GB/T 41087-2021 太阳能热发电站换热系统技术要求

　　ICS 27 . 160 CCS F 12

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 41087—2021

　　太阳能热发电站换热系统技术要求

　　Technicalspecificationforheatexchangesystem ofsolarthermalpowerplant

　　2021-12-31 发布 2022-07-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 41087—202 1

　　GB/T 41087—202 1

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国电力企业联合会提出。

　　本文件由全国太阳能光热发电标准化技术委员会(SAC/TC 565)归口 。

　　本文件起草单位：机械工业北京电工技术经济研究所、哈尔滨锅炉厂有限责任公司、哈尔滨电气集团有限公司、中国电器工业协会、中国能源建设集团规划设计有限公司、中国能源建设集团有限公司工程研究院、中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司、内蒙古电力勘测设计院有限责任公司、常州龙腾光热科技股份有限公司、中国长江三峡集团有限公司、东方电气集团东方锅炉股份有限公司、杭州锅炉集团股份有限公司、浙江大学。

　　本文件起草人：果岩、唐卉、韩健、董爱华、许粲羚、侯垚、徐志强、苏雪刚、国金莲、赵晓辉、王小春、苑晔、宋江文、寇建玉、卢智恒、尹显俊、窦怀新、布仁、徐军、李有霞、姚飞奇、黄治胜、周昊、应仁丽、马伟伟。

　　GB/T 41087—202 1

　　太阳能热发电站换热系统技术要求

　　1 范围

　　本文件规定了太阳能热发电站换热系统的系统构成及参数、正常使用环境条件、技术要求和试验检测等。

　　本文件适用于水/蒸汽、熔融盐和导热油介质的换热系统。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注 日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注 日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 150 压力容器

　　GB/T 151 热交换器

　　GB/T 5657 离心泵技术条件 ( Ⅲ类)

　　GB/T 12145 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量

　　GB 12158 防止静电事故通用导则

　　GB/T 17116(所有部分) 管道支吊架

　　GB/T 19518(所有部分) 爆炸性环境 电阻式伴热器

　　GB/T 20801(所有部分) 压力管道规范 工业管道

　　GB 23971 有机热载体

　　GB/T 24259 石油天然气工业 管道输送系统

　　GB/T 32348(所有部分) 工业和商业用电阻式伴热系统

　　GB/T 36376 太阳能熔盐(硝基型)

