新月沙丘光熱電站熔鹽泄露事故的七個(gè)原因分析

全球裝機(jī)最大的已建成熔鹽塔電站新月沙丘電站最近發(fā)生了一起小規(guī)模的熔鹽罐熔鹽泄露事故，導(dǎo)致該電站自今年10月份晚期即脫網(wǎng)停運(yùn)，預(yù)計(jì)到明年一月份方可恢復(fù)正常運(yùn)行。排除SolarReserve所稱的12月份為計(jì)劃內(nèi)檢修期，該電站因此事故至少導(dǎo)致11月一個(gè)整月無(wú)法發(fā)電。

除了對(duì)儲(chǔ)熱罐進(jìn)行維修帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失外，更大的損失在于電站停運(yùn)導(dǎo)致的售電收入損失。據(jù)最新數(shù)據(jù)，該電站在今年9月份的月發(fā)電量達(dá)到30514MWh，該項(xiàng)目的PPA簽約電價(jià)為0.135美元/kWh，據(jù)此粗略估算，停運(yùn)一個(gè)月造成的售電收入損失約在400萬(wàn)美元左右。

由此來(lái)看，熔鹽泄露事故對(duì)在運(yùn)行電站造成的經(jīng)濟(jì)損失不可小覷。而據(jù)了解，漏鹽事故在光熱發(fā)電項(xiàng)目特別是熔鹽塔電站中發(fā)生的可能性較大，全球首個(gè)商業(yè)化的熔鹽塔電站Gemasolar電站據(jù)稱也發(fā)生過(guò)類似事故。那么，對(duì)國(guó)內(nèi)即將展開的光熱示范項(xiàng)目建設(shè)而言，如何盡最大可能地避免此類事故發(fā)生？首先我們需要搞明白的是什么原因會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐漏鹽事故。

在相關(guān)話題討論中，多位行業(yè)熱心人士分享了他們對(duì)該起事故發(fā)生原因的看法。據(jù)行業(yè)人士反饋，共計(jì)可能有七個(gè)方面的原因?qū)е聝?chǔ)罐漏鹽事故，包括焊接過(guò)程中的溫度和質(zhì)量把控問(wèn)題、罐體應(yīng)力、焊后為進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理、罐體鋼材的腐蝕問(wèn)題、焊縫無(wú)損檢測(cè)比例較低、鹽罐尺寸過(guò)大等等。

由于新月沙丘電站的開發(fā)商并未對(duì)外公布具體的泄漏細(xì)節(jié)，國(guó)內(nèi)行業(yè)人士也僅僅是從自己的專業(yè)角度出發(fā)，對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行分析解讀，僅供參考。

一、焊接的工藝質(zhì)量問(wèn)題？

“我認(rèn)為此次的焊縫泄漏可能與施工方?jīng)]有嚴(yán)格按照焊接工藝控制焊接過(guò)程中的溫度有關(guān)。不同的材料，焊接工藝溫度也不一樣，而這一溫度取決于罐體的材料，焊劑，坡口等。“濱特爾閥流體控制公司大中華區(qū)產(chǎn)品銷售經(jīng)理于曉華說(shuō)。

除焊接溫度外，山東電力建設(shè)第三工程公司某行業(yè)人士指出，還可能是由于鋼板較厚，且坡口尺寸不標(biāo)準(zhǔn)，焊接過(guò)程中未焊透造成的。另外，可能在使用自動(dòng)焊機(jī)過(guò)程中，未做好防風(fēng)措施。

煙臺(tái)歐潤(rùn)機(jī)電技術(shù)服務(wù)有限公司的王軍補(bǔ)充稱，“焊接方面的問(wèn)題還包括焊接前的焊口清洗沒(méi)到位、焊接氣體保護(hù)沒(méi)做好、焊后應(yīng)力消除沒(méi)做好、焊后探傷沒(méi)做好等。”

二、罐體內(nèi)部巨大應(yīng)力造成泄露？

不少行業(yè)人士認(rèn)為，主因是儲(chǔ)熱罐體內(nèi)部溫差大導(dǎo)致應(yīng)力集中造成的。造成罐內(nèi)應(yīng)力問(wèn)題的可能原因是熔鹽鹽溫度出現(xiàn)波動(dòng)，造成應(yīng)力裂紋，在一定冷熱交變下裂紋撕裂等。

“焊縫是罐體中最薄弱的地方，最易應(yīng)力集中的地方。并且罐體大，應(yīng)該設(shè)置熱態(tài)分析及溫度監(jiān)控點(diǎn)，保證均勻受熱，應(yīng)力才不會(huì)集中出現(xiàn)。”于曉華表示。

三、焊劑材料耐腐蝕程度不夠？

此次的儲(chǔ)罐焊縫出現(xiàn)問(wèn)題，焊劑材料耐腐蝕程度也是一個(gè)值得考量的因素。因此為防止類似的問(wèn)題出現(xiàn)，有專家建議可適當(dāng)提高焊料的耐腐蝕規(guī)格或添加耐腐蝕成分。

但王軍認(rèn)為，這一說(shuō)法并不適用于新月沙丘電站。因?yàn)楦鶕?jù)開發(fā)商的說(shuō)法，此次的泄漏的規(guī)模很小，如果是焊料的耐腐蝕度不足，那么應(yīng)該是大面積的開裂了。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，罐體表面尤其是焊縫位置應(yīng)該做一下酸洗鈍化處理為好。

