光热电站熔盐管道爆破吹扫施工技术研究与应用

光热电站熔盐管道爆破吹扫施工技术研究与应用

贾元超

中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 山东省济南市250102

摘要：线性菲聂尔式光热电站集发电与储能为一身，采用熔盐作为高温集热、传热、储热和换热介质，是一种可以提供可靠电力和灵活调峰特性的可再生能源发电方式。目前，采用压缩空气对蒸汽管道进行吹扫控制其洁净度的方法层出不穷，但是，对于熔盐管道，尤其是超长距离熔盐管道的洁净化吹扫等还存在技术空白。本文以世界第一座菲涅尔线性光热机组为例，介绍了一种光热电站熔盐管道洁净化爆破吹扫的施工方法，通过安全、精确、快速高效的熔盐管道爆破吹扫，保证了熔盐管道内部洁净度，缩短了施工工期，并为后续相似机组的安装提供借鉴经验。

关键词：光热电站；熔盐管道；管道吹扫；施工技术

1. 前言

近年来，随着经济环保型电站的迅猛发展，以熔盐作为储热介质在很多领域得到广泛应用。目前，光热发电基本类型有抛物线槽式、塔式、菲涅尔式和蝶式四种，其中，线性菲聂尔式光热电站集发电与储能为一身，是一种可以提供可靠电力和灵活调峰特性的可再生能源发电方式。

敦煌大成熔盐线性菲涅耳式光热发电示范项目是世界上首例以熔盐为集热、传热和储热介质的线性菲涅尔光热电站，熔盐管道管线布置较长，在管道施工时施工作业面较多且分散，管道的洁净度控制难度较大，为解决上述熔盐管道洁净度不易控制难题，山东电力建设第一工程有限公司组织科技研发团队，通过对熔盐管道洁净度控制方法进行研究，不断修订、完善施工方案，并最终确定采用爆破吹扫的方法进行熔盐管道的洁净度控制方法。该方法采用定压爆破、定点监护、定向排放的 “三定”吹扫方案，与常规的蒸汽吹扫相比，无需高温高压的蒸汽、无需布置临吹门等，该方法在敦煌大成世界第一座熔盐线性菲涅尔式50MW光热发电项目项目成功应用，取得了良好的经济效益和社会效益。

2.方案简述

根据现场管道布置，在管道末端设置爆破口，其原则是：必须有足够的爆破空间，爆破口处应有10米以上的空地，在管道的最低部位，选择管道的端头且易于防护的地点，选择水平或向上方向（根据现场条件我们吹扫口选择向上15°）。将移动式空压机或厂区空压机设备启动，逐渐开启压缩空气进气控制阀，将压缩空气冲入熔盐管道，观察压力表指示变化，并使用对讲机向爆破口监护人员实时汇报压力变化（压力汇报频率0.02MPa/次）。当管道压力超过0.3MPa时，爆破口监护人员再次对隔离区域进行检查，确认爆破口位置及安全距离内无人员经过、逗留。

当管道压力达到0.4—0.6Mpa后，爆破板会瞬间破裂，管道瞬间失压，管道内的压缩空气携带管道内的杂质一同排出。爆破口监护人员及时向移动式空压机或空压机进气阀门位置人员汇报，将压缩空气进口阀门关闭。管道第一次爆破吹扫完成。当管道爆破吹扫至4-5次，在更换爆破板前，进行管道洁净度的检查。连续2次爆破后管道内部清洁、无灰土，即视为该管道爆破吹扫干净，吹扫工作完成。

3.工艺特点及工艺原理

3.1工艺特点

3.1.1采用了“三定”的爆破吹扫方法，实现了定压爆破、定向排放、定点监护的爆破吹扫效果，提高施工安全性。

3.1.2采用了压缩空气爆破吹扫能够有效避免高温蒸汽吹扫，压力控制稳定，安全系数高，吹扫效率高、吹扫工期短、吹扫效果好。

3.1.3采用了流动式空压机设备，压缩空气气源布置灵活，亦可使用厂区压缩空气系统，进行吹扫管道布置，增加了吹扫施工灵活性，提高施工效率。

3.2工艺原理

爆破吹扫是将被吹扫的管道一端用强度比管道低得多的爆破片封闭，另一端通入压缩空气。系统内空气压力逐渐升高，当超过爆破片所能承受的极限压力时，爆破片突然破裂，系统中的压缩空气瞬时迅速膨胀从爆破口以极高的速度喷出。同时管道内的焊渣和其它杂物在爆破引起的震动作用和高速气流的冲击下也随之排出，反复数次吹扫，即可达到管道内部洁净度要求。

