚组成。工作温度范围为12～400℃，是最稳定的合成有机导热油，裂解速率最低，对管材要求低，自燃点为615℃，经济性较好。

1 DOWTHERM A导热油的物性数据

在过程开发和各种应用研究中，广泛需要各种物质的物性数据，良好的物性数据在设计、研究、操作和控制中至关重要［1］，但数据的现状却不能令人满意。近年来不少学者为此呼吁并总结了正反两方面的经验:如由于缺乏可信度高的物性数据，导致设计中自信度的降低，并使投资和操作费用增加;或由于数据的精度不高和关联不善，引起了具有损害性的效应［2］。

在太阳能电站有关导热油的工艺计算中，需要大量的DOWTHERM A导热油物性数据，以确定导热油的性质，从而保证工艺计算准确性。然而，由于导热油多为供应商的专利产品，因此，具体的组分难以获得。在美国的DIPPR、德国的DETHERM和日本的热物性数据库也不会收录这些专用物质的物性数据［3］。本文通过厂家网站公开的DOWTHERM A导热油产品样本数据，用PROII软件将其物性数据回归成数学模型，在软件中建立虚拟组分，将回归的数学模型的参数导入虚拟组分中，进行导热油的相关工艺计算。

2 导热油物性数据的回归

物性数据回归一般按照数据收集→模型→参数回归的步骤进行。

2.1 样本物性数据的收集

进行物性数据的回归，首先要有准确的样本数据或试验数据。工艺模拟的物性数据主要有饱和蒸汽压、液体体积质量、理想气体比焓、液体比焓、潜热比焓、气体导热系数、液体导热系数、气体黏度、液体黏度和表面张力等。表1为DOWTHERM A的导热油样本数据。

2.2 数学模型的选择

导热油物性数据的回归需要选择关联的参数，从表1可以看出，导热油热力学数据均是温度的函数且是非线性的。已知现有温度参数9组数据，使用PROII软件进行回归计算时，供选择的数学模型最接近的为8参数模型，所以，采用8参数数学模型，利用样本数据回归所需的物性数据。

数学模型的方程为

式中:t为导热油温度，℃;C1～C8为参数;Prop为待回归的物性数据。

2.3 确定参数C1～C8

通过PROII软件回归物性数据，将给定的样本数据代入数学模型中，得出参数C1～C8的结果，见表2。

方差的设定

式中:S为方差;Propical为回归计算的物性数据;Propiexpt为样本给出的物性数据。

表1 DOWTHERM A的导热油样本数据

表2 DOWTHERM A的导热油物性回归参数

采用相应的数学模型对导热油物性进行回归计算，得出各参数(表2)及各参数与温度的关系曲线图(如图1～图4所示)，限于篇幅，本文仅给出饱和蒸汽压、潜热比焓、气体导热系数及液体黏度与温度的关系曲线图。从以上图中可以看出，各参数与温度的关系有的接近线性关系，有的则远离线性关系，所以，在计算时简单的采用线性关系进行物性及工艺计算会带来较大的误差。回归后的导热油物性与原有的数据库物性(即26.5%的联苯和73.5%的联苯醚的混合物)也有差别，因为各导热油公司为了技术保密而不公开相关的添加剂的物性，这些都会导致工艺计算的偏差。

图1 饱和蒸汽压与温度的关系曲线

3 采用回归后热力学参数的工艺计算

对导热油热力学参数的回归进行了计算，把回归后的参数存入PROII定义的虚拟组分数据库中，将回归后的参数与原有的物性数据库进行了比较分析［4］。

用PROII软件对太阳能电站导热油换热器建立图5所示流程，导热油换热器依次经过热器E3、蒸发器E2、省煤器E1，锅炉给水依次经过省煤器、蒸发器、过热器后产生过热蒸汽进入汽轮机。

采用回归后的热力学参数对太阳能电站中的导热油换热器中的省煤器E1进行工艺模拟计算，并与PROII数据库中的原热力学参数计算的结果进行比较［5-6］。

通过PROII模拟计算结果，在导热油热侧温度同为318.3℃的前提下，采用回归热力学参数计算的导热油质量流量为1993600 kg/h，而原热力数据计算的导热油质量流量为2099000 kg/h，采用回归热力学参数对省煤器的模拟计算可节省导热油质量流量达105400 kg/h，占原热力数据计算的导热油质量流量的5.02%。在太阳能电站中，采用国外品牌的导热油虽然毒性低，无气味，不结垢，无沉积，但价格非常昂贵，通过回归的导热油物性参数后的模拟计算可提高设计精度，同时降低投资。

图5 太阳能电站导热油换热器流程图

4 结论

对导热油样本数据进行了回归计算，采用合理的数学模型，推导出方差允许的模型参数，并用回归后的热力学数据对太阳能电站导热油换热器中的省煤器进行工艺计算，通过比较发现，导热油耗量比原数据库中的热力学数据计算的耗量节省5.02%，该导热油的热力学物性参数可以比较准确地进行太阳能电站中导热油换热器的工艺计算，对工程的设计有参考作用，使得工程设计更加精确和完善。

［1］王凌燕，孙晓岩，李忠杰，等.基于回归二元交互参数的芳烃抽提过程模拟［J］.化工学报，2011(12):3452-3457.

［2］廉洁，王双成.物质偏心因子的回归与关联［J］.化学工程，2006(10):34-10.

［3］朱自强.国外化工数据编篡进展简介［J］.化学工程，1997(3):25-03.

［4］党锁刚，高富春，汉鹏武.太阳能发电技术特性研究［J］.华电技术，2010，32(6):76-80.

［5］王志刚.太阳能光伏发电系统控制方案浅析［J］.华电技术，2010，32(4):18-19.

［6］吕贝，邱河梅，张宇.太阳能光伏发电产业现状及发展［J］.华电技术，2010，32(1):73-76.