CN105424740A - 一种熔盐换热/储热设备性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种熔盐换热/储热设备性能测试装置，包括高温熔盐循环回路和梯级冷却系统(导热油循环回路和冷却水循环回路)；通过变频泵、阀门以及旁通管路的组合调节方式保证大范围精确调节工质的流量；通过设置多组电加热器，并利用可控硅自动调节功率的方式可以大范围精确调节加热功率和温度；通过引入氮气可以隔绝熔盐和导热油与空气接触，大大延长熔盐和导热油的使用寿命。本发明的熔盐换热或储热性能测试综合实验平台，具有多功能特点，不仅适合于测试熔盐工质的流动、换热和储热性能，同时也可以推广到其它液态工质。
Description
技术领域
本发明属于熔盐工质换热技术领域，涉及一种熔盐换热/储热设备性能测试装置。
背景技术
熔盐具有使用温度范围广、热稳定性好、蒸汽压低、热容量大、对物质溶解能力强以及粘度较低等特点；同时，熔盐的价格相对便宜。这些特点使得熔盐成为一种具有广阔应用前景的传热/储热流体，并被广泛用于冶金、化学工程、核电以及太阳能等多个领域。尤其是在核电和太阳能领域，熔盐是最被看好的传热和储热介质之一。目前，世界上已有商业规模的大型熔盐太阳能电站。
与常规传热储热流体相比，熔盐虽然最有很多优点，但是也具有一些缺点，例如凝固温度高，以及还具有一定的腐蚀性。另外，熔盐流动换热实验还涉及到高温问题。这些因素给熔盐流动换热实验的开展带来了一系列的困难。为了确保熔盐流动换热实验平台的安全稳定运行，不仅需要考虑管路的耐高温和抗腐蚀问题，同时也需要考虑熔盐堵塞事故的预防、监控以及快速检修问题。因此，搭建一个安全、稳定、便利的熔盐实验平台并非易事。而且，实验平台成本造价非常高。
目前虽然也有一些熔盐性能测试实验平台，但是实验系统较为简单、且系统的流量范围较小(最大流量小于2m3/h)。实验平台能测试的熔盐换热或储热设备的类型有限，例如仅能开展一些单管和简单套管等小型实验测试研究，而难以实现一些更大流量的整体式换热或储热设备性能测试。为此，亟需一个可用于多种熔盐换热或储热设备性能测试的综合实验平台。在这个实验平台上，可以长期开展各种不同熔盐换热或储热设备的性能测试实验，可以大大降低实验研究成本。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种熔盐换热/储热设备性能测试装置，可用于多种熔盐换热或储热设备性能测试，既可实现单种液态工质的加热过程、也可以实现两种液态工质的换热过程；还可以实现大流量变化范围内的检测。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种熔盐换热/储热设备性能测试装置，包括分别与设备测试段相连通的高温熔盐循环回路和梯级冷却系统；
所述的高温熔盐循环回路包括安装有电加热器组的储盐罐，储盐罐通过变频熔盐泵与熔盐循环管路相连接；熔盐循环管路包括主管路和旁通管路，其上均设置有阀门，主管路与设备测试段的熔盐工质入口相连通，设备测试段的熔盐工质出口再通过回流管路与储盐罐相连通；
所述的梯级冷却系统包括一级冷却循环回路和二级冷却循环回路，一级冷却循环回路连接在设备测试段与工质换热器之间，其间设有带有加热器的一级储存器；二级冷却循环回路连接在工质换热器的两端构成循环回路；
所述的储盐罐、熔盐循环管路以及一级储存器和一级冷却循环回路分别通过氮气控制阀门、连接管路与氮气罐相连通。
所述的储盐罐中的电加热器组将储盐罐中的固体熔盐分阶段加热熔化，并维持在恒定温度；
电加热器组包括多根电加热器，每根电加热器采用可控硅单独控制。
所述的变频熔盐泵维持熔盐循环回路中液态熔盐的流动，调节变频熔盐泵的变频器可控制熔盐循环流量；
