高原地区槽式光热电站导热油泄漏监测装置应用研究

卢乃兵，刘万军，尹 航

（中广核太阳能德令哈有限公司，青海 德令哈 817000）

0 引言

槽式太阳能光热发电站是利用集热装置将太阳光线聚焦，以加热传热介质导热油，加热后的高温导热油通过表面式换热装置（油/盐换热器）将热量传递给储热介质熔融盐储存下来。在长期腐蚀、磨损等作用下，如发生油/盐换热器内部管板破损、泄漏，导热油进入熔融盐侧，将存在火灾、爆炸等重大安全隐患。为做好储热系统运行状态的监测以及安全风险的预控，在系统气相部分安装了导热油泄漏监测装置，用于监测有无导热油泄漏至熔融盐侧。导热油泄漏监测装置的关键部件氢火焰离子检测器具有灵敏度高、响应速度快、死体积较小、稳定性好和结构简单等诸多优点[1-8]，但是对气源的质量和流速控制要求较高，故在特殊环境地区应用需要通过不断调试和优化，以提升环境适应性，确保其正常运行。本文以某高原地区槽式光热电站为例，分析电站储热系统导热油泄漏监测装置原理及其400A型碳氢化合物的分析仪点火失败原因，并提出治理方案，为其他电站同类故障处理提供参考。

1 电站储热系统导热油泄漏监测装置原理

某电站储热系统采用的导热油泄漏监测装置为美国EMERSON 公司生产的400A 型碳氢化合物分析仪，该仪器具有精确测量纯净气体或大气环境中碳氢化合物含量的能力，应用于储热介质熔融盐气相部分氮气中导热油的浓度测量。400A 型碳氢化合物分析仪的工作原理是采用氢火焰离子检测方法，以相应配比的氢气/氮气为混合燃料气、空气为助燃气送入燃烧室内燃烧生成的火焰为能源，将从储热系统气相抽出来的检测样气送入燃烧室内，如样气中含有导热油（成分为26.5%联苯和73.5%联苯醚混合物，分子式为C6H5·C6H5—C6H5C6H4·O·C6H4·C6H5，碳氢化合物）气体，则在高温作用下发生化学电离，电离产生比基流高几个数量级的离子，在高压电场的定向作用下，形成离子流，微弱的离子流经过放大，成为与进入火焰的碳氢化合物的量成正比的电信号，通过信号的大小对碳氢化合物进行定量分析[9]。其工艺系统见图1。

图1 导热油泄漏分析仪系统图Fig.1 System diagram of thermal conductive oil leakage analyzer

2 故障现象及排查方案

2.1 故障现象

启动400A 型碳氢化合物分析仪，开启燃料气、空气及样气管路，启动点火按钮，装置显示“火焰熄灭”状态，且在打火时听不到氢气与氧气混合点燃的鸣爆声，检查排气管道无水雾或水珠现象，判断分析仪燃烧室内点火失败。

2.2 排查方案

根据400A 型碳氢化合物分析仪的装置结构和工作原理，分别从设备系统故障、燃料气气体纯度不足、燃料气/空气配比失调以及火焰信息传输异常等方面开展仪器点火故障的原因排查。

2.2.1 设备系统故障排查

2.2.1.1 点火线圈故障

拆除分析仪燃烧室的排气管接口，启动点火按钮，在接口处观察燃烧室内点火线圈工作状态。启动点火按钮时，检查点火线圈着火状态正常，排除点火线圈故障。

2.2.1.2 气源管路泄漏

开启样气、空气、燃料气气源供气，采用外观检查法和使用肥皂水对3路气源管线及其管线附件阀门、表计等进行泄漏检查。经排查未发现管路泄漏。

2.2.1.3 气源管路堵塞

分别拆除400A型分析仪燃烧室上游空气、燃料气及样气管路及配件进行通气试验。发现燃烧室接口处燃料气流量限制器及空气流量限制器均堵塞严重，无法正常通流。该流量限制器内部为金属粉末滤芯结构，通流孔隙极小，且存在锈蚀现象。

