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光熱電站突出安全風險分析、控制 及應急處置

2021-01-26
來源:中國安全生產 作者:中廣核太陽能德令哈有限公司 劉萬軍 嚴兆平 趙雄


   太陽能光熱發電集發電與儲能為一身,電力輸出穩定可靠、調節性能優越,同時具有較大的環保效益和節能效益,將逐步承接火電技術優勢,與其共同成為電力系統的壓艙石。光熱發電作為當前可再生能源領域的熱點之一,對推動能源轉型及太陽能資源高效利用具有重要意義。本文簡要總結了國內光熱發電發展情況,辨識分析了光熱電站生產運行過程中存在的突出安全風險,并從風險管控和應急能力建設方面提出建議和思路,以促進光熱行業的安全發展。

 

光熱發電技術簡介

 

  熔鹽塔式光熱發電

  熔鹽塔式光熱發電是一種當前全球范圍內公認極具潛力的技術,由于采用熔鹽作為工作介質,相比常規槽式導熱油光熱發電技術,系統工作溫度更高,發電效率高,同時節省了導熱油工藝,工藝流程更加簡化,閥門管路更加簡單,整個系統較為緊湊。

  導熱油槽式光熱發電

  槽式導熱油傳熱熔鹽儲熱是目前國際范圍內公認發展最為成熟的一種技術,是光熱發電技術路線中技術成熟度和商業化驗證程度最高的。該技術使用拋物面槽式聚光器和集熱管,采用合成導熱油、熔鹽等作為工作介質。

  熔鹽線性菲涅爾式光熱發電

  菲涅爾式是相對較新的光熱發電技術,具有抗風性能好,功率密度高,清洗方便等優點,而且工質更加靈活,可以是水,可以是熔鹽,也可以是導熱油。當前使用熔鹽作為線性菲涅爾聚光技術的集熱介質已成為國際線性菲涅爾式技術的主流發展方向。

  碟式斯特林光熱發電

  蝶式斯特林光熱發電的核心技術是斯特林發電機,通過聚焦加熱空氣,發電效率較高,但目前,國內外在運機組的容量和數量相對塔式、槽式較少,技術成熟度有待商業化驗證,且蝶式的儲能技術尚處于實驗階段,距大規模商業化還有距離。

 

光熱電站運行中的安全風險

 

  風險識別

  針對當前國內已進入商業化運營光熱電站的光熱技術路線(熔鹽塔式、導熱油槽式、熔鹽線性菲涅爾式)和生產特征,開展安全風險識別,將設備系統識別單元劃分為集熱、傳熱系統和儲熱系統,并確定識別對象如下:

  熔鹽塔式技術路線:分為集熱、傳熱、儲熱系統,其主要危險源為高溫熔融鹽(60%NaNO340%KNO3),工作溫度范圍(290/565℃);

  槽式導熱油技術路線:集熱、傳熱系統主要危險源為高溫導熱油(26.5%聯苯和73.5%聯苯醚),工作溫度范圍(293/393℃);儲熱系統主要危險源為高溫熔融鹽(60%NaNO340%KNO3),工作溫度范圍(286/386℃);

  熔鹽線性菲涅爾技術路線:分為集熱、傳熱、儲熱系統,主要危險源為高溫熔融鹽(60%NaNO340%KNO3),工作溫度范圍(290/550℃)。

  危害因素分析

  通過上述分析可看出共同存在的危險源為熔融鹽、導熱油,同時,均配備了氮氣系統用于導熱油及熔融鹽與大氣隔離,防止導熱油氧化和空氣中的水分侵入導熱油和熔鹽系統。

  第一,導熱油系統具有低毒、高溫易燙傷、氣化狀態下易發生火災,低溫狀態下易凝固等危害因素,故系統作業需配備相應防毒、防燙防護用品,區域內需實行防爆管理,為防止高溫狀態下導熱油閃沸,檢修作業須將介質溫度、壓力降至可控范圍。

  第二,熔鹽系統主要危害因素為高溫易燙傷、低溫易凝固及遇有機物、還原劑、可燃物易發生火災。

  第三,氮氣系統主要危害因素為濃度超標易造成人員窒息,液氮更是易致人員凍傷。

 

應急能力建設

 