　　GB 50016 建筑设计防火规范

　　GB 50764 电厂动力管道设计规范

　　GB 50974 消防给水及消火栓系统技术规范

　　GB/T 51307 塔式太阳能光热发电站设计标准

　　DL/T 5054 火力发电厂汽水管道设计规范

　　HG/T 20507 自动化仪表选型设计规范

　　HG/T 20549 化工装置管道布置设计规定

　　NB/T 47044 电站阀门

　　SH/T 3040 石油化工管道伴管及夹套管设计规范

　　SH/T 3073 石油化工管道支吊架设计规范

　　SH/T 3097 石油化工静电接地设计规范

　　TSG 21 固定式压力容器安全技术监察规程

　　TSG G0001 锅炉安全技术监察规程

　　TSG ZF001 安全阀安全技术监察规程

　　TSG ZF003 爆破片装置安全技术监察规程

　　GB/T 41087—202 1

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　换热系统 heatexchangesystem

　　由传热介质与做功工质或储热介质进行热交换的系列设备及其附属部件组成。

　　注：主要包括蒸汽发生系统和油盐换热系统。

　　3.2

　　油盐换热器 oil-saltheatexchanger

　　熔融盐介质与导热油介质进行热交换的装置。

　　3.3

　　预热器 preheater

　　传热介质预先加热给水以提高给水温度的装置。

　　3.4

　　蒸发器 evaporator

　　传热介质与水换热产生高压饱和蒸汽的装置。

　　3.5

　　过热器 superheater

　　传热介质加热饱和蒸汽产生过热蒸汽的装置。

　　3.6

　　再热器 reheater

　　传热介质加热汽轮机高压缸排汽产生高温再热蒸汽的装置。

　　3.7

　　导热油 thermaloil

　　一类用于间接传递热量且热稳定性较好的专用热载体。

　　注：分为矿物油型和合成型有机热载体，包括苯基芳烃类合成导热油和硅氧烷类导热油等。

　　3.8

　　系统热效率 system thermalefficiency

　　换热系统输出热功率与输入热功率的比值。

　　3.9

　　蒸汽发生系统 steam generationsystem

　　利用熔融盐或导热油加热给水产生可供汽轮机做功用蒸汽的系统。

　　3 . 10

　　油盐换热系统 oil-saltheatexchangersystem

　　利用熔融盐介质与导热油介质进行热交换的系统。

　　4 系统构成及参数

　　4 . 1 系统构成

　　太阳能热发电站换热系统主要由以下系统构成：蒸汽发生系统、油盐换热系统。

　　根据传热介质的不同，蒸汽发生系统可分为熔融盐蒸汽发生系统和导热油蒸汽发生系统。 换热系统中，各介质侧的界定范围如下：

　　GB/T 41087—202 1

　　蒸汽发生系统汽水侧范围(见附录 A 中图 A. 1) ：从预热器给水入口至过热器蒸汽出口 、再热器蒸汽入口至再热器蒸汽出口 。

　　蒸汽发生系统熔融盐侧范围(见图 A. 2) ：从过热器熔融盐入口至预热器熔融盐出口 、再热器熔融盐入口至再热器熔融盐出口 。

　　蒸汽发生系统导热油侧范围(见图 A. 3) ：从过热器导热油入口至预热器导热油出口 、再热器导热油入口至再热器导热油出口 。

　　油盐换热系统范围(见图 A. 4、图 A. 5) ：从系统油盐换热器入口至系统油盐换热器出口 。

　　4 . 2 基本参数

　　4 . 2 . 1 设计输入的基本参数主要包括以下内容：

　　a) 操作参数，包括流量、温度、压力、热负荷等;

　　b) 物性参数，包括介质组分、密度、比热容或焓值、蒸汽分压、黏度、导热系数等;

　　c) 允许压降;

　　d) 系统运行方式，包括电站各种工况下的启停次数和负荷变化频率等;

　　e) 其他。

　　4 . 2 . 2 系统及设备寿命宜不低于 25 年 。

　　4 . 2 . 3 系统设计压力不低于运行过程中可能达到的最高工作压力。

　　4 . 2 . 4 系统设计温度不低于运行过程中可能达到的最高工作温度。

　　4 . 2 . 5 太阳能热发电换热系统启停次数可按以下执行，具体次数应根据电站运行特点综合确定：

　　a) 冷态启动(停机超过 72 h) 10 次/年(调试期 24 次/年);

　　b) 温态启动(停机在 10 h~72 h 之间)250 次/年(调试期 320 次/年);

　　c) 热态启动(停机时间在 1 h~10 h 之间)300 次/年(调试期 400 次/年);

　　d) 极热态启动(机组停机 1 h 以内)50 次/年(调试期 100 次/年);

　　e) 负荷阶跃(每分钟负荷变化值>10%铭牌功率)15 750 次/25 年。

　　4 . 2 . 6 太阳能热发电换热系统温升速率应满足电站运行要求，在保证系统与设备运行安全的前提下，塔式太阳能热发电站换热系统温升速率宜不低于 6 ℃/min,槽式太阳能热发电站换热系统温升速率宜不低于 8 ℃ / min。