变频熔盐泵出口分别通过管道与安装在主管路上的主通阀门、与安装在旁通输入管路上的第一旁路阀门相连接，调节第一旁路阀门和主通阀门可精确控制熔盐循环流量。
所述的主管路上还设置有恒温盐罐，恒温盐罐进出口处分别安装有进口阀门和出口阀门，旁通管路分别通过第二旁通阀门和第三旁通阀门与主管路相连接，通过组合进口阀门、第二旁通阀门、第三旁通阀门和出口阀门控制熔盐是否从恒温盐罐流过；
熔盐主循环管路上还安装有管道过滤器，定期去除熔盐内的杂质；
所述的恒温盐罐内安装有电加热器，电加热器采用可控硅控制，可精确控制实验测试段入口熔盐温度。
所述的高温熔盐循环回路的管道外都缠绕有电伴热带，电伴热带由可控硅控制，电伴热带可对管路进行预热；
高温熔盐循环回路中的管路和设备的位置都高于储盐罐，所有非垂直布置的熔盐管路沿坡度设置，管道中的熔盐在重力作用下向下流动。
所述的一级冷却循环回路为导热油循环回路，二级冷却循环回路为冷却水循环回路，工质换热器为油-水换热器，一级储存器为储油罐；
所述的氮气罐内存储有氮气，打开氮气控制阀门后，氮气进入熔盐循环管路和导热油循环回路，排除其中的空气，并保持储盐罐和储油罐内的气压大于外界大气压；实验结束后，打开氮气控制阀门还可将管路内的熔盐和导热油分别吹扫进储盐罐和储油罐中。
所述的导热油循环回路包括设有加热器组的储油罐，加热器组将储油罐中的导热油加热并维持在恒定温度；
储油罐通过变频导热油泵与导热油循环管路相连接；导热油循环管路包括主管路和旁通管路，其上均设置有阀门，主管路与设备测试段的导热油工质入口相连通，设备测试段的导热油工质出口经油-水换热器和回流管路与储油罐相连通；
导热油主通阀门安装在主循环管路上，导热油旁通阀门安装在旁通管路上，通过调节导热油主通阀门和导热油旁通阀门控制导热油循环流量；
导热油主循环管路上还安装有管道过滤器，定期去除高温焦化产生的固态杂质。
所述的油-水冷却器将导热油循环回路中的热量传递给冷却水循环回路；
所述的冷却水循环回路包括分别通过管路与油-水冷却器相连通的水冷却塔和变频水泵，变频水泵维持冷却水循环回路中冷却水的流动，通过变频水泵调整冷却水循环流量，控制油-水冷却器出口的导热油温度。
所述的熔盐换热/储热设备性能测试装置还包括数据采集与监控报警系统；
数据采集与监控报警系统包括数据采集设备和分布在高温熔盐循环回路和梯级冷却系统中的温度传感器、压力传感器和流量传感器；
储盐罐和一级储存器中布置有压力传感器和温度传感器，分别向数据采集设备发送所检测到的储盐罐和一级储存器的压力、温度；在储盐罐和一级储存器内气压超过设定值时报警；
高温熔盐循环回路入口和一级冷却循环回路入口分别布置有压力传感器，分别向数据采集设备发送所检测到的压力，可判定熔盐循环回路和一级冷却循环回路是否被堵塞；
高温熔盐循环回路中，沿程管路上布置若干温度传感器，设备出口的连接管上均安置有温度传感器，根据传感器的温度变化判断预热是否完成，在检测到温度异常时可以快速判定熔盐堵塞位置；
工质换热器出口布置温度传感器，监测二级冷却循环回路的运行情况；
实验测试段内布置有流量传感器、温度传感器和压力传感器，通过采集流量、温度和压力数据可以分析不同熔盐换热或储热设备性能。
所述的实验测试段为模块化设计，实验测试段与测试装置通过法兰连接，测试不同的熔盐换热或储热设备时，拆卸法兰进行实验测试段的更换。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1、本发明提供的熔盐换热/储热设备性能测试装置，可以在0到30m3/h这样一个很宽范围内精确调节工质流量：通过采用变频泵、阀门以及旁通回路的组合调节流量方式，可以在很宽范围内精确调节工质流量，从而实现在一个实验平台上开展多种熔盐流动换热性能测试，极大提高了实验平台的使用范围。
