一种槽式高温集热管真空寿命预测方法及其测试系统技术方案

一种槽式高温集热管真空寿命预测方法及其测试系统。预测方法包括：(1)测试高温集热管用材料体系的真空放气行为；(2)测试高温真空集热管的真空失效标准；(3)量化研究高温集热管的真空失效因素；(4)计算高温集热管的整管压升率；(5)预测高温集热管整管的真空寿命。该预测方法涵盖全面，参数可实现较好量化。测试系统包括：抽气系统、测量系统、压控系统、补气系统、内置加热系统，内置加热系统置于被测集热管内，其他各系统分别通过设置在被测集热管的外玻管内的气嘴连接至被测集热管；压控系统、测量系统和内置加热系统通过数据采集系统连接至上位机。该测试系统可测定同一被测样品在不同真空度下的热损数值，操作简便，可靠性强。

Method and system for predicting vacuum life of trough type high-temperature heat collecting tube

Method and system for predicting vacuum life of trough type high-temperature heat collecting tube. The prediction method includes: (1) vacuum outgassing behavior test and high-temperature heat collecting tube system; (2) vacuum test of high temperature vacuum tube failure criteria; (3) high temperature heat pipe vacuum quantitative research on failure factors; (4) the calculation of high temperature heat pipe tube pressure rise rate; (5) predicting the life of high temperature vacuum tube the whole tube. The prediction method covers all parameters and can be well quantified. The testing system comprises a pumping system, measuring system, pressure control system, air supply system, built-in heating system, built-in heating system is arranged inside the measured tube, the other system are respectively arranged in the outer glass tube of the measured gas nozzle tube connected to the measured tube by pressure; control system, measurement system and built-in heating the system is connected to the host computer through the data acquisition system. The test system can measure the heat loss value of the same sample under different vacuum conditions. The operation is simple and the reliability is strong.

