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近日，在浙江杭州盛大召開的第十二屆中國(guó)國(guó)際光熱大會(huì)暨CSPPLAZA年會(huì)中，藍(lán)星（北京）化工機(jī)械有限公司（簡(jiǎn)稱藍(lán)星北化機(jī)）熔鹽儲(chǔ)能事業(yè)部總經(jīng)理趙國(guó)峰出席會(huì)議并從熔鹽儲(chǔ)罐行業(yè)痛點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)分享了光熱發(fā)電大容量高低溫熔鹽儲(chǔ)罐加工制造過程中的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

圖：趙國(guó)峰

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公司簡(jiǎn)介

藍(lán)星北化機(jī)是國(guó)資委直屬中國(guó)中化旗下中國(guó)藍(lán)星（集團(tuán)）股份有限公司全資子公司，經(jīng)歷多年的不斷變革和摸索，藍(lán)星北化機(jī)從傳統(tǒng)單一的氣堿裝備、壓力容器逐步形成了以電解業(yè)務(wù)、儲(chǔ)能業(yè)務(wù)、生物質(zhì)業(yè)務(wù)、特種閥門為主的四大產(chǎn)品鏈。

趙國(guó)峰詳細(xì)介紹了儲(chǔ)能業(yè)務(wù)版塊：

該業(yè)務(wù)依托藍(lán)星北化機(jī)傳統(tǒng)的壓力容器制造優(yōu)勢(shì)發(fā)展而來。1980年代，熔鹽已作為熱媒應(yīng)用于北化機(jī)的氯堿等化工業(yè)務(wù)；1990年代左右，正式開展熔鹽熱媒相關(guān)技術(shù)研究；2015年起切入熔鹽儲(chǔ)罐領(lǐng)域。

在技術(shù)資質(zhì)方面，公司具有A1設(shè)計(jì)、A2制造資質(zhì)、ASME設(shè)計(jì)制造資質(zhì)以及石油化工總承包二級(jí)和電力施工總承包二級(jí)資質(zhì)。

在設(shè)備計(jì)算方面，實(shí)現(xiàn)熔鹽設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算、非標(biāo)設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算和壓力容器強(qiáng)度計(jì)算的有機(jī)融合；利用ansys軟件、Aspen軟件和E3D軟件進(jìn)行鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)分析、管道應(yīng)力分析以及熱應(yīng)力、流體動(dòng)力學(xué)模擬。

在創(chuàng)新研發(fā)方面，公司參與9項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)編著；獲多項(xiàng)省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)、科學(xué)技術(shù)成果及示范項(xiàng)目等獎(jiǎng)項(xiàng)；擁有共31項(xiàng)專利，部分專利獲得部級(jí)專利金獎(jiǎng)。

在生產(chǎn)制造方面，公司擁有完善的服務(wù)理念、成熟的焊接工藝、專業(yè)的焊接團(tuán)隊(duì)、踏實(shí)的質(zhì)量管理。

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熔鹽儲(chǔ)罐的行業(yè)痛點(diǎn)

作為光熱電站的核心組件，熔鹽儲(chǔ)罐的安全性和穩(wěn)定性對(duì)光熱電站的穩(wěn)定運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用——一旦儲(chǔ)罐失效，不僅會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)長(zhǎng)期停滯，還面臨修復(fù)難度高的問題。這對(duì)儲(chǔ)罐“一次建設(shè)即達(dá)高標(biāo)準(zhǔn)、高保障”提出了嚴(yán)苛要求。

針對(duì)這一關(guān)鍵設(shè)備，趙國(guó)峰從儲(chǔ)罐失效類型、全球典型失效案例、失效原因以及降本路徑四方面展開了系統(tǒng)分析。