2、本发明提供的熔盐换热/储热设备性能测试装置，可以在0到30m3/h这样一个很宽范围内精确功率调节，通过采用多根加热器，并配有可控硅控制每根电加热器功率，因此可以根据实验测试段所需的功率精确调节加热功率，达到节能的效果。
3、本发明提供的熔盐换热/储热设备性能测试装置，可以实现精确温度调节，在高温熔盐循环回路采用储盐罐和恒温盐罐组合的分段加热方式，在梯级冷却系统配置带调温的冷却水循环系统和带电加热器的储油罐，同时电加热器均配有可控硅自动控制加热功率，可以实现系统的精确控温。
4、本发明提供的熔盐换热/储热设备性能测试装置，还具有氮气罐及其管路构成的工质保护与吹扫措施，以尽可能延长特殊工质的使用寿命，通过使用氮气的隔绝空气措施，实验开始之前将氮气从氮气瓶中引入循环管路和储罐中，从而可以排走循环系统中的空气，尽可能延长工质的使用寿命；实验结束后还可以将管路内的工质吹扫出管路，防止工质在管道内滞留。
5、本发明提供的熔盐换热/储热设备性能测试装置，还能够预防熔盐堵塞，本发明所有熔盐管道外都缠绕有电伴热带，保证所有的熔盐循环管路和设备位置高于熔盐罐，所有非垂直熔盐管路都保证一定的倾斜角度，从而尽可能降低熔盐发生堵塞管路的可能性。
6、本发明提供的熔盐换热/储热设备性能测试装置，还能够集中数据采集分析，通过数据采集设备可以集中快速采集和分析实验测试段的熔盐换热或储热设备的性能参数，减少实验过程时间，降低系统功耗。
7、本发明提供的熔盐换热/储热设备性能测试装置，还能够监控报警和快速检修，本发明在储盐罐和储油罐内都设置有压力传感器，通过监测这两个压力传感器可以监控熔盐循环回路和导热油循环回路的压力是否接近常压；同时在熔盐泵和导热油泵出口都设置有压力传感器，当出口压力高于正常运行压力上限值(0.1MPa)时，可以判定循环回路发生了堵塞事故；另外在高温熔盐循环回路沿程设置若干温度传感器，可以通过沿程温度快速判定熔盐堵塞的位置，熔盐堵塞主要发生在熔盐循环初期，在未堵塞的情况下，高温熔盐首次流过循环回路时，沿程温度会快速上升并趋于一致，沿程各温度测点之间温差不会超过20℃，若此时发现沿程相连温度测点之间的温差超过20℃则说明这两个温度测点之间发生了熔盐堵塞。
8、本发明提供的熔盐换热/储热设备性能测试装置，还可实现快速更换不同熔盐换热或储热设备，实验测试段与主体测试装置之间采用法兰连接，因此可以在更换较少材料的基础上实现不同熔盐换热或储热设备实验的切换；同时由于测试装置采用大流量设计可以同时开展多个熔盐换热或储热设备的实验测试。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为用于熔盐换热器性能测量的实验测试段结构示意图之一。
图3为用于熔盐吸热器性能测量的实验测试段结构示意图之二。
图4为用于熔盐储热器性能测量的实验测试段结构示意图之三。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提供的熔盐换热/储热设备性能测试装置，需要解决如下主要难点：1.如何精确控制流量，在一个较大的流量变化范围内，仅仅通过调节泵的频率是很难精确调节流量，而通过阀门进一步调节流量有可能引起管路内压力波动太大，进而引发实验管路或设备的泄漏和损坏事故，增加实验的危险性。
2.如何精确控制加热功率，对于这样一个综合实验平台，实验测试对象大到整体式换热器，小到单根换热管；如果实验平台的功率不能灵活改变，例如用整体式熔盐换热器性能测试的功率来进行单管换热性能测试实验，则不但增加了实验平台的运行成本，也不能体现节能的目的。
3.如何精确控制温度，在一个较大的流量变化范围内，如何快速稳定地控制温度也是一个难点。