　　5 正常使用环境条件

　　5. 1 环境温度：-50 ℃ ~60 ℃。

　　5.2 环境湿度不宜高于 95%。

　　5.3 最大风速不宜高于 30 m/s。

　　6 技术要求

　　6 . 1 一般要求

　　6 . 1 . 1 蒸汽发生系统的额定蒸发量应与汽轮机额定工况相匹配，最大连续蒸发量应与汽轮机阀门全开工况相匹配，同时应考虑系统的变工况特性。

　　6 . 1 . 2 油盐换热系统额定工况宜与汽轮机额定工况相匹配。

　　6. 1 .3 换热系统设计工况下的系统热效率应不低于 98%。

　　6 . 1 . 4 蒸汽发生系统主蒸汽温度应满足汽轮机额定工况的要求。

　　6 . 1 . 5 换热系统在汽轮机额定工况下的总压降宜满足表 1 要求。

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　　表 1 换热系统压降

　　单位为兆帕

　　6 . 1 . 6 换热系统应满足电站 日常启停的要求，并考虑由此引起的温差应力对系统和设备造成的影响。

　　6 . 1 . 7 设备应采取防止频繁交变热应力带来疲劳损坏的措施。

　　6 . 1 . 8 系统应进行水压试验，并符合 GB/T 20801(所有部分)或 GB 50764 的规定。

　　6 . 1 . 9 系统应设置完整的疏放系统。

　　6 . 1 . 10 系统与设备所采用材料应具备耐腐蚀特性。

　　6 . 2 蒸汽发生系统

　　6 . 2 . 1 汽水侧

　　6 . 2 . 1 . 1 蒸汽品质应符合 GB/T 12145 的规定。

　　6 . 2 . 1 . 2 蒸发器设备宜采用汽包式或釜式结构形式。

　　6.2. 1 .3 蒸发系统可分为 自然循环和强制循环。采用 自然循环时，设计工况下循环倍率宜为 4~10。

　　6 . 2 . 1 . 4 汽水侧换热器容量应根据各运行工况进行优化分配。

　　6.2. 1 .5 预热器出口水温应至少低于其饱和温度减 1.5 ℃。

　　6 .2 . 1 .6 进入汽水系统的给水温度不应低于熔融析晶温度加 10 ℃。

　　6 . 2 . 1 . 7 汽包的技术要求应符合 TSG G0001 和 GB/T 150 的规定。

　　6 .2 . 1 .8 汽包在额定工况下的蓄水能力应不少于 3 min。

　　6.2. 1 .9 汽包应具有良好的汽水分离能力，设计工况下分离后的饱和蒸汽干度应不小于 98%。

　　6 . 2 . 1 . 10 汽包应能够承受系统运行中的负荷变化。

　　6 . 2 . 1 . 1 1 汽包应具备耐热冲击能力。

　　6 . 2 . 1 . 12 系统设计应考虑启动和低负荷工况下的循环稳定性。

　　6 . 2 . 1 . 13 管道与设备应设置合理的排污与排气系统。

　　6 . 2 . 2 熔融盐侧

　　6 . 2 . 2 . 1 熔融盐应符合 GB/T 36376 的规定。

　　6 . 2 . 2 . 2 熔融盐设备及管道设计宜采用一定的 自流排空倾斜角。

　　6 . 2 . 2 . 3 系统设计时，各台熔融盐换热器之间宜设置一定的高度差。

　　6 .2 .2 .4 所有运行工况下，系统中最终的回盐温度不宜低于熔融盐析晶温度加 15 ℃。

　　6 . 2 . 2 . 5 熔融盐侧的密封垫片不应采用石墨材质。

　　6 . 2 . 2 . 6 系统设计时应考虑管道及设备的排污、排气。

　　6 . 2 . 2 . 7 系统设计时应配备完整的疏放盐系统。

　　6 . 2 . 3 导热油侧

　　6 . 2 . 3 . 1 导热油应符合 GB 23971 的规定。

　　6.2.3.2 系统中最终的回油温度不宜低于导热油结晶点温度加 50 ℃。

　　GB/T 41087—202 1

　　6 . 2 . 3 . 3 系统设计时应考虑管道及设备的排污、排气。

　　6 . 2 . 3 . 4 当导热油的使用温度超过其燃点时，应重点考虑系统、设备和场地的防火安全问题。 系统设计应符合 GB 50016 和 GB 50974 的规定。