▌熔鹽儲(chǔ)罐失效類型

①疲勞失效

熔鹽儲(chǔ)罐運(yùn)行中常面臨±50℃/h級(jí)別的頻繁溫度波動(dòng)，這種波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐材料反復(fù)熱脹冷縮，進(jìn)而承受周期性交變熱應(yīng)力。盡管該應(yīng)力幅值通常低于材料屈服極限，但反復(fù)加載會(huì)引發(fā)材料內(nèi)部位錯(cuò)結(jié)構(gòu)重組，加速晶界損傷的累積，最終表現(xiàn)為宏觀裂紋的萌生與擴(kuò)展。尤其需要注意的是，儲(chǔ)罐焊縫區(qū)域因存在焊接殘余應(yīng)力，與交變熱應(yīng)力疊加后，其疲勞壽命會(huì)大幅衰減，僅為母材的30%-50%，成為疲勞失效的高發(fā)區(qū)域。

②高溫蠕變失效

在光熱電站的高溫運(yùn)行環(huán)境中，熔鹽儲(chǔ)罐材料會(huì)發(fā)生高溫蠕變，整個(gè)失效過程可分為三個(gè)階段：（1）減速階段：位錯(cuò)滑移主導(dǎo)，應(yīng)變速率逐漸降低；（2）穩(wěn)態(tài)階段：動(dòng)態(tài)恢復(fù)平衡，形成恒定蠕變速率；（3）加速階段：晶界空洞擴(kuò)展導(dǎo)致材料最終斷裂。

③屈曲風(fēng)險(xiǎn)

儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)尤其是罐底板設(shè)計(jì)不合理，或者在運(yùn)行過程中受力不均勻局部膨脹受阻的情況下，可能導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)尤其是儲(chǔ)罐底板區(qū)域發(fā)生屈曲變形。

▌全球三大塔式光熱電站熔鹽儲(chǔ)罐失效案例

①西班牙Gemasolar光熱電站（20MW）熔鹽儲(chǔ)罐失效

作為全球首座可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)發(fā)電的太陽(yáng)能電站，位于西班牙塞維利亞的Gemasolar光熱電站在2011-2017年間，先后發(fā)生3次熔鹽儲(chǔ)罐開裂、熔鹽泄漏事故。

事故原因：設(shè)計(jì)階段未充分考慮當(dāng)?shù)氐叵滤蛩兀瑑?chǔ)罐基礎(chǔ)未能有效阻隔地下水流——地下水流不僅導(dǎo)致罐體內(nèi)形成巨大溫差，引發(fā)過量熱應(yīng)力，還使高溫狀態(tài)下的罐體出現(xiàn)不均勻沉降，雙重作用最終造成罐底破裂、熔鹽泄漏。

②美國(guó)Crescent Dunes光熱電站（110MW）熔鹽儲(chǔ)罐失效

位于美國(guó)內(nèi)達(dá)華州的該電站于2015年9月啟動(dòng)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，但僅1年后（2016年10月）便因熔鹽儲(chǔ)罐失效停產(chǎn)；經(jīng)8個(gè)月修復(fù)恢復(fù)運(yùn)營(yíng)后，2019年4月儲(chǔ)罐再次失效停運(yùn)。

事故原因：核心問題集中在制造與施工環(huán)節(jié)——首次泄漏源于儲(chǔ)罐底部設(shè)計(jì)未符合規(guī)范，且建設(shè)時(shí)罐體焊接質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，施工驗(yàn)收階段未排查出該安全隱患；第二次泄漏則是返修過程中未嚴(yán)格執(zhí)行焊接規(guī)范，導(dǎo)致新的焊接缺陷引發(fā)失效。

③摩洛哥努奧三期項(xiàng)目（150MW）熔鹽儲(chǔ)罐失效

該電站于2018年10月投運(yùn)后，曾發(fā)生熱鹽罐泄漏（暫無公開明確原因），且同一熱鹽罐后續(xù)再次泄漏。業(yè)內(nèi)人士推測(cè)，失效可能與儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)缺陷、材料選擇不當(dāng)、施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)相關(guān)，也可能是長(zhǎng)期運(yùn)行中熱應(yīng)力、熔鹽腐蝕等因素累積導(dǎo)致罐體破損。目前電站已完成修復(fù)，于2025年4月恢復(fù)運(yùn)營(yíng)。

▌熔鹽儲(chǔ)罐失效原因

基于上述失效類型與案例分析，趙國(guó)峰將熔鹽儲(chǔ)罐失效的原因歸納為設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行三大維度：