4.如何延长工质的使用寿命，与水等常规工质相比，像熔盐和导热油这样的高温传热储热工质的成本相对较高；而对于一个大型的实验平台而言，需要的工质量比较大，因此实验平台的投资成本较高；而这些高温传热储热工质的使用寿命是有限的，尤其是高温情况下与空气接触会加速工质变质；为此，需要采用一定的措施尽可能延长工质的使用寿命，降低实验成本。
5.如何监控和降低工质堵塞事故，熔盐的熔点很高，容易在循环回路内造成堵塞事故；而导热油与熔盐在高温下进行换热也容易焦化产生固态杂质；由于实验平台涉及高温，所以这种堵塞具有很大的危险性；因此实验平台应该具有相应的监控和报警系统，并需要采用必要的措施尽可能降低堵塞事故发生的可能性。
6.如何实现测试数据的快速采集，由于实验平台涉及高温，实验平台消耗功率较大，特别是对于一些大型的熔盐换热或储热设备而言；为了减少平台的功率消耗，应该尽可能缩短数据采集时间。
7.如何实现不同熔盐换热或储热设备性能的实验测试，对于一个可以开展各种不同类型的熔盐换热或储热设备性能测试的实验平台，应该采用一定的措施实现不同测试对象的简单快速更换，亦或者是设计成对若干个设备同时进行实验，以减少拆卸实验平台的成本。
参见图1，一种熔盐换热/储热设备性能测试装置，包括分别与设备测试段26相连通的高温熔盐循环回路和梯级冷却系统；
所述的高温熔盐循环回路包括安装有电加热器组3的储盐罐2，储盐罐2通过变频熔盐泵1与熔盐循环管路相连接；熔盐循环管路包括主管路和旁通管路，其上均设置有阀门，主管路与设备测试段26的熔盐工质入口相连通，设备测试段26的熔盐工质出口再通过回流管路与储盐罐2相连通；
所述的梯级冷却系统包括一级冷却循环回路和二级冷却循环回路，一级冷却循环回路连接在设备测试段26与工质换热器29之间，其间设有带有加热器的一级储存器；二级冷却循环回路连接在工质换热器29的两端构成循环回路；
所述的储盐罐2、熔盐循环管路以及一级储存器和一级冷却循环回路分别通过氮气控制阀门、连接管路与氮气罐17相连通。
进一步的，所述的储盐罐2中的电加热器组3将储盐罐2中的固体熔盐分阶段加热熔化，并维持在恒定温度；
电加热器组3包括多根电加热器，每根电加热器采用可控硅单独控制。
所述的变频熔盐泵1维持熔盐循环回路中液态熔盐的流动，调节变频熔盐泵1的变频器可控制熔盐循环流量；
变频熔盐泵1出口分别通过管道与安装在主管路上的主通阀门5、与安装在旁通输入管路上的第一旁路阀门4相连接，调节第一旁路阀门4和主通阀门5可精确控制熔盐循环流量。
所述的主管路上还设置有恒温盐罐25，恒温盐罐25进出口处分别安装有进口阀门6和出口阀门12，旁通管路分别通过第二旁通阀门7和第三旁通阀门11与主管路相连接，通过组合进口阀门6、第二旁通阀门7、第三旁通阀门11和出口阀门12控制熔盐是否从恒温盐罐25流过；
熔盐主循环管路上还安装有管道过滤器13，定期去除熔盐内的杂质；
所述的恒温盐罐25内安装有电加热器8，电加热器8采用可控硅控制，可精确控制实验测试段26入口熔盐温度。
高温熔盐循环回路的管道外都缠绕有电伴热带，电伴热带由可控硅控制，电伴热带可对管路进行预热；
高温熔盐循环回路中的管路和设备的位置都高于储盐罐2，所有非垂直布置的熔盐管路沿坡度设置，管道中的熔盐在重力作用下向下流动。
具体的，储盐罐2中安装的电加热器组，负责将储盐罐2中的固体熔盐分阶段加热熔化，并维持在恒定温度；电加热器组含有多根电加热器，每根电加热器采用可控硅单独控制；
变频熔盐泵1维持熔盐循环回路中液态熔盐的流动，通过调节变频熔盐泵的变频器可以初步控制熔盐循环流量；变频熔盐泵1出口通过管道与第一旁路阀门4和主通阀门5相连接，主通阀门5安装在主循环管路上，第一旁路阀4门安装在旁通管路上，通过调节第一旁路阀门4和主通阀门5进一步精确控制熔盐循环流量；
