槽式光熱電站如何實現(xiàn)最佳動態(tài)連接？來試試“旋轉(zhuǎn)接頭+金屬軟管”！

:據(jù)CSPPLAZA研究中心此前統(tǒng)計，到2016年底全球已投運的光熱電站總裝機量已超過5GW，其中約80%采用了槽式技術(shù)路線。在中國首批正在推進的光熱示范項目中，槽式光熱電站多采用導熱油傳熱，熔鹽儲熱的雙回路系統(tǒng)技術(shù)，該技術(shù)路線也是目前商業(yè)化驗證程度最高的光熱發(fā)電技術(shù)。

在槽式鏡場布置中，通常以回路為基本單位。以裝機50MW的中廣核德令哈槽式光熱電站為例，該項目共由190個回路并聯(lián)組成。一個回路通常由4個太陽能集熱器（SolarCollectorAssemblies，簡稱SCA）串聯(lián)（相鄰集熱器的集熱管通過動態(tài)連接組件進行聯(lián)通）構(gòu)成，每個SCA則包括反射鏡、支架、真空集熱管和跟蹤器等組成部分。集熱器運行時，整體需要跟蹤太陽以收集更多能量，作為其中一部分的集熱管也要隨集熱器整體移動，而與其連接的傳熱介質(zhì)輸送管道（又稱傳熱介質(zhì)母管）則是固定的，兩者之間發(fā)生了相對位置動態(tài)變化，因此集熱管和輸送管道的結(jié)合處也需要用動態(tài)連接組件進行連接。

圖：槽式集熱器

光熱電站對動態(tài)連接組件性能要求極高

如上，在槽式光熱電站中，需要使用動態(tài)連接組件的主要有兩部分：相鄰SCA之間，以及固定管路之間（如回路出入口處的集熱管與傳熱介質(zhì)母管之間），復雜的構(gòu)成意味著槽式鏡場對連接組件的消耗量較大，這些連接組件需要滿足較好地吸收拉伸與旋轉(zhuǎn)位移能力的要求。

同時，光熱電站特殊的使用工況則對連接組件進一步提出了特殊要求。與其它領域相比，槽式光熱電站動態(tài)連接方案對所用的組件要求更為嚴苛。一般領域的連接組件基本要求是密閉性強，而由于光熱電站設計壽命通常在25年以上，傳熱介質(zhì)運行溫度常在400℃左右（若選熔鹽做傳熱介質(zhì)則更高）并可能帶有一定的腐蝕性，系統(tǒng)中壓強一般在2.5MPa左右（若選熔鹽做傳熱介質(zhì)則低一些），故除了密閉性、靈活性之外，還對連接組件提出了耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、能適應一定液壓的要求。

對此，威茨曼金屬制品（江陰）有限公司銷售總監(jiān)郭現(xiàn)強表示，光熱電站連接組件使用工況苛刻，高溫和腐蝕性工況（介質(zhì)中有腐蝕性元素，如硫、氯等）兩者結(jié)合會造成嚴重的晶間腐蝕，這是也某些組件必須用316Ti材料的原因。還有由于焦耳加熱的原因，軟管等部件必須要符合電阻和導電率要求等等。

金屬軟管與旋轉(zhuǎn)接頭各有優(yōu)劣勢

據(jù)CSPPLAZA記者了解，目前能滿足以上條件、被槽式光熱電站普遍采用的動態(tài)連接組件一般為金屬軟管與旋轉(zhuǎn)接頭。

圖：金屬軟管

圖：旋轉(zhuǎn)接頭

金屬軟管與旋轉(zhuǎn)接頭都具有優(yōu)越的密封性能，能保證系統(tǒng)動態(tài)變化下的密封。兩者之間的區(qū)別在于，金屬軟管主要吸收軸向位移（拉伸），無法大面積吸收角向位移；旋轉(zhuǎn)接頭則與之相反，無法吸收軸向位移，但能吸收集熱管由于追日位移產(chǎn)生的大面積的角向旋轉(zhuǎn)。

而在槽式光熱電站中，不同的傳熱介質(zhì)也導致金屬軟管與旋轉(zhuǎn)接頭運行工況的差異。由于高溫熔鹽運行溫度可達565℃，遠高于導熱油，容易和旋轉(zhuǎn)接頭密封填料產(chǎn)生化學反應，大大降低了密封持久性，故能適用于熔鹽槽式系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)接頭選擇并不多。相較之下，金屬軟管能較好地適應高溫工況。但由于目前絕大部分槽式系統(tǒng)都采用導熱油作為傳熱介質(zhì)，金屬軟管與旋轉(zhuǎn)接頭在這方面的差異暫時不明顯。

“旋轉(zhuǎn)接頭+金屬軟管”組合或為槽式聚光器動態(tài)連接最佳方案

經(jīng)過CSPPLAZA記者向相關供應商多方了解，業(yè)內(nèi)普遍認為目前最優(yōu)的動態(tài)連接組件方案是“旋轉(zhuǎn)接頭+金屬軟管”的組合使用。

江蘇昊峰管道設備有限公司總工程師蔣新鋒認為，金屬軟管必須和一只旋轉(zhuǎn)接頭配合使用，才能發(fā)揮其良好的功能，這種方法只有一個泄露點，結(jié)構(gòu)相對簡單，由于構(gòu)成所用彎頭少，介質(zhì)流阻也相對較小。而若單一使用旋轉(zhuǎn)接頭，必須三個旋轉(zhuǎn)接頭組合使用，這也就意味著會有三個泄露點，彎頭用量多，結(jié)構(gòu)組裝精度要求高，一旦誤差偏大就無法實現(xiàn)其使用功能，流阻也相對較大。

意大利阿基米德公司代表也表達了類似觀點，認為金屬軟管雖然補償了管線的伸縮，但如果同時以之補償集熱器的轉(zhuǎn)動，其使用壽命就會大打折扣。而由于旋轉(zhuǎn)接頭只是一個能讓管路相對一個固定點做旋轉(zhuǎn)運動的裝置，故而使用旋轉(zhuǎn)接頭時，必須要同時配合一條專用的金屬軟管，來補償活動部件（集熱器上的集熱管）的拉伸。針對槽式聚光回路，更細化的方案應該是金屬軟管作為相鄰集熱器之間的互聯(lián)，而把旋轉(zhuǎn)接頭系統(tǒng)應用在回路的過橋處、入口和出口處。此外，意大利阿基米德代表還表示，所謂“旋轉(zhuǎn)接頭系統(tǒng)”其實指的是旋轉(zhuǎn)接頭與金屬軟管的組合，旋轉(zhuǎn)接頭系統(tǒng)比單一的金屬軟管更昂貴，也更復雜，但工作范圍也更廣泛。

綜上，由于金屬軟管無法吸收大面積角向位移，而旋轉(zhuǎn)接頭無法吸收軸向位移，單獨使用兩者之一會導致組件壽命消耗過大、安裝精度要求過高，目前看來，雖然旋轉(zhuǎn)接頭與金屬軟管配合使用的方案成本略高于單一方案，但多數(shù)設計仍會采納該方案來實現(xiàn)槽式光熱電站鏡場的良好動態(tài)連接。

原標題:槽式光熱電站如何實現(xiàn)最佳動態(tài)連接？來試試“旋轉(zhuǎn)接頭+金屬軟管”的組合方案！