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光热电站突出安全风险分析、控制 及应急处置

2021-01-26
来源:中国安全生产 作者:中广核太阳能德令哈有限公司 刘万军 严兆平 赵雄


   太阳能光热发电集发电与储能为一身,电力输出稳定可靠、调节性能优越,同时具有较大的环保效益和节能效益,将逐步承接火电技术优势,与其共同成为电力系统的压舱石。光热发电作为当前可再生能源领域的热点之一,对推动能源转型及太阳能资源高效利用具有重要意义。本文简要总结了国内光热发电发展情况,辨识分析了光热电站生产运行过程中存在的突出安全风险,并从风险管控和应急能力建设方面提出建议和思路,以促进光热行业的安全发展。

 

光热发电技术简介

 

  熔盐塔式光热发电

  熔盐塔式光热发电是一种当前全球范围内公认极具潜力的技术,由于采用熔盐作为工作介质,相比常规槽式导热油光热发电技术,系统工作温度更高,发电效率高,同时节省了导热油工艺,工艺流程更加简化,阀门管路更加简单,整个系统较为紧凑。

  导热油槽式光热发电

  槽式导热油传热熔盐储热是目前国际范围内公认发展最为成熟的一种技术,是光热发电技术路线中技术成熟度和商业化验证程度最高的。该技术使用抛物面槽式聚光器和集热管,采用合成导热油、熔盐等作为工作介质。

  熔盐线性菲涅尔式光热发电

  菲涅尔式是相对较新的光热发电技术,具有抗风性能好,功率密度高,清洗方便等优点,而且工质更加灵活,可以是水,可以是熔盐,也可以是导热油。当前使用熔盐作为线性菲涅尔聚光技术的集热介质已成为国际线性菲涅尔式技术的主流发展方向。

  碟式斯特林光热发电

  蝶式斯特林光热发电的核心技术是斯特林发电机,通过聚焦加热空气,发电效率较高,但目前,国内外在运机组的容量和数量相对塔式、槽式较少,技术成熟度有待商业化验证,且蝶式的储能技术尚处于实验阶段,距大规模商业化还有距离。

 

光热电站运行中的安全风险

 

  风险识别

  针对当前国内已进入商业化运营光热电站的光热技术路线(熔盐塔式、导热油槽式、熔盐线性菲涅尔式)和生产特征,开展安全风险识别,将设备系统识别单元划分为集热、传热系统和储热系统,并确定识别对象如下:

  熔盐塔式技术路线:分为集热、传热、储热系统,其主要危险源为高温熔融盐(60%NaNO340%KNO3),工作温度范围(290/565℃);

  槽式导热油技术路线:集热、传热系统主要危险源为高温导热油(26.5%联苯和73.5%联苯醚),工作温度范围(293/393℃);储热系统主要危险源为高温熔融盐(60%NaNO340%KNO3),工作温度范围(286/386℃);

  熔盐线性菲涅尔技术路线:分为集热、传热、储热系统,主要危险源为高温熔融盐(60%NaNO340%KNO3),工作温度范围(290/550℃)。

  危害因素分析

  通过上述分析可看出共同存在的危险源为熔融盐、导热油,同时,均配备了氮气系统用于导热油及熔融盐与大气隔离,防止导热油氧化和空气中的水分侵入导热油和熔盐系统。

  第一,导热油系统具有低毒、高温易烫伤、气化状态下易发生火灾,低温状态下易凝固等危害因素,故系统作业需配备相应防毒、防烫防护用品,区域内需实行防爆管理,为防止高温状态下导热油闪沸,检修作业须将介质温度、压力降至可控范围。

  第二,熔盐系统主要危害因素为高温易烫伤、低温易凝固及遇有机物、还原剂、可燃物易发生火灾。

  第三,氮气系统主要危害因素为浓度超标易造成人员窒息,液氮更是易致人员冻伤。

 

应急能力建设

 