恒温盐罐25内安装有电加热器8，电加热器8亦采用可控硅控制，可以进一步增加系统加热功率和精确控制实验测试段入口熔盐温度；
通过组合调节进口阀门6、出口阀门7、第二旁通阀11和出口阀门12控制熔盐是否从恒温盐罐25流过；当实验所需的熔盐流量较小时，打开出口阀门7和第二旁通阀11，关闭进口阀门6和出口阀门12，使得熔盐从旁通管路流过，当实验所需的熔盐流量较大时，关闭出口阀门7和第二旁通阀11，打开进口阀门6和出口阀门12，使得熔盐从恒温盐罐流过；
熔盐主循环管路上安装的管道过滤器13，可定期去除熔盐内的杂质，保护变频熔盐泵1；
所有熔盐管道外都缠绕有电伴热带，电伴热系统亦由可控硅控制，实验之前通过电伴热系统对管路进行预热；
所有熔盐管路和设备的位置都高于储盐罐2，所有非垂直布置的熔盐管路都有坡度，保证设备和管道中的熔盐可以在重力作用下流回储盐罐2。
所述的一级冷却循环回路为导热油循环回路，二级冷却循环回路为冷却水循环回路，工质换热器29为油-水换热器，一级储存器为储油罐21；
所述的氮气罐17内存储有氮气，打开氮气控制阀门后氮气进入熔盐循环管路和导热油循环回路排除其中的空气，并保持储盐罐2和储油罐21内的气压大于外界大气压；实验结束后，打开氮气控制阀门还可将管路内的熔盐和导热油分别吹扫进储盐罐2和储油罐21中。
进一步的，所述的导热油循环回路包括设有加热器组22的储油罐21，加热器组22将储油罐21中的导热油加热并维持在恒定温度；
储油罐21通过变频导热油泵20与导热油循环管路相连接；导热油循环管路包括主管路和旁通管路，其上均设置有阀门，主管路与设备测试段26的导热油工质入口相连通，设备测试段26的导热油工质出口经油-水换热器和回流管路与储油罐21相连通；
导热油主通阀门27安装在主循环管路上，导热油旁通阀门28安装在旁通管路上，通过调节导热油主通阀门27和导热油旁通阀门28控制导热油循环流量；
导热油主循环管路上还安装有管道过滤器15，定期去除高温焦化产生的固态杂质。
所述的油-水冷却器将导热油循环回路中的热量传递给冷却水循环回路；
所述的冷却水循环回路包括分别通过管路与油-水冷却器相连通的水冷却塔24和变频水泵23，变频水泵23维持冷却水循环回路中冷却水的流动，通过变频水泵23调整冷却水循环流量，控制油-水冷却器出口的导热油温度。
具体的，储油罐21中安装的电加热器组22负责将储油罐21中的导热油加热并维持在恒定温度；电加热器组22含有多根电加热器，每根电加热器采用可控硅单独控制；
变频导热油泵20维持导热油循环回路中导热油的流动，同时通过调节变频器初步控制导热油循环流量；变频导热油泵20出口通过管道与导热油主通阀门27(安装在主循环管路上)和导热油旁通阀门28(安装在旁通管路上)相连接，通过调节这两个阀门进一步控制导热油循环流量；
导热油主循环管路上还安装有导热油管道过滤器15，可定期去除高温焦化产生的固态杂质，保护变频导热油泵20；
变频水泵(23)维持冷却水循环回路中冷却水的流动，同时通过变频器可以调整冷却水循环流量，进而控制油-水冷却器出口的导热油温度。
氮气罐17通过管路与储盐罐2、储油罐21以及熔盐和导热油循环管路相连接，为了避免实验过程中熔盐和导热油流进氮气管路内，在氮气管路与储盐罐2、储油罐21以及熔盐和导热油循环管路相连接的接口处分别安装了氮气控制阀门9、10、14、16和18，实验开始之前，打开氮气控制阀门9、10、14、16和18，排除熔盐和导热油循环回路中的空气，并最终保持储盐罐2和储油罐21内的气压略大于外界大气压；实验结束后，氮气控制阀门10、14、16，可以将管路内的熔盐和导热油分别吹扫进储盐罐2和储油罐21中，防止工质在管道内滞留；
熔盐换热/储热设备性能测试装置还包括数据采集与监控报警系统；