四、熔鹽腐蝕罐體鋼材導(dǎo)致漏鹽？

北京百富麗科技有限公司的佟光華指出，融鹽的熱脹冷縮會(huì)給材料造成的壓力，從而突破鋼材的晶格，對(duì)儲(chǔ)罐造成腐蝕。

而何遠(yuǎn)之卻猜測(cè)，此處焊縫泄漏，并不是由于腐蝕造成的。“對(duì)于大直徑熔鹽罐，我個(gè)人比較擔(dān)心的是大直徑高溫差下的罐體膨脹問(wèn)題，罐底在基礎(chǔ)上滑動(dòng)膨脹量較大，如果結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)局部卡滯，例如加熱器等內(nèi)件膨脹方向與罐底膨脹方向不同步，或者配管應(yīng)力計(jì)算時(shí)，對(duì)罐體直徑的膨脹量考慮不足，則有可能引起焊縫撕裂。（熔鹽罐的大管線在頂部，管道應(yīng)力可能不是這次的原因）”

五、焊后消除應(yīng)力（熱處理）工作未做到位？

于曉華認(rèn)為，對(duì)于這種大型容器，使用的較厚鋼板應(yīng)做焊后熱處理，以消除應(yīng)力。并且，其它與罐體相焊接的設(shè)備管線等，也應(yīng)做焊后熱處理。所以推測(cè)，此次漏鹽很可能與此有關(guān)。

但碧海舟（北京）節(jié)能環(huán)保裝備有限公司的何遠(yuǎn)之對(duì)此持不同看法，他表示，大型儲(chǔ)罐，物料進(jìn)/出口、儀表口、罐底檢修人孔等，會(huì)集中布置在幾塊罐壁板上。大型油罐的壁板是低合金鋼板，這幾塊帶管口/檢修孔的壁板是要進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理的，熱處理是在工廠的熱處理爐內(nèi)進(jìn)行，通常不會(huì)有熱處理瑕疵。

對(duì)于低合金罐，設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)調(diào)整罐體尺寸，使得設(shè)計(jì)的壁板厚度小于需要焊后熱處理的厚度。而奧氏體不銹鋼一般不進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理。并且以熔鹽罐的體量和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，焊縫也不可能現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行固溶處理或穩(wěn)定化處理。

熔鹽罐的操作溫度高達(dá)560℃，已經(jīng)達(dá)到了降低加熱條件的焊后消除應(yīng)力熱處理溫度，使用中會(huì)自然地消除焊接應(yīng)力。

因此，何遠(yuǎn)之認(rèn)為不是焊后消除應(yīng)力（熱處理）沒(méi)做好的問(wèn)題。

六、儲(chǔ)罐的焊縫無(wú)損檢測(cè)比例較低？

大型儲(chǔ)罐的焊縫無(wú)損檢測(cè)比例較低一直是一個(gè)潛在的問(wèn)題，如果沒(méi)有做到100%無(wú)損檢測(cè)，則可能會(huì)留下隱患。江蘇太陽(yáng)寶董事長(zhǎng)殷建平指出的三點(diǎn)原因之一也包括，焊接檢驗(yàn)沒(méi)有達(dá)到100％，存在排孔問(wèn)題。

何遠(yuǎn)之進(jìn)一步解釋說(shuō)，大型儲(chǔ)罐通常需要進(jìn)行約10%的焊縫檢測(cè)”，即完全按照焊接工藝評(píng)定和焊接工藝規(guī)程進(jìn)行焊接，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)焊接條件限制，也可能出現(xiàn)焊接質(zhì)量問(wèn)題。

“從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，可以適當(dāng)提高無(wú)損檢測(cè)的比例，T型焊縫處進(jìn)行射線檢測(cè)，其它位置提高超聲檢測(cè)比例，下部?jī)扇薇诤凸薜椎乃泻缚p進(jìn)行滲透檢測(cè)。但若想提高無(wú)損檢測(cè)比例需要花費(fèi)很多資金，即使是底圈罐壁焊縫100%超聲檢測(cè)。”何遠(yuǎn)之說(shuō)。

七、熔鹽罐基礎(chǔ)沉降不均？

何遠(yuǎn)之另外指出，熔鹽罐基礎(chǔ)沉降不均也是個(gè)潛在的問(wèn)題。

在熔鹽罐罐底，在常規(guī)大型儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的上表面，增加了耐火澆注料（輕骨料混凝土，耐火水泥）和耐火磚。耐火澆注料的特點(diǎn)是強(qiáng)度低的導(dǎo)熱系數(shù)小，強(qiáng)度高的導(dǎo)熱系數(shù)大。

從隔熱角度應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)小的，從耐壓強(qiáng)度角度應(yīng)選用強(qiáng)度高的。這兩個(gè)需求對(duì)于罐底基礎(chǔ)的耐火澆注料是一對(duì)矛盾體。耐火澆注料的強(qiáng)度比較低，即使是ASTMC401ClassV，密度1680kg/m³，在罐底受熱后的強(qiáng)度也不會(huì)超過(guò)10MPa。

耐火澆注料的常見(jiàn)組成是高鋁水泥+骨料+添加劑；骨料是由多種顆粒物組成的，比如陶粒、蛭石、珍珠巖、細(xì)粉等，一旦在施工中顆粒被不均勻壓碎，可能會(huì)引起罐壁發(fā)生少量?jī)A斜，增加罐壁應(yīng)力，則可能會(huì)引起焊縫薄弱處撕裂。

另外，有行業(yè)人士也指出，沙漠地帶易造成地基不均勻沉降，引起焊縫裂開。

鑒于上述各種可能導(dǎo)致熔鹽儲(chǔ)罐漏鹽的原因，國(guó)內(nèi)的光熱發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)可吸取其中的有益經(jīng)驗(yàn)，避免重蹈類似覆轍。