3.2.1吹扫法控制管道洁净度，存在吹扫气源高温高压、管道吹扫压力过大、安全管控点多、安全管控难度大等问题。该方法熔盐管道采用了“三定”的爆破吹扫方法，实现了熔盐管道定压爆破、定向排放、定点监护的爆破吹扫效果，提高管道爆破吹扫过程中的施工安全性。

3.2.2吹扫法控制管道洁净度，通常采用高温高压的蒸汽进行吹扫，存在高温高压蒸汽泄漏等安全隐患。该方法采用了压缩空气定向爆破吹扫，能够有效避免高温蒸汽吹扫，压力控制稳定，安全系数高，吹扫效率高、吹扫工期短、吹扫效果好。

3.2.3常规压缩空气管道爆破吹扫的施工方法，常常受制于压缩空气设备的布置和选择，通常需要租赁或采购大型的空压机设备。然而熔盐管道大多布置分散、且管道距离较长，一般的空压机设备无法满足管道吹扫的要求。该方法采用了流动式空压机设备，压缩空气气源布置灵活，亦可使用厂区压缩空气系统，进行吹扫管道布置，增加了吹扫施工灵活性，提高施工效率。

4.主要工艺流程和技术要点

4.1主要工艺流程

图4.1爆破吹扫工艺流程图

4.2操作要点

    4.2.1 确定爆破吹扫线路

镜场大口径（DN450）熔盐管道吹扫线路：因冷热熔盐管道口径较大、管线较长，管道的容积较大，压缩空气在管道内升压速度较慢，故，在冷热熔盐管道吹扫时采用分段吹扫的方式进行。

SGS及镜场冷热熔盐管道吹扫线路：热疏盐管道口径为DN150,管道长度约1800m，管道容积约32m³，故，冷热疏盐管道采用整体一次性吹扫的方式进行。

4.2.2爆破气源选择

冷热熔盐管道气源：冷热熔盐管道采用分段吹扫的方式进行吹扫，故，压缩空气气源采用移动式空压机设备。

冷热疏盐管道气源：因冷热疏盐管道最终分别回盐至冷热盐罐，故，冷热疏盐管道压缩空气气源采用发电区空压机房至SGS区域的压缩空气。

4.2.3爆破气源管道连接

冷热熔盐管道：将冷热熔盐管道吹扫开始端焊接堵板，并在堵板上开孔，使用高压软管将移动式空压机设备与管道接通，在管道进口设置控制阀门及压力表。

4-2-1移动式空压机布置

冷热疏盐管道：将SGS 5米层厂用压缩空气管道接至SGS15米层冷热疏盐管道，将压缩空气管道与冷热疏盐管道接通，使用至SGS厂用压缩空气管道的手动阀门及压力表，控制压缩空气气源。热疏盐管道爆破吹扫示意图如下:

4-2-2热疏盐管道爆破吹扫示意图

4.2.4管道爆破前的系统隔离、安全隔离

对吹扫管道及阀门进行检查，隔离不能吹扫的设备及管道系统。

在管道系统充气前，需在爆破口20m以内拉设安全警戒隔离区域，并安排专职安全人员在警戒隔离区域进行监护，严禁人员在爆破口处通过或逗留，严禁其他人员进入隔离区。

4.2.5管道末端法兰封堵及爆破板安装

根据现场管道布置，在管道末端设置爆破口，其原则是：必须有足够的爆破空间，爆破口处应有10米以上的空地在管道的最低部位，选择管道的端头且易于防护的地点，选择水平或向下方向（根据现场条件我们吹扫口选择向上15°）。

管道末端焊接配对法兰（如管道口径较大无合适的法兰，可使用钢板灵活制作）。

         4-2-3制作爆破板                   4-2-4安装爆破胶皮板

在末端两法兰之间放置爆破板。爆破板选择时可使用普通石棉板或橡胶板（2-3mm厚）、铝板（0.3~0.8mm）。由于压缩空气爆破吹扫需要保持一个相对稳定的压力空间，故管道第一次爆破吹扫爆破板采用石棉板或橡胶板，爆破后在密封法兰面形成密封环，后续爆破铝板可直接叠放在橡胶或石棉密封环上，将两连接法兰螺栓紧固，管道爆破吹扫准备完毕。

