- UFM 530 HT能测量从350°C到500°C的合成导热油
- 在日常启动和关闭时测量介质有很大的温差
- 针对特殊用途定制的高效型UFC 030转换器
1. 背景
某太阳能电站是欧洲第一个应用抛物面槽集热器的商用聚焦式太阳能电厂（CSP）。它位于西班牙，共有1号、2号、3号三个电厂。每个电厂的太阳能采集点包含624个采集器，每个电厂就有510000m2的总采集面积。每个电厂拥有总计50兆瓦的发电量，能生产每年180千兆瓦小时（GW*h）（21MW每年）。万一遇上下雨或者太阳下山后，一个满的储热槽能够驱动涡轮机在满负荷（375MW*h）下工作个7.5小时。每个储热槽包含两个高14m直径36m的熔融盐储罐。
带抛物面槽的太阳能热电站
带抛物面槽系统的太阳能电站使用抛物面型镜面反射器将阳光集中到吸收管上并将热传导液加热到约400°C。这些能量被用作生产过热蒸汽来推动汽轮机发电。
一个使用抛物面槽的太阳能电厂基
本由三个部分组成：
a) 太阳能区，含抛物面槽和热量传输回路
b) 一个熔融盐的温度存储系统
c) 一个带有涡轮机，发电机和冷却回路的发电区
一旦加热后，合成导热油通过传输管道到一个集中能量区或者中级温度储存区。热的导热油被直接传输到电厂的热交换器用来生产蒸汽。蒸汽提供能量给涡轮机发电。冷却后的导热油再被泵抽回到收集太阳能的区域。
电厂也有一个热量储存系统，用来吸收白天太阳能区域产生的部分热量。这些热量储存在灌满混合熔融盐的储罐中，在夜晚或者阴天时使用。导热油流向中级储罐时，经过一个热交换器来加热熔融盐。通过热量的储存，电力生产不会受到短暂的太阳辐照缺失的影响，增加了太阳能热电站数小时的工作时间
2. 测量要求
抛物面槽吸收器的管道是由多层不锈钢管道组成，外层包裹有一个带抗反射涂层的真空隔离同轴硼硅玻璃管道。在抛物槽的延伸末端，吸收管道连接到所谓的收集管道。收集管再一次合并到传递管道传递到能量区或者热量储蓄系统。
这家电厂使用的合成导热油是DOWTHERM A型导热油。这是一种由两种稳定的互溶物联苯（C12H10）和联苯醚（C12H10O）合成的有机热传导液。选择这种导热油是因为它的温度可以上升至400°C，并且可以承受白天到黑夜之间的巨大的温度变化。
科隆 口径18”(DN450)的UFM500 HT传感器焊接在材质为碳钢的管道上，安装在吸收管道后。该传感器设计为无法兰型，这是因为当启动时，太阳升起温度升高会使管道受热膨胀。流量计的精度要求为1%-2%。针对这种应用，提供UFM500 HT高温型传感器配上UFC030 HiPower 高能效转换器（根据现场经验可以更好的测量）。
液态盐热存储在常压下工作，每个电厂有两个储罐。在阴天或太阳下山后运作所需的热量存储于混合熔融盐中，这种盐由60%硝酸钠（NaNO3）和40%硝酸钾（KNO3）组成。在熔融盐从冷罐向热罐的泵送过程中，混合熔融盐在出口端吸收额外的热量，大约从290°C被加热到390°C。
用于测量熔融盐的科隆 UFM 500 HT 流量传感器与标准的UFC030转换器配套。管道材质是碳钢，口径是20“（DN500）。
UFM 530HT 在太阳能电站的第三个应用是测量从收集太阳能的区域到发电区的导热油。导热油被集中在一个直径28“（DN700）的管道内。两台UFM 530 HT 高温型超声波流量计串联在管道中。
管道随后被分作两个直径为20“(DN500)的管道。每个管道上安装一台UFM 530HT。每个管道的导热油分别在蒸汽发电机1和2中经过热交换器来加热蒸汽。在发电区的UFM530 HT配的转换器是标准的UFC 030转换器。
3. 科隆解决方案
在测量导热油时，我们发现的一个重要现象，就是声音的速度（VoS）在温度较高时会急剧下降。每升高一摄氏度，声速降低3m/s。这导致了在最高温为392°C时声速会非常小（见下表）。同时导热油的密度对温度变化很敏感。在高温下，超声波信号将会急剧衰减。
温度（°C） 声速（VoS）
247 770m/s
260 757m/s 1m/s 每摄氏度
310 627m/s 2.6m/s每摄氏度
320 597m/s 3.0m/s每摄氏度
371 460m/s 2.7m/s每摄氏度
除了这个现象之外， 1号电厂在早期的试运行阶段，热交换系统有些问题，发生了一些泄漏，蒸汽进入了热传导油系统。这样导热油里就有了些生锈的颗粒，而水则乳化了油。UFM 530 HT下面一个声道上声波信号的损失使我们注意到了这个问题。同时，科隆认识到这种困难的高温应用确实是一个挑战并着手开始寻找解决方案。经过进一步的研究，研发了特殊的UFC030 HiPower高功率型转换器。
UFC030 HiPower高功率型转换器能提供更高的激发能量给换能器，以达到更高的信噪比。结合附加的SRAM芯片和被称为科隆“averaging”或“high performance”的软件，UFC030 HiPower高功率型转换器可自动平均声音信号。同时，声音信号的滤波功能也已经对这种特殊的UFC030 HiPower高功率型转换器进行匹配。
因此，科隆制造了一个独特而稳定的两声道高温型超声波流量计，带VoS声速测量功能和一个内置声道的冗余。测量VoS声速是为了得到产品的温度信息。这个平行的双通道设计的优势在于万一其中一条声道失效时，仪表还可以继续测量。如果电流输出作为增益值被连接到控制室，增益值能够用于过程诊断。基于增益上升作为诊断信号，过滤导热油的维护可以有效的规划和组织。
4. 客户利益
- 潜在的泄漏点减少
- 对于频繁的每天启动到关闭的循环中较大的温度变化，这个方案更加坚固可靠
- 如果有一条通道失效，另一条通道可以继续测量
- 无需加价的诊断信息
- 产品温度信息
- 科隆定制的解决方案：在热传导系统中测量合成导热油
- 导热油的复杂工况应用：一个不导电介质在高温下又有特殊的声学特性。
5. 使用产品
UFM 500 HT 传感器
- 无法兰的UFM500传感器，温度可达500°C
- 口径范围可从DN50到DN750
- 坚固的全焊接结构
- 平行的双通道冗余结构
- 材质：不锈钢，碳钢，双相钢
UFC 030 高功率型转换器
- 全新的测量动态导热油的专用UFC030转换器
- 测量温度可达到500°C并且可以适用于较大的温度变化
- 特殊的高功率电子机芯
- 一体化的诊断功能