【技术实现步骤摘要】
一种槽式高温集热管真空寿命预测方法及其测试系统
本专利技术涉及一种槽式高温集热管真空寿命预测方法及其测试系统，属于槽式高温集热管的性能检测

技术介绍
太阳能热发电技术是新能源应用领域的重要分支，槽式热发电技术是利用槽式聚光镜汇聚太阳光于焦平面处，在焦平面处安装的集热管(根据电厂要求以及日照条件等分为高温真空集热管及中温管等)收集热量并传热给集热管内流动的热工质(导热油，熔盐，水蒸气等)，加热后的热工质经过管路后和低温工质进行换热，进而通过一系列机械过程推动发电机发电。自从上世纪80年代实现了太阳能槽式热发电的电站运行，槽式技术经历了众多的研发改进。近些年来在国内外地区槽式电站的规划、建设均有较快增长，其中部分国外电站已经实现平稳运行，即将或已经取得经济效益。我国进入高温热发电领域时间不长，在早期同德国、美国、西班牙等光热技术先进国家存在较大技术差距，近些年在槽式热发电核心设备(如高温真空集热管，反射镜，储热系统等)的制造以及应用领域取得较快进展，涌现出一批优秀的核心设备提供商。正是由于我国在槽式热发电核心设备的高速发展以及广阔前景对于集热管的研发、改进提出了更高的要求，相应的对于掌握集热管性能的测试技术和装备也提出了更高要求。在槽式光热电站中，集热管属于批量应用，集热管的性能出现问题会影响集热回路的整体运行效率。在研制及应用中发现真空以及涂层的衰退导致整管性能变差等问题，最终导致终端用户的成本上升、系统不稳定等弊端，所以在研发过程中需要掌握集热管在工作温度下的稳定性。需要确定集热管用材料在高低温循环条件下的真空放气参数，并确定集热管用材料体系长时间放气的累积对于真空的影响。还需要利用一系列实验确定高温集热管所能承受的最低真空度，此最低限度的真空级别/标准作为判断集热管真空寿命的重要判据。还需要掌握其他影响真空的因素，如氢渗透、机械渗漏等。在各部分内容基础上分别建立相应的时间和气体分压的关系，从而建立集热管真空寿命评价模型。并根据此模型外推预测相应规格的集热管在相应工作条件下以及初始真空条件下的真空寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种槽式高温集热管真空寿命预测方法，用以评价高温真空集热管的核心指标-真空寿命，该预测方法涵盖全面，参数可实现较好量化，具有易重复、易操作的特性。本专利技术的另一目的在于提供一种用于所述预测方法的槽式高温集热管热损-真空度测试系统，该测试系统可测定同一被测样品在不同真空度下的热损数值，操作简便，可靠性强。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种槽式高温集热管真空寿命预测方法，包括以下步骤：(1)测试高温集热管用材料体系的真空放气行为；(2)测试高温真空集热管的真空失效标准；(3)量化研究高温集热管的真空失效因素；(4)计算高温集热管的整管压升率；(5)预测高温集热管整管的真空寿命。在步骤(1)中，采用高低温交变循环方式测试集热管用材料体系的真空放气行为，因集热管所处的使用环境要求其具有长时间的高温稳定性，所以集热管用材料体系经历清洗、抛光、高温除气等前处理工艺减少材料内部气体，具体放气情况需要用实验数据给出具体结论。在步骤(2)中，所述集热管的真空失效因素为集热管的真空失效阈值，通过测试集热管的热损与真空度的关系曲线，结合实际运行情况判断集热管的真空失效阈值。在此实验中，针对同一测试样管利用同一套设备(加热设备、测量设备、气压控制设备)测试在不同气压下的热损，由此确定集热管的热损突变的真空阈值。在步骤(3)中，考虑真空失效因素如高温下的氢渗透和漏率对于集热管环境下真空度的影响。在集热管用材料体系放气实验中，确定了放气的主要成分是氢元素，考虑由于管壁渗透导致的真空退化因素；考虑制造过程中机械漏率对于真空的影响。在步骤(4)中，综合考虑步骤(1)、(2)、(3)得出的结论进行整管压升率计算。根据前面实验的结论得到集热管内压强和时间的关系，进行整管压升率的计算。在步骤(5)中，根据步骤(4)中的结论，结合真空维持技术评价高温集热管整管的真空寿命。维持集热管内的真空级别是另一种重要技术，这里评估应用吸氢材料后系统压强的改变情况，以及得到整体压强和时间的关系。本专利技术还提供一种槽式高温集热管热损-真空度测试系统，用来实现真空寿命预测中所涉及的关键实验，该测试系统包括：抽气系统、测量系统、压控系统、补气系统、内置加热系统，其中，内置加热系统置于被测集热管内，其他各系统分别通过设置在被测集热管的外玻管内的气嘴连接至被测集热管；压控系统、测量系统和内置加热系统通过数据采集系统连接至上位机。其中，抽气系统连接在集热管的一端，测量系统连接在集热管的中间部位，补气系统及压控系统连接在集热管的另一端。其中，所述压控系统由真空计、比例控制阀门及相应控制电路组成，通过测量系统的真空规测量出来的信号传输到真空计上经过放大处理显示出被测真空环境的真空度，通过开闭比例控制阀门来控制集热管内的真空度。所述内置加热系统由阻性电加热棒和均温管、传感器、控制端组成，由于测试数据不用于热损数据精确分析，所以采用简化的加热棒进行系统加热。本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用多种实验方法确定了影响高温真空集热管管内真空的因素，进而预测高温真空集热管的核心指标-真空寿命，具有覆盖全面、易操作、数据重复性好等优点。附图说明图1为槽式高温集热管热损-真空度测试系统的结构示意图。图2为模拟工况高低温循环条件下集热管材料放气曲线，上半部分表示温度循环曲线，下半部分表示集热管材料放气率。图3为高温条件下可伐合金、3号玻璃样品、4号玻璃样品的放气率曲线。图4为低温条件下可伐合金、3号玻璃样品、4号玻璃样品的放气率曲线。图5为热损-真空度关系曲线。图6为经过不同时间后由于氢渗透造成的压力上升曲线。图7为在无吸氢材料作用下的集热管内压强随时间变化关系曲线。图8为吸氢动力学曲线：(左)吸氢速度曲线，(右)局部放大及拟合曲线。图9为管内压强随时间变化的关系以及在吸氢材料作用下系统压强降低的曲线。图10为在吸氢材料作用下集热管内压强在一年内随时间变化关系：计算值。图11为在吸氢材料作用下集热管内压强在一年内随时间变化关系：测试值。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。图1给出了本专利技术的槽式高温集热管热损-真空度测试系统的设计方案。该测试系统包括：抽气系统1、测量系统4、压控系统5、补气系统(未图示)、内置加热系统6；其中，内置加热系统置于集热管内，抽气系统、测量系统、压控系统及补气系统分别通过设置在被测集热管的外玻管内的气嘴连接至被测集热管3，其中抽气系统1连接在集热管3的一端，测量系统4连接在集热管的中间部位，补气系统及压控系统5连接在集热管的另一端。抽气系统连接机械泵2，且压控系统5、测量系统4和内置加热系6统通过数据采集系统连接至上位机。在这种方案中补气和抽气贯穿整个集热管内部真空系统空间，中部的真空度能够有效的反映管内真空度的变化，且测量系统对于补气系统的反馈距离也不大，不至于造成管内真空度剧烈变化，实现稳定的真空控制。实施例(a)确定集热管用材料体系的真空放气情况对于集热管内的封闭真空系统而言，真空系统的动态平衡方程：其中P表示系统压强，描述系统真空度的高低，s为有效抽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种槽式高温集热管真空寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)测试高温集热管用材料体系的真空放气行为；(2)测试高温真空集热管的真空失效标准；(3)量化研究高温集热管的真空失效因素；(4)计算高温集热管的整管压升率；(5)预测高温集热管整管的真空寿命。

【技术特征摘要】
1.一种槽式高温集热管真空寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)测试高温集热管用材料体系的真空放气行为；(2)测试高温真空集热管的真空失效标准；(3)量化研究高温集热管的真空失效因素；(4)计算高温集热管的整管压升率；(5)预测高温集热管整管的真空寿命。2.根据权利要求1所述的槽式高温集热管真空寿命预测方法，其特征在于，采用高低温交变循环方式测试集热管用材料体系的真空放气行为。3.根据权利要求1所述的槽式高温集热管真空寿命预测方法，其特征在于，所述真空失效因素为真空失效阈值，通过测试高温集热管的热损与真空度的关系曲线，判断高温集热管的真空失效阈值。4.根据权利要求1所述的槽式高温集热管真空寿命预测方法，其特征在于，所述真空失效因素为高温下的氢渗透和漏率...

【专利技术属性】
技术研发人员：王笑静，蒋利军，刘晓鹏，郝雷，于庆河，张子楠，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11