4-2-5爆破板及爆破板密封安装完毕

因管道爆破吹扫的压力为0.4—0.6Mpa，铝板厚度为0.3~0.8mm，为保证管道爆破时管道不超压，可在铝板上划“十”或“井”字号。

4.2.6局部管线、管架临时加固

因管道瞬间失压爆破时会对管道及支架产生一定的反冲力，故，在管道吹扫前需对管道末端（即爆破出口法兰位置）进行临时加固措施，将爆破端管道及支架固定牢固，防止管道爆破瞬间产生反向的作用力，导致管道弯曲。

4.2.7管道系统充气、升压

将移动式空压机或厂区空压机设备启动，逐渐开启压缩空气进气控制阀，将压缩空气冲入熔盐管道，观察压力表指示变化，并使用对讲机向爆破口监护人员实时汇报压力变化（压力汇报频率0.02MPa/次）。当管道压力超过0.25MPa时，爆破口监护人员再次对隔离区域进行检查，确认爆破口位置及安全距离内无人员经过、逗留。

4.2.8爆破板爆破

当管道压力达到0.4—0.6Mpa后，爆破板会瞬间破裂，管道瞬间失压，管道内的压缩空气携带管道内的杂质一同排出。爆破口监护人员及时向移动式空压机或空压机进气阀门位置人员汇报，将压缩空气进口阀门关闭。管道第一次爆破吹扫完成。

4-2-6爆破瞬间                     4-2-7管道内吹出的杂质

当压缩空气进口阀门关闭后，进行管道末端封堵及爆破板的更换。更换时，保留法兰内的橡胶板或石棉板，并将新的爆破铝皮板放入，进行再次的管道爆破吹扫。

4-2-8爆破完成后状态              4-2-9爆破完成后重新安装爆破板

4.2.9管道洁净度检查

当管道爆破吹扫至4-5次，在更换爆破板前，进行管道洁净度的检查。连续2次爆破后管道内部清洁、无灰土，即视为该管道爆破吹扫干净，吹扫工作完成。

4-2-10管道内部清洁度检查4-2-1内部清洁无异物

4.2.10管道系统恢复

拆除吹扫用临时盲板、临时短管，安装好拆卸下的管路及附件，将系统管道恢复。

在系统管道恢复过程中，做好管道的封口、吹扫等洁净化施工措施，杜绝管道内残余杂质进入管道系统内。

4.3施工控制要点

4.3.1 成立统一的吹扫工作小组，指派专人负责，统一指挥和协调工作。

4.3.2管道吹扫前，应检查管道与支架的紧固性和管道堵板的牢固性。确认无问题后，才能进行试压。

4.3.3管道吹扫时，应划定危险区，拉设警戒绳，并安排人员进行监护。告知所有受影响区域，禁止无关人员进入。排气口不得面对设备和操作人员，操作人员不得位于盲法兰、管接头、紧固螺栓等可能飞出物的路线上。

4.3.4试验压力必须按设计或验收规范的规定，升压和降压都应缓慢进行，不能过急。吹扫压力不得超过试验记录规定的压力，所有仪表必须经校验合格后方能使用

4.3.5 试压中如有泄漏，立即停止操作， 泄露点的处理（补焊、紧固）时必须泄压，经确认后方可进行。

4.3.6管道吹扫时佩带耳塞，保护听力。

4.4施工环保措施

4.4.1所有参加施工的人员认真做好预防粉尘教育，普及粉尘危害知识和安全规范

4.4.2为防止噪音扰民，夜间加班作业防止噪音干扰周围居民正常生活秩序。

4.4.3现场材料分规格、品种堆码整齐。每道工序做到工完料尽场地清。临时设施等应按规范搭建，保持现场整洁。

4.4.4采用彩钢瓦围栏，确保尘土、焊渣等其他杂物飞出意外伤人。

4.4.5搞好施工环境卫生，现场施工垃圾采用层层清理、班班清理、集中堆放、专人管理、统一搬运的方法。

5结语

熔盐管道洁净化爆破吹扫的施工方法在敦煌大成世界第一座熔盐线性菲涅尔式50MW光热发电项目项目成功应用，通过安全、精确、快速高效的熔盐管道爆破吹扫，保证了熔盐管道内部洁净度，该方法工序合理，安全可靠、经济环保，提高了施工效率、降低工程成本，为后续相似机组的安装积累了宝贵的经验，具有广泛的推广应用价值。

参考文献：

[1]GB50251-2003《输气管道工程设计规范》；

[2]GB50184-2011《工业金属管道工程施工质量验收规范》；