①設(shè)計(jì)方面：溫度范圍不適用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、材料（基礎(chǔ)保溫、結(jié)構(gòu)材料等）選擇不當(dāng)?shù)取?/p>

②制造方面：預(yù)制加工不執(zhí)行技術(shù)要求、組對(duì)不嚴(yán)謹(jǐn)、焊接有缺陷、檢驗(yàn)檢測(cè)不準(zhǔn)確、驗(yàn)收未嚴(yán)格執(zhí)行要求等。

③運(yùn)行方面：溫度梯度大、熔鹽雜質(zhì)含量高、瞬態(tài)運(yùn)行工況復(fù)雜、運(yùn)維管理不到位等。

▌熔鹽儲(chǔ)罐降本路徑

趙國(guó)峰表示，“降本”是行業(yè)持續(xù)發(fā)展的根本，針對(duì)當(dāng)前熔鹽儲(chǔ)罐的降本路徑，藍(lán)星北化機(jī)總結(jié)出兩大關(guān)鍵方向，具體如下：

①寬溫域儲(chǔ)能介質(zhì)的適配裝備

核心是通過寬液體溫域高溫熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、大容量高溫熔鹽儲(chǔ)罐及其地基設(shè)計(jì)制造工藝、系統(tǒng)集成與控制等關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，讓熔鹽儲(chǔ)罐適配更高溫、更高儲(chǔ)熱密度的熔鹽介質(zhì)，進(jìn)而優(yōu)化系統(tǒng)效率、降低單位儲(chǔ)熱成本。

②儲(chǔ)熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變革降低熔鹽死鹽的用量

趙國(guó)峰表示，常規(guī)的設(shè)計(jì)方案由于熔鹽儲(chǔ)罐底部采用近平底設(shè)計(jì)，而熔鹽泵因結(jié)構(gòu)屬性只能抽取距離底板0.5m以上的熔鹽介質(zhì)，因此0.5m液位以下的熔鹽無法參與系統(tǒng)循環(huán)，業(yè)內(nèi)通常稱其為“死鹽”。當(dāng)前100MW級(jí)光熱電站主流熔鹽儲(chǔ)罐的直徑在30m以上，以35m直徑的儲(chǔ)罐為例，冷熱鹽雙儲(chǔ)罐死鹽量超700噸，成本高達(dá)數(shù)百萬(wàn)元。

為解決“死鹽”問題，北化機(jī)提出兩種系統(tǒng)改造方案：（1）改變儲(chǔ)罐底板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將儲(chǔ)罐底部設(shè)計(jì)為局部漸變式下沉結(jié)構(gòu)，確保熔鹽泵伸入儲(chǔ)罐底部下沉區(qū)域；（2）采用主體儲(chǔ)罐外下沉低位罐設(shè)計(jì)。熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)在高、低溫熔鹽儲(chǔ)罐外增設(shè)低位罐，高低溫熔鹽儲(chǔ)罐與低位罐之間結(jié)構(gòu)獨(dú)立但通過管路連通，該系統(tǒng)可以有效降低死鹽量的同時(shí)增加熔鹽泵的可靠性。

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藍(lán)星北化機(jī)熔鹽儲(chǔ)罐的過程控制

趙國(guó)峰表示，藍(lán)星北化機(jī)熔鹽儲(chǔ)罐的過程控制涵蓋設(shè)計(jì)方案、施工過程、質(zhì)量管控和運(yùn)維支持四個(gè)方面。

▌設(shè)計(jì)方案

一方面，對(duì)熔鹽儲(chǔ)罐及其基礎(chǔ)進(jìn)行基礎(chǔ)方案選型、設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析、溫度場(chǎng)分析、散熱損失分析，持續(xù)優(yōu)化儲(chǔ)罐整體方案；另一方面，根據(jù)已有數(shù)據(jù)不斷迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)方案以及熔鹽儲(chǔ)罐運(yùn)行工況注意事項(xiàng)，包括不限于溫升速率控制范圍、最大溫差控制、靜設(shè)備在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的使用方式等要求。