数据采集与监控报警系统包括数据采集设备19和分布在高温熔盐循环回路和梯级冷却系统中的温度传感器、压力传感器和流量传感器；
储盐罐2和一级储存器中布置有压力传感器和温度传感器，分别向数据采集设备19发送所检测到的储盐罐2和一级储存器的压力、温度；在储盐罐2和一级储存器内气压超过设定值时报警；
高温熔盐循环回路入口和一级冷却循环回路入口分别布置有压力传感器，分别向数据采集设备19发送所检测到的压力，可判定熔盐循环回路和一级冷却循环回路是否被堵塞；
高温熔盐循环回路中，沿程管路上布置若干温度传感器，设备出口的连接管上均安置有温度传感器，根据传感器的温度变化判断预热是否完成，在检测到温度异常时可以快速判定熔盐堵塞位置；
工质换热器29出口布置温度传感器，监测二级冷却循环回路的运行情况；
实验测试段26内布置有流量传感器、温度传感器和压力传感器，通过采集流量、温度和压力数据可以分析不同熔盐换热或储热设备性能。
所述的实验测试段26为模块化设计，实验测试段26与测试装置通过法兰连接，测试不同的熔盐换热或储热设备时，拆卸法兰进行实验测试段26的更换。
作为一个整体的实施例，熔盐换热/储热设备性能测试装置，可由高温熔盐循环回路、梯级冷却系统(导热油循环回路和冷却水循环回路)、工质保护与吹扫系统、集中数据采集与监控报警系统以及实验测试段组成。
下面给出熔盐换热/储热设备性能测试装置进行性能测试的方法，分为如下几个阶段：
1.实验测试段组装阶段，根据实验测试内容，将实验测试段26通过法兰与实验平台进行连接，确保各个循环回路无泄漏。
2.实验前的排空气阶段，实验测试段26组装完成之后，打开氮气控制阀门，使得氮气罐17内的氮气充到储盐罐2、储油罐21以及熔盐和导热油循环回路管道内，通过高压氮气将系统内的空气排净；空气排净后，通过观察储盐罐2和储油罐21上安置的压力传感器观察循环系统的压力保持在比外界大气压稍高的一定值，这样可以保持实验过程中系统内较少的空气量，之后关闭氮气控制阀门。
3.高温熔盐循环回路预热阶段，排净循环回路中的空气之后，可以开启储盐罐2中的电加热器组，分阶段将固态熔盐加热到高于熔点的给定温度；启动电伴热系统对熔盐管路进行预热；开启储油罐21内的电加热器组，对储油罐21内的导热油进行加热；当储油罐21内的导热油加热至给定温度时，调节导热油主通阀门27和导热油旁通阀门28的开度大小，打开变频导热油泵20，通过加热后的导热油对测试段的盐-油换热器30或盐-油冷却器32进行预热，预热完成后依次关闭电伴热系统和变频导热油泵20，将导热油主通阀门27和导热油旁通阀门28的开度都调到最大。
4.正式实验阶段，按照实验测试段所需要的熔盐流量的大小，决定进口阀门6、出口阀门7、第二旁通阀11和出口阀门12的开闭状态，当实验所需的熔盐流量较小时，开启出口阀门7和第二旁通阀11，关闭进口阀门6和出口阀门12；当实验所需的熔盐流量较大时，关闭出口阀门7和第二旁通阀11，开启进口阀门6和出口阀门12；保证第一旁路阀门4和主通阀门5的开度最大，开启变频熔盐泵1，通过配合调节变频熔盐泵1的变频器、第一旁路阀门4和主通阀门5的开度使得循环熔盐流量为预设值；如果熔盐流量较大时，开启恒温盐罐25内的电加热器；再次开启变频导热油泵20，配合调节变频导热油泵20的变频器、导热油主通阀门27和导热油旁通阀门28的开度使得循环导热油流量为预设值；开启变频水泵23、和冷却塔24，通过调节变频水泵23的变频器使得油-水换热器出口的导热油温度为设定值。
5.实验结束阶段，实验测试结束之后，依次关闭恒温盐罐25内的电加热器、储盐罐2内的电加热器组、储油罐21内的电加热器组、变频熔盐泵1、变频导热油泵20和变频水泵23，打开氮气控制阀门10、16，将管道内残留的熔盐和导热油分别吹扫回储盐罐2和储油罐21，待系统的温度降至常温时，对管道过滤器13和导热油管道过滤器15进行检查，及时清除其中的杂质，避免下次实验过程中出现堵塞事故。