  应急物资配备

  针对光热电站生产运行过程中存在的危害因素,应至少配备如下针对性应急物资。

  隔热服:高温作业,防止人员高温烫伤;低温作业,防止冻伤。

  防化服(半封闭式):有毒有害作业或检修作业,防止人员中毒、腐蚀等。

  防护服(重型全封闭连体服):事故状态下紧急处置导热油阀门操作等,防止人员中毒、腐蚀等。

  防毒面具: 导热油油气低毒性质,防止人员中毒。

  护目镜: 防止眼睛接触导热油,受到刺激。

  防护面罩: 防止导热油、熔盐等介质喷溅到人员脸部,造成烫伤。

  耐腐蚀橡胶手套: 导热油系统作业,油不易渗入手套造成手部烫伤。

  气防装备:正压呼吸器/长管呼吸器,在有毒有害区域或氧气不足区域作业时使用。

  偏光镜:进入镜场区域,防止强光反射对人员眼睛造成损伤。

  消防类:消防车,在导热油、液氮系统发生泄漏时,均需要消防水喷水,用以降温、灭火和稀释液氮。

  移动洗眼器:导热油等介质一旦进入人员眼睛紧急处置设施。

  防爆应急照明灯具:防爆区域夜间临时照明。

  防爆轴流风机:对有毒、有害气体进行扩散。

  气体检测仪:作业区域内氧气浓度、挥发性有机物气体含量检测。

  高温导热油危险性分析及泄漏处置措施

  导热油作为传热介质使用的有机物质的统称,即有机热载体,其主要成分为73.5%的联苯醚和26.5%的联苯,属低毒类,对眼睛、黏膜有刺激作用。遇高热、明火或与氧化剂接触,有引起燃烧的危险。燃烧(分解)产生一氧化碳、二氧化碳、成分未知的黑色烟雾。

  发生导热油泄漏时,首先应及时疏散泄漏污染区人员至安全区,设置警戒区,切断临近点火源。应急处理人员须佩戴自给式呼吸器或防毒面具,穿防烫服。采取喷水雾措施冷却减少导热油油气挥发,防止引起闪爆,在确保安全情况下堵漏。泄漏物用砂土或其它不燃性吸附剂混合吸收,然后收集运至危险废物处理场所,如大量泄漏,利用沙袋等围堤收容。

  高温熔融盐危险性分析及泄漏处置措施

  熔盐主要成分为(60% NaNO340% KNO3)混合物,属于工业级硝酸盐,纯度为98%,具有很强的吸湿特性。属于氧化剂,在与强还原剂、强酸、易燃或可燃物、活性金属粉末共同存放遇明火时容易发生火灾。高温下,分解释放氧气,能助燃,与有机物、还原剂、易燃物接触或混合时有引起燃烧爆炸的危险,燃烧分解时,释放出有毒的氮氧化物气体。

  熔融盐系统发生泄漏,应立即停运熔盐系统,隔离熔盐泄漏部位,紧急疏散周围人员,应急处置人员穿戴全套防烫服,用沙土掩盖泄露出来的熔盐,或用灭火器浇灭燃烧火焰,并用沙土掩盖,防止高温熔盐的进一步扩散,严禁用水浇灭熔盐,防止造成高温熔盐的喷溅。

  液氮危险性分析及泄漏处置措施

  液氮无色、无臭、无腐蚀性,不可燃、不助燃、温度极低。吸入氮气浓度不太高时,患者最初感胸闷、气短、疲软无力,继而有烦躁不安、极度兴奋、神情恍惚、步态不稳,称之为“氮酩酊”,可进入昏睡或昏迷状态。吸入高浓度时,患者可迅速昏迷,因呼吸和心跳停止而死亡。人体皮肤直接接触液氮瞬间是没有问题的,超过2秒才会冻伤且不可逆转。

  液氮发生泄漏,应迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并使用警戒带进行区域隔离,严格限制出入,监测区域氧气浓度。应急处理人员穿戴正压式呼吸器,穿防寒服,戴防寒手套。抢修过程中,必须使用喷雾水枪保护。不要直接接触泄漏物,尽可能切断泄漏源。使用雾状水喷淋加速液体蒸发,但不可使水枪射至液体。防止气体在低凹处积聚,用排风机将漏出气送至空旷处。漏点处理完毕后,继续使用喷雾水枪驱散、稀释泄漏气体。

 

结语

 

  光热电站的工艺流程与常规火电和风电、光伏等其他新能源存在较大差异,作为近年来新崛起的新能源行业,本文仅从风险识别、安全防护、应急措施方面对光热电站的安全管理进行了初步的探讨分析,还需要行业同仁们不断探索、巩固和创新,走出一条适应于光热的、可操作性强的安全管理之路,为光热行业的安全、健康发展保驾护航。

【责任编辑:cheng】