▌施工過程

藍(lán)星北化機(jī)擁有成熟的施工工藝以及嚴(yán)格的儲(chǔ)罐安裝焊接質(zhì)量管控，具備多年的項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)管理經(jīng)驗(yàn)，擁有數(shù)支成熟的項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)；擁有多支專業(yè)化的施工隊(duì)伍，現(xiàn)場(chǎng)定期對(duì)鉚工、焊工進(jìn)行系統(tǒng)化培訓(xùn)并考核，擁有成熟的施工人員培訓(xùn)系統(tǒng)；所做的焊接工藝評(píng)定有三百多項(xiàng)，涉及NB/T47014、ASME和歐盟標(biāo)準(zhǔn)，焊接檢測(cè)一次合格率≥98%。

▌質(zhì)量管控

原材料環(huán)節(jié)執(zhí)行“現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)控+隨機(jī)取樣+自送檢+第三方專業(yè)檢測(cè)”；通過獨(dú)立供應(yīng)商評(píng)價(jià)體系篩選優(yōu)質(zhì)合作方；實(shí)施數(shù)字化材料檢測(cè)管理，記錄從采購(gòu)、檢測(cè)、入庫(kù)到使用的全流程數(shù)據(jù)；擁有成熟的焊接工藝、專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)以及先進(jìn)的檢驗(yàn)手段來保證施工質(zhì)量。

▌運(yùn)維支持

面對(duì)熔鹽儲(chǔ)罐在系統(tǒng)運(yùn)行中所面對(duì)的隱患，結(jié)合以往已投運(yùn)項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)儲(chǔ)罐基礎(chǔ)、罐體結(jié)構(gòu)的仿真分析結(jié)果，持續(xù)更新完善《熔鹽儲(chǔ)罐使用說明書》，針對(duì)儲(chǔ)罐運(yùn)行工況選擇、溫升速率控制標(biāo)準(zhǔn)、罐體溫差限值等核心運(yùn)維要點(diǎn)，明確具體使用要求，為客戶提供可落地的運(yùn)維依據(jù)。

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典型業(yè)績(jī)案例

2015-2025年藍(lán)星北化機(jī)熔鹽儲(chǔ)罐項(xiàng)目業(yè)績(jī)

▌2015年國(guó)內(nèi)首臺(tái)套青海中控10MW熔鹽儲(chǔ)罐項(xiàng)目

作為國(guó)內(nèi)首臺(tái)套熔鹽配儲(chǔ)光熱發(fā)電項(xiàng)目，藍(lán)星北化機(jī)在無經(jīng)驗(yàn)可依的情況下做好前期規(guī)劃，綜合分析儲(chǔ)罐的所有特殊應(yīng)用場(chǎng)景，使用了硬質(zhì)基礎(chǔ)。

▌2017年青海中控二期50MW熔鹽儲(chǔ)罐項(xiàng)目

該項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首批光熱發(fā)電示范項(xiàng)目，也是全球唯一發(fā)電量超設(shè)計(jì)值的塔式光熱電站，2023年發(fā)電1.524億度創(chuàng)行業(yè)記錄。

▌2017-2022年國(guó)家第一批光熱示范項(xiàng)目

▌2019年迪拜項(xiàng)目100MW塔式光熱發(fā)電熔鹽儲(chǔ)罐項(xiàng)目

“一帶一路”重要項(xiàng)目之一，國(guó)家綠電出海標(biāo)志項(xiàng)目，是全球規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)、儲(chǔ)熱時(shí)間最長(zhǎng)的塔式儲(chǔ)能項(xiàng)目。公司最終打造出高質(zhì)量、高進(jìn)度的明星工程，收獲了業(yè)主、總包、分包、監(jiān)理的一致好評(píng)。

▌2022-2023年首批風(fēng)光配儲(chǔ)大基地建設(shè)

▌2023年青海中控太陽(yáng)能發(fā)電有限公司10MW吸熱器改造項(xiàng)目

吸熱器管屏主體材料由國(guó)內(nèi)廠商焊接成型，是國(guó)產(chǎn)化替代的重要實(shí)踐。

▌2024-2025年中標(biāo)5個(gè)新疆區(qū)域光熱項(xiàng)目和1個(gè)火電靈活改造項(xiàng)目