6.整个过程的数据采集和监控阶段，数据采集和监控贯穿整个实验过程，实验之前应该首先打开数据采集和监控系统；通过监测系统流量、压力和温度可以判定系统是否发生堵塞；通过对熔盐循环回路沿程温度的监测可以及时发现熔盐堵塞位置；通过采集实验测试段数据可以得到熔盐换热或储热设备的流动换热综合性能。
图2-图4列举了三种不同的熔盐换热或储热过程的实验测试段结构，如图2所示，当测试段用于熔盐换热器性能测试时，整个测试段由盐-油换热器30、流量传感器、进出口温度传感器和压力传感器组成；通过分析流量、进出口温度和压力的数据可以得到熔盐在盐-油换热器中的流动换热性能；熔盐循环回路的热量由盐-油换热器30传递给导热油循环回路、并最终通过冷却水循环回路带走。
如图3所示，当测试段用于熔盐吸热器性能测试时，整个测试段由盐-油冷却器32、熔盐吸热器31以及流量、相应温度和压力传感器构成，熔盐循环回路的热量由盐-油冷却器32传递给导热油循环回路、并最终通过冷却水循环回路带走；当然，测试段也可以由若干个熔盐换热或储热设备组成。
如图4所示，实验平台可以同时对若干个熔盐储热器33进行性能测试研究，熔盐将热量传递给熔盐储热器33内的储热介质，可同时测量的熔盐储热器数量取决于变频熔盐泵1的最大循环流量，即必须保证所有测量的熔盐储热器内的熔盐流量总和小于变频熔盐泵1的最大循环流量。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种熔盐换热/储热设备性能测试装置，其特征在于，包括分别与设备测试段(26)相连通的高温熔盐循环回路和梯级冷却系统；
所述的高温熔盐循环回路包括安装有电加热器组(3)的储盐罐(2)，储盐罐(2)通过变频熔盐泵(1)与熔盐循环管路相连接；熔盐循环管路包括主管路和旁通管路，其上均设置有阀门，主管路与设备测试段(26)的熔盐工质入口相连通，设备测试段(26)的熔盐工质出口再通过回流管路与储盐罐(2)相连通；
所述的梯级冷却系统包括一级冷却循环回路和二级冷却循环回路，一级冷却循环回路连接在设备测试段(26)与工质换热器(29)之间，其间设有带有加热器的一级储存器；二级冷却循环回路连接在工质换热器(29)的两端构成循环回路；
所述的储盐罐(2)、熔盐循环管路以及一级储存器和一级冷却循环回路分别通过氮气控制阀门、连接管路与氮气罐(17)相连通。
2.如权利要求1所述的熔盐换热/储热设备性能测试装置，其特征在于，所述的储盐罐(2)中的电加热器组(3)将储盐罐(2)中的固体熔盐分阶段加热熔化，并维持在恒定温度；
电加热器组(3)包括多根电加热器，每根电加热器采用可控硅单独控制。
3.如权利要求1所述的熔盐换热/储热设备性能测试装置，其特征在于，所述的变频熔盐泵(1)维持熔盐循环回路中液态熔盐的流动，调节变频熔盐泵(1)的变频器可控制熔盐循环流量；
变频熔盐泵(1)出口分别通过管道与安装在主管路上的主通阀门(5)、与安装在旁通输入管路上的第一旁路阀门(4)相连接，调节第一旁路阀门(4)和主通阀门(5)可精确控制熔盐循环流量。
4.如权利要求1所述的熔盐换热/储热设备性能测试装置，其特征在于，所述的主管路上还设置有恒温盐罐(25)，恒温盐罐(25)进出口处分别安装有进口阀门(6)和出口阀门(12)，旁通管路分别通过第二旁通阀门(7)和第三旁通阀门(11)与主管路相连接，通过组合进口阀门(6)、第二旁通阀门(7)、第三旁通阀门(11)和出口阀门(12)控制熔盐是否从恒温盐罐(25)流过；
熔盐主循环管路上还安装有管道过滤器(13)，定期去除熔盐内的杂质；