　　6 . 2 . 3 . 5 系统设计时应配备完整的疏放油系统。

　　6 . 2 . 3 . 6 当导热油发生泄漏后，应及时对泄漏的导热油进行收集和处理。

　　6 . 3 油盐换热系统

　　6 . 3 . 1 油盐换热系统应满足储热和放热两种工况的换热要求。

　　6 . 3 . 2 油盐换热系统宜取储热工况作为设计工况，放热工况作为校核工况。

　　6.3.3 进入油盐换热器中的导热油温度不应低于熔融盐析晶温度加 20 ℃。

　　6 . 3 . 4 油盐换热系统中的熔融盐侧应满足 6 . 2 . 2 中的规定。

　　6 . 3 . 5 油盐换热系统中的导热油侧应满足 6 . 2 . 3 中的规定。

　　6 . 4 热交换器

　　6 . 4 . 1 换热系统热交换器主要包括：油盐换热器、导热油/汽水换热器和熔融盐/汽水换热器。

　　6 . 4 . 2 热交换器的技术要求应符合 TSG 21 和 GB/T 151 的规定。

　　6 . 4 . 3 热交换器的型式和容量应根据系统负荷、运行特点、制造能力、运输条件、现场布置及安装需求等因素综合优化确定。

　　6 . 4 . 4 热交换器应能够在正常工作环境下稳定运行，并满足各工况条件下的性能要求。

　　6 . 4 . 5 热交换器的结构设计应考虑检修、堵管等的便利性。

　　6 . 4 . 6 熔融盐热交换器宜采用卧式，同时应确保重力作用下熔融盐介质的完全排空，杜绝排盐死区。

　　6 . 4 . 7 蒸汽发生系统换热设备的管壳程介质宜按表 2 进行选取。

　　表 2 蒸汽发生系统换热设备管壳程介质

　　6 . 4 . 8 油盐换热器的壳程介质宜为熔融盐，管程介质宜为导热油。

　　6.4.9 热交换器额定工况下的面积裕量宜取 5%~10%。

　　6 . 4 . 10 除安全阀接管外，热交换器的其他接管宜采用对焊连接。

　　6.4. 1 1 汽轮机额定工况下，过热器和再热器传热介质入口温度与蒸汽出口温度之差宜不高于 10 ℃。

　　6.4. 12 汽轮机额定工况下，蒸发器传热介质出口温度与汽包饱和蒸汽温度之差宜不高于 5 ℃。

　　6.4. 13 汽轮机额定工况下，油盐换热器进、出口两端的温度差宜不高于 10 ℃。

　　6 . 4 . 14 热交换器应具备耐热冲击能力。

　　6 . 5 安全泄放装置

　　6 . 5 . 1 换热系统应设置安全泄放装置。

　　6 . 5 . 2 安全泄放装置应符合 TSG 21 和 GB/T 150 中的规定;爆破片装置应符合 TSG ZF003 相关要

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　　求，安全阀应符合 TSG ZF001 相关要求。

　　6 . 5 . 3 应考虑一根换热管断裂后，高压侧流体进入低压侧，流体闪蒸或蒸发所引起的压力急剧变化。

　　6 . 5 . 4 熔融盐及导热油侧超压泄放装置宜采用爆破片与安全阀组合的方式。

　　6 . 5 . 5 安全泄放装置应满足介质压力和温度波动频繁的要求。

　　6 . 5 . 6 汽包的超压泄放装置应设置在汽包本体上。

　　6 . 5 . 7 汽包超压泄放装置的泄放量应大于系统的最大连续蒸发量。

　　6 . 6 阀门及仪表控制

　　6 . 6 . 1 阀门应符合 NB/T 47044 的规定。

　　6 . 6 . 2 仪表控制要求应符合 GB/T 51307 和 HG/T 20507 的规定。

　　6 . 6 . 3 导热油侧阀门执行机构应满足防爆设计要求。

　　6 . 6 . 4 导热油和熔融盐阀门本体设计应避免介质残留现象的发生。

　　6 . 6 . 5 应考虑导热油和熔融盐介质对阀门密封性的影响。

　　6 . 6 . 6 DN100 以上的熔融盐侧关断阀门，宜采用蝶阀。

　　6 . 6 . 7 调节阀的调节性能应满足系统运行要求。

　　6 . 7 电加热器

