[发明专利]管道系统和用于排空管道系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于输送熔融盐/熔盐的管道系统，其包括熔融盐所流经的至少一个管道、至少一个进口和至少一个出口。本发明还涉及一种用于排空输送熔融盐的管道系统的方法。

背景技术

例如在太阳能电厂/太阳能设施中使用用于输送熔融盐的管道系统，特别是抛物面槽式太阳能电厂或菲涅耳电厂。管道系统通常被构造成网络形式，其用于在太阳能电厂中收集太阳能。在这种太阳能电厂中，太阳的辐射能量被抛物面镜聚集到接收器上。抛物面镜和接收器的组合被称为收集器。一行收集器串联连接，以形成所谓的太阳能环路。为了该目的，接收器被分别连接至管道系统，或者组成部分管道系统。接收器收集的辐射能量向其中传递的热传递液体流经管道系统。

目前，特别使用联苯/二苯醚混合物作为热传递液体，虽然这种液体的最高运行温度受其约400℃的分解温度限制。为了实现允许更高效率的更高运行温度，需要其它热传递液体。为了该目的，特别使用熔融盐，例如所谓的太阳盐，其为硝酸钠和硝酸钾以60:40的比例的混合物。

然而，熔融盐的缺点在于，它们具有高熔点。例如，硝酸钠/硝酸钾混合物例如在为低共熔混合物时，也就是说在以44:56的比例混合时，在218℃的温度下熔化。在长管道系统，诸如太阳能电厂中遇到的长管道系统中，具有高熔点的熔融盐难以可靠地工作。熔融盐的凝固能够导致对管道系统的极大经济损害。例如，这种损害的一种原因在于，当盐熔化时，它们的大体积膨胀。存在下列风险，即阀和管道将受到压力和极大损害。

当熔融盐凝固时——这可能本质上在太阳能电厂的运行时间之外发生，也就是说在太阳的辐射时间之外，或者当由于天气导致太阳辐射中断——就发生体积收缩，取决于管道系统和运行状态，这能够导致不同的固化状态。通常当未放气时，预期将在管道中产生排空气泡，并且排空气泡合并，从而形成尺寸可能更大或更小的单元。当发生再熔化时，由于体积膨胀的熔化点和排空区域之间的可能大空间距离，可能存在不足以释放压力积聚的体积补偿。

为了防止熔融盐在管道系统中凝固，通常在长期脱机时间期间排空管道系统。然而，在具有用于熔融盐的储存容器的当前管道系统的情况下，排空需要长时间，并且尤其是在突然停机时不能确保可靠，例如在电力故障的情况下，所以尤其是在这种情况下可能发生对管道的损害。

为了排空，当前提供排出容器，其被安装在坑道中，并且通过容器槽保护其不溢出。由管道系统形成的单独的太阳能环路具有约0.3%的小坡度/斜度/梯度，以便在排空期间，由于该坡度，在排出容器的方向中驱动容纳在管道中的液体。

在仅有一个排出容器的现代系统中，所使用的小坡度通常不足以充分快速和完全地排空管道系统，特别是具有长管道的管道系统，诸如抛物面槽式太阳能电厂或菲涅耳电厂中使用的管道系统，它们可能常常具有100千米的总管道长度。另一方面，通常使用不具有安全位置的阀和龙头。因而，在电力故障的情况下，例如，阀可能不导致太阳能环路进入安全排出状态。在该情况下，被用作热传递介质的盐必然可能凝固。替代来源的供电备用解决方案不足以确保防范这种系统中的所有功能性问题。最后，排入中心排出容器使得需要长的流径和流动时间，存在下列风险，即热传递盐将在流动期间固化。此外，一个太阳能环路中的问题能够导致所有其它太阳能环路都脱机。

此外，在当前使用的管道系统中，收集器系统通常通过柔性软管或球接头连接至用于热传递介质的分配器。然而，这些柔性软管或球接头不被构造有连续坡度。因此，在排出期间，存在盐残留物将保留在柔性连接部中并且在其中固化的风险。

当前，通常使用低熔点的盐，以最小化熔融盐导致的、在管道中发生的问题。然而，这种熔融盐具有相当大的缺点。已知具有低熔化温度的热传递盐的实例是钠和钾的硝酸盐和亚硝酸盐，以及硝酸钾、硝酸钠和硝酸钙的混合物。

然而，与硝酸钾和硝酸钠组成的、传统上使用的太阳盐相比，这些混合物具有较低的热稳定性，所以工作范围受限于低于500℃的温度。这种情况的效果在于，必须接受发电厂的较低效率。还必须将盐保持在封闭系统中，这导致太阳能（发电）场的区域中的额外费用，因为必须在太阳能场中安装惰性系统、气体净化系统或气体平衡系统。需要惰性化是因为，一方面，在含有亚硝酸盐的盐的情况下，大气中的氧气能够将亚硝酸盐氧化成硝酸盐，因此盐的熔点不受控制地升高，并且在含钙的系统的情况下，二氧化碳和钙离子反应形成不可溶的碳酸钙。

其它替换盐含有大量昂贵和不易于获得的元素，这限制了以低成本经济地使用该系统。这些盐中的昂贵组分的实例为锂、铷和铯。