所述的恒温盐罐(25)内安装有电加热器(8)，电加热器(8)采用可控硅控制，可精确控制实验测试段(26)入口熔盐温度。
5.如权利要求1～4任何一项所述的熔盐换热/储热设备性能测试装置，其特征在于，高温熔盐循环回路的管道外都缠绕有电伴热带，电伴热带由可控硅控制，电伴热带可对管路进行预热；
高温熔盐循环回路中的管路和设备的位置都高于储盐罐(2)，所有非垂直布置的熔盐管路沿坡度设置，管道中的熔盐在重力作用下向下流动。
6.如权利要求1所述的熔盐换热/储热设备性能测试装置，其特征在于，所述的一级冷却循环回路为导热油循环回路，二级冷却循环回路为冷却水循环回路，工质换热器(29)为油-水换热器，一级储存器为储油罐(21)；
所述的氮气罐(17)内存储有氮气，打开氮气控制阀门后，氮气进入熔盐循环管路和导热油循环回路，排除其中的空气，并保持储盐罐(2)和储油罐(21)内的气压大于外界大气压；实验结束后，打开氮气控制阀门还可将管路内的熔盐和导热油分别吹扫进储盐罐(2)和储油罐(21)中。
7.如权利要求6所述的熔盐换热/储热设备性能测试装置，其特征在于，所述的导热油循环回路包括设有加热器组(22)的储油罐(21)，加热器组(22)将储油罐(21)中的导热油加热并维持在恒定温度；
储油罐(21)通过变频导热油泵(20)与导热油循环管路相连接；导热油循环管路包括主管路和旁通管路，其上均设置有阀门，主管路与设备测试段(26)的导热油工质入口相连通，设备测试段(26)的导热油工质出口经油-水换热器和回流管路与储油罐(21)相连通；
导热油主通阀门(27)安装在主循环管路上，导热油旁通阀门(28)安装在旁通管路上，通过调节导热油主通阀门(27)和导热油旁通阀门(28)控制导热油循环流量；
导热油主循环管路上还安装有管道过滤器(15)，定期去除高温焦化产生的固态杂质。
8.如权利要求6所述的熔盐换热/储热设备性能测试装置，其特征在于，所述的油-水冷却器将导热油循环回路中的热量传递给冷却水循环回路；
所述的冷却水循环回路包括分别通过管路与油-水冷却器相连通的水冷却塔(24)和变频水泵(23)，变频水泵(23)维持冷却水循环回路中冷却水的流动，通过变频水泵(23)调整冷却水循环流量，控制油-水冷却器出口的导热油温度。
9.如权利要求1或6所述的熔盐换热/储热设备性能测试装置，其特征在于，熔盐换热/储热设备性能测试装置还包括数据采集与监控报警系统；
数据采集与监控报警系统包括数据采集设备(19)和分布在高温熔盐循环回路和梯级冷却系统中的温度传感器、压力传感器和流量传感器；
储盐罐(2)和一级储存器中布置有压力传感器和温度传感器，分别向数据采集设备(19)发送所检测到的储盐罐(2)和一级储存器的压力、温度；在储盐罐(2)和一级储存器内气压超过设定值时报警；
高温熔盐循环回路入口和一级冷却循环回路入口分别布置有压力传感器，分别向数据采集设备(19)发送所检测到的压力，可判定熔盐循环回路和一级冷却循环回路是否被堵塞；
高温熔盐循环回路中，沿程管路上布置若干温度传感器，设备出口的连接管上均安置有温度传感器，根据传感器的温度变化判断预热是否完成，在检测到温度异常时可以快速判定熔盐堵塞位置；
工质换热器(29)出口布置温度传感器，监测二级冷却循环回路的运行情况；
实验测试段(26)内布置有流量传感器、温度传感器和压力传感器，通过采集流量、温度和压力数据可以分析不同熔盐换热或储热设备性能。
10.如权利要求1或6所述的熔盐换热/储热设备性能测试装置，其特征在于，所述的实验测试段(26)为模块化设计，实验测试段(26)与测试装置通过法兰连接，测试不同的熔盐换热或储热设备时，拆卸法兰进行实验测试段(26)的更换。
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