　　6 . 7 . 1 熔融盐蒸汽发生系统宜配备启动电加热器。

　　6 . 7 . 2 电加热器功率应满足系统管道及设备内给水升温速率的要求。

　　6 . 7 . 3 电加热器设计宜采用分组的形式。

　　6 . 8 泵

　　6 . 8 . 1 蒸汽发生系统宜设置启动循环泵或再循环泵。

　　6 . 8 . 2 循环泵应符合 GB/T 5657 的规定。

　　6 . 8 . 3 强制循环泵电动机宜采用水浸式密封，并设置冷却系统。

　　6 . 9 管道

　　6 . 9 . 1 汽水管道的设计应符合 GB 50764 和 DL/T 5054 的规定。

　　6 . 9 . 2 导热油管道的设计应符合 GB/T 20801(所有部分)和 GB/T 24259 的规定。

　　6 . 9 . 3 熔融盐管道的设计应符合 GB/T 20801(所有部分)和 HG/T 20549 的规定。

　　6 . 9 . 4 管道支吊架的设计应符合 GB/T 17116(所有部分)和 SH/T 3073 的规定。

　　6 . 9 . 5 管道设计应满足管道热稳定性及受热安全位移的需要。

　　6 . 9 . 6 熔融盐管道宜采用隔热支吊架管夹。

　　6 . 9 . 7 管道宜采用对焊连接方式。

　　6 . 10 防凝要求

　　6 . 10 . 1 换热系统应采用电伴热或蒸汽伴热的防凝结措施。

　　6 . 10 . 2 电伴热应符合 GB/T 32348(所有部分)和 GB/T 19518(所有部分)的规定，蒸汽伴热应符合SH/T 3040 的规定。

　　6 . 10 . 3 熔融盐侧所有熔融盐流经的设备、阀门及管道应采取防凝措施。

　　6 . 10 . 4 有凝固风险的导热油管道应设置防凝措施。

　　6 . 10 . 5 系统中的设备、阀门及管道宜采用分段伴热系统。

　　6 . 10 . 6 每个电伴热分支回路应设置有静电接地，并符合 GB 12158 和 SH/T 3097 的规定。

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　　7 检测内容

　　换热系统的主要检测内容如下：

　　a) 蒸发量;

　　b) 热效率;

　　c) 汽水系统流量、进出口温度、压降;

　　d) 导热油和熔融盐系统流量、进出口温度、压降;

　　e) 蒸汽品质。

　　8 技术文件和图纸

　　应至少包括以下的技术文件和图纸：

　　a ) 管理资料文件;

　　b ) 质量文件;

　　c ) 安装、运行、维护、检修所需的图纸和技术文件;

　　d ) 设计、安装、运行、维护、检修说明书;

　　e) 其他相关的技术文件。

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　　附 录 A

　　(资料性)

　　换热系统主要流程示意图

　　A.1 汽水侧流程示意图

　　汽水侧流程示意图如图 A. 1 所示。

　　图 A.1 汽水侧流程示意图

　　A.2 熔融盐侧流程示意图

　　熔融盐侧流程示意图如图 A. 2 所示。

　　GB/T 41087—202 1

　　图 A.2 熔融盐侧流程示意图

　　A.3 导热油侧流程示意图

　　导热油侧流程示意图如图 A. 3 所示。

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　　图 A.3 导热油侧流程示意图

　　A.4 油盐换热系统储热过程示意图

　　油盐换热系统储热过程示意图如图 A. 4 所示。

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　　图 A.4 油盐换热系统储热过程示意图

　　A.5 油盐换热系统放热过程示意图

　　油盐换热系统放热过程示意图如图 A. 5 所示。

　　GB/T 41087—202 1

　　图 A.5 油盐换热系统放热过程示意图