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熔鹽工況閥門設計挑戰與CSP市場機遇

2024-09-04 瀏覽量:301

1. 對閥門的常規要求

1.1 應用于熔鹽工況的閥門,必須符合以下各項要求:

? 必須采用金屬閥座。對接觸介質的密封件應使用特殊石墨。

? 開關閥必須符合ISO 5208/API 598/EN 13344-1 Rate-A標準;控制閥必須符合FCI 70-2 Class V標準。

? 為實現可靠密封,推薦采用對接焊連接。? 填料泄漏率必須符合ISO 15848Rate-A標準。

? 閥門必須能在不拆卸執行器的情況下,在線進行維護和填料更換。

? 需配置加熱保溫系統,以便裝置妥善運行。

? 閥門必須能承受CSP固有的熱循環。

? 填料和密封墊材質必須和閥門相匹配。

1.2 閥門還必須符合相關電站的特定要求,例如:

? 必須能承受地震荷載。

? 噪音和振動必須控制在可以接受的范圍內。

? 電氣設備必須適配現場條件。

? 閥門的最低使用壽命必須符合項目和設施的要求。

? 閥門必須能承受2萬至2萬五千次熱循環。

? 填料和密封墊的選型必須滿足業主提出的技術規范。

? 必須與指定的管道壁厚相匹配。

? 閥門必須能在一定溫度范圍內正常控制熔鹽流動。

? 閥門材質必須和混合鹽及相關構件材質相適配。

? 必須保證足夠厚度的保溫層。

? 優化能耗水平,確保符合電伴熱系統(EHT)的要求。

? 閥門必須接受嚴格測試,操作人員必須接受全方面的培訓。

? 必須提前準備好零配件和專用維護工具。

2. 設計時需考量的因素

2.1 三偏心蝶閥(TOBV)

? TOBV的設計必須遵循ASM EB16.34,API 609 和ASME第八卷第一冊(Sec VIII Div.1)等行業標準。

? 必須按照要求采用對接焊連接和金屬-金屬密封,并且有效地和加熱系統整合,以便防止熔鹽凝固。

? 內置緊固件必須能承受熱紊流,且性能不受影響。閥頸/導桿的設計必須和電伴熱系統(EHT)適配。

? 接口密封元件、閥桿填料和密封圈必須能防止鹽和石墨相接觸。

? 溫度傳感器必須安排在最不能獲得有效加熱的區域,例如填料、底部墊片和閥體內的流道等區域。

? 閥體填料函延長段的設計,必須以熱力學有限元分析為基礎,并充分考慮到現場條件、保溫層容納空間和供熱的情況。

2.2 截止(控制)閥(GCV)

? GCV 的設計同樣應遵循A S M EB16.34,API 623,ASME 第八卷第一冊等行業標準。

? 設計應優先考慮防止填料區域接觸到熱熔鹽流,并將填料函區域的溫度維持在允許范圍之內。

? 配置HT延長閥蓋的特制填料系統,也是設計時應關注的重點:

i. 如果最高溫度達到400℃ ,必須采用Garlock 1200 PBI,GarlockThermaPUR 4122和鋅環等材料。

ii. 如果最高溫度達到600℃,有必要采用Garlock Quickset 9001和Garlock 1303 FEP填料。

3. 驗證和確認

3.1 熱力學有限元分析

熱力學有限元分析對于閥門設計的驗證非常重要。對于冷鹽工況的閥門而言,它有助于識別并減少低溫區域。對于熱鹽工況的閥門,它能幫助分析填料劣化情況和熱載荷。瞬態熱結構分析能幫助判斷閥門是否遭受熱沖擊,并判斷其疲勞壽命和蠕變壽命,確保閥門在聚光太陽能發電站的工況中可靠運行。

3.2 現場確認

在模擬的聚光太陽能發電(CSP)工況中測試閥門,包括進行熱循環和密封性能測試,能深入了解閥門在實際應用中的性能表現。和相關專業機構合作,進行閥門性能現場確認,有助于確保設計的整體完好性和運行效率。

4. 聚光太陽能發電站(CSP plant)的節能和熱損失有效的加熱和熱能管理對于CSP而言非常關鍵。重點包括:

? 選擇管狀或陶瓷基加熱器,有利于優化能耗和縮小加熱器尺寸。

? 冷鹽管道中的閥門被加熱至鹽的熔點以上, 以防止結冰。閥門外表面采用保溫設計。

? 采用形狀與被加熱部件表面契合的加熱器,并精確計算傳感器的安裝位置,可以降低熱損失。

? 找到能耗和幾何外形之間的平衡點,就能實現運行效率的最大化、降低成本,并且提高可持續性。

5. 發展和未來展望

與熔鹽相關的技術進步,推動著閥門行業不斷產生各種高價值的發明創造,尤其是在CSP發電應用領域。技術的進步需要閥門承受更極端的溫度,腐蝕性工況,和各種苛刻的工藝條件。

關鍵技術包括:

? 熔鹽快速反應堆(MSFR)

? 氟鹽冷卻高溫堆(FHR)

? 液態氟化釷反應堆(LFTR)

? 一體化熔鹽堆結合硫化物循環工藝(HyS IMSR)

? 第三代聚光太陽能發電(Gen-3 CSP)

? 甲烷熱解

? 重組

? 脫鹽

每項技術都要用到專門設計的閥門,以便在高溫和腐蝕環境中保持經久耐用,保障安全和運行效率。

聚光太陽能發電(CSP)的市場注定會出現大幅度增長,市場價值預計將從2023年的283億美元,飆升到2034年的5523億美元。年度綜合增長率(CAGR)將達34.6%。2022年的發電產能為6602兆瓦,預計在2023至2030期間,將以5.6%的年度綜合增長率連續增長。促成增長的因素,既有政府對可再生能源的激勵計劃,也有全球對太陽能發電基礎設施的投資熱潮。

總之,不斷擴大的CSP市場給閥門行業提供了重大商機,引導后者開發和創造各種滿足苛刻要求的閥門產品,使產品能成功應用于先進的熔鹽發電技術。通過投資開發新材料,改進設計和采用智能技術,閥門行業有望在未來可持續發展的能源領域扮演重要角色。