2.2.2 气体纯度及气源配比

2.2.2.1 混合燃料气中氢气纯度不足

在拆除燃烧室接口处的空气与燃料气流量限制器的情况下，以供货厂家提供的燃料气与空气流量比1∶10 为调试基准[10]，维持空气供气量不变，分别使用配比为50∶50、55∶45、60∶40、65∶35 的氢气/氮气混合燃料气进行点火试验。采用上述4种混合燃料气进行点火试验，分析仪均点火失败，故排除由于燃料气中氢气纯度较低导致点火失败。

2.2.2.2 空气供气量不足

在拆除燃烧室接口处的空气与燃料气流量限制器的情况下，仍以厂家提供的氢气与空气流量比1∶10为基准，采用氢气/氮气配比为50∶50的混合燃料气，保持燃料气供气量不变，分别选择燃料气/空气流量比例1∶11、1∶12、1∶13、1∶14、1∶15、1∶16、1∶17，逐步提升空气供气量进行点火试验。当燃料气/空气流量比例为1∶15、1∶16、1∶17时，发现燃烧室点火成功且火焰状态较为稳定。

2.2.3 火焰状态信息传输

检查燃烧室至分析仪主板之间的信号线缆，并采用手工点火模拟火焰的方法测试信号传输通道。燃烧室与主板之间连接的信号线缆紧固无松动，采用手工点火模拟火焰信号时，仪器显示“着火状态正常”，排除火焰状态信息传输存在故障的可能性。

3 原因分析与治理方案

3.1 原因分析

经上述故障排查发现，导致400A型碳氢化合物分析仪氢火焰离子检测器燃烧室点火失败的根本原因是燃料气/空气配比不足和燃烧室接口处燃料气流量限制器与空气流量限制器堵塞。

（1）由于电站位于海拔3000 m 的青海高原地区，空气稀薄，参考当地气象部门研究数据，空气中的平均含氧量仅为海平面含氧量的71.5%，最低值约56%[11-16]，导致进入燃烧室燃烧的氧气量不足，造成点火失败。

（2）燃烧室接口处燃料气与空气气源的流量限制器采用金属粉末滤芯结构，孔隙较小，在长期运行过程中，给燃烧室供气的气体中携带的微小杂质，造成流量限制器滤芯堵塞；且由于供气气体中携带的水分附在滤芯处，发生锈蚀，造成流量限制器堵塞加剧，供气管路不畅通，实际供气量严重不足，造成点火失败。

3.2 治理方案

（1）原装进口400A 型碳氢化合物分析仪未配备空气和燃料气流量监视和调整装置，导致气体流量控制难度较大。选用流量符合要求的浮子式流量计（流量为60～600 mL/min），分别装配在燃料气气源和空气气源调节阀之前的管路上，便于运维人员在操作仪器时进行精细调整和实时监视供气流量。

（2）拆除原装进口400A 型碳氢化合物分析仪燃烧室接口处的燃料气流量限制器，选用国产的氢气专用阻火器装配在燃料气供气侧管路，较原装气流限制器滤芯孔隙增大5 倍，在保持一定过滤功能的同时，具备防回火功能，提升设备运行的安全性（改进后工艺系统见图2）。

图2 改进后的导热油泄漏分析仪系统图Fig.2 System diagram of thermal conductive oil leakage analyzer after improvement

（3）通过试验调整燃料气/空气的流量配比，确定最优点火流量配比，将燃料气流量控制在35～40 mL/min，空气流量在580～660 mL/min。

（4）制订分析仪维护保养计划。定期检查燃料气气罐压力并及时调整、更换，确保供气压力大于0.5 MPa；定期检查清扫燃料气口、空气口及样气口处过滤器，检查清扫燃料气供气管线氢气阻火器，保证供气畅通。

4 结束语

本电站处于高原地区，采用400A型碳氢化合物分析仪进行导热油泄漏监测与较低海拔地区相比存在较大环境差异，结合实际运行经验对仪器进行了气源配比调整和设备部件的优化，不仅提升了设备运行可靠性，而且大幅降低了进口设备维护成本，可为使用同类型分析仪器的相关机构提供参考。