  應急物資配備

  針對光熱電站生產運行過程中存在的危害因素,應至少配備如下針對性應急物資。

  隔熱服:高溫作業,防止人員高溫燙傷;低溫作業,防止凍傷。

  防化服(半封閉式):有毒有害作業或檢修作業,防止人員中毒、腐蝕等。

  防護服(重型全封閉連體服):事故狀態下緊急處置導熱油閥門操作等,防止人員中毒、腐蝕等。

  防毒面具: 導熱油油氣低毒性質,防止人員中毒。

  護目鏡: 防止眼睛接觸導熱油,受到刺激。

  防護面罩: 防止導熱油、熔鹽等介質噴濺到人員臉部,造成燙傷。

  耐腐蝕橡膠手套: 導熱油系統作業,油不易滲入手套造成手部燙傷。

  氣防裝備:正壓呼吸器/長管呼吸器,在有毒有害區域或氧氣不足區域作業時使用。

  偏光鏡:進入鏡場區域,防止強光反射對人員眼睛造成損傷。

  消防類:消防車,在導熱油、液氮系統發生泄漏時,均需要消防水噴水,用以降溫、滅火和稀釋液氮。

  移動洗眼器:導熱油等介質一旦進入人員眼睛緊急處置設施。

  防爆應急照明燈具:防爆區域夜間臨時照明。

  防爆軸流風機:對有毒、有害氣體進行擴散。

  氣體檢測儀:作業區域內氧氣濃度、揮發性有機物氣體含量檢測。

  高溫導熱油危險性分析及泄漏處置措施

  導熱油作為傳熱介質使用的有機物質的統稱,即有機熱載體,其主要成分為73.5%的聯苯醚和26.5%的聯苯,屬低毒類,對眼睛、黏膜有刺激作用。遇高熱、明火或與氧化劑接觸,有引起燃燒的危險。燃燒(分解)產生一氧化碳、二氧化碳、成分未知的黑色煙霧。

  發生導熱油泄漏時,首先應及時疏散泄漏污染區人員至安全區,設置警戒區,切斷臨近點火源。應急處理人員須佩戴自給式呼吸器或防毒面具,穿防燙服。采取噴水霧措施冷卻減少導熱油油氣揮發,防止引起閃爆,在確保安全情況下堵漏。泄漏物用砂土或其它不燃性吸附劑混合吸收,然后收集運至危險廢物處理場所,如大量泄漏,利用沙袋等圍堤收容。

  高溫熔融鹽危險性分析及泄漏處置措施

  熔鹽主要成分為(60% NaNO3,40% KNO3)混合物,屬于工業級硝酸鹽,純度為98%,具有很強的吸濕特性。屬于氧化劑,在與強還原劑、強酸、易燃或可燃物、活性金屬粉末共同存放遇明火時容易發生火災。高溫下,分解釋放氧氣,能助燃,與有機物、還原劑、易燃物接觸或混合時有引起燃燒爆炸的危險,燃燒分解時,釋放出有毒的氮氧化物氣體。

  熔融鹽系統發生泄漏,應立即停運熔鹽系統,隔離熔鹽泄漏部位,緊急疏散周圍人員,應急處置人員穿戴全套防燙服,用沙土掩蓋泄露出來的熔鹽,或用滅火器澆滅燃燒火焰,并用沙土掩蓋,防止高溫熔鹽的進一步擴散,嚴禁用水澆滅熔鹽,防止造成高溫熔鹽的噴濺。

  液氮危險性分析及泄漏處置措施

  液氮無色、無臭、無腐蝕性,不可燃、不助燃、溫度極低。吸入氮氣濃度不太高時,患者最初感胸悶、氣短、疲軟無力,繼而有煩躁不安、極度興奮、神情恍惚、步態不穩,稱之為“氮酩酊”,可進入昏睡或昏迷狀態。吸入高濃度時,患者可迅速昏迷,因呼吸和心跳停止而死亡。人體皮膚直接接觸液氮瞬間是沒有問題的,超過2秒才會凍傷且不可逆轉。

  液氮發生泄漏,應迅速撤離泄漏污染區人員至上風處,并使用警戒帶進行區域隔離,嚴格限制出入,監測區域氧氣濃度。應急處理人員穿戴正壓式呼吸器,穿防寒服,戴防寒手套。搶修過程中,必須使用噴霧水槍保護。不要直接接觸泄漏物,盡可能切斷泄漏源。使用霧狀水噴淋加速液體蒸發,但不可使水槍射至液體。防止氣體在低凹處積聚,用排風機將漏出氣送至空曠處。漏點處理完畢后,繼續使用噴霧水槍驅散、稀釋泄漏氣體。

 

結語

 

  光熱電站的工藝流程與常規火電和風電、光伏等其他新能源存在較大差異,作為近年來新崛起的新能源行業,本文僅從風險識別、安全防護、應急措施方面對光熱電站的安全管理進行了初步的探討分析,還需要行業同仁們不斷探索、鞏固和創新,走出一條適應于光熱的、可操作性強的安全管理之路,為光熱行業的安全、健康發展保駕護航。

【責任編輯:cheng】
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