牟偉

（中國石化潤滑油有限公司西北分公司，河南鄭州 450000）

眾所周知，能源危機是全人類共同面臨的問題。全球范圍內都在開展新能源技術的研發(fā)。隨著俄烏戰(zhàn)爭爆發(fā)，必將進一步助推新能源技術的快速發(fā)展。近年來，風電、光電產業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，但一直受到“并網”困擾。廣義來講，儲能即能量儲存，是指通過一種介質或設備，把一種能量形式用同一種或轉換成另一種能量形式存儲，并以規(guī)定能量形式釋放出來的循環(huán)過程。儲能主要指將電能轉化為動能、勢能和化學能等其他形式的能量存放在儲能裝置中，并在需要時釋放，實現(xiàn)電力在供應端、輸送端以及用戶端的穩(wěn)定運行，提升能源利用效率、提高電網運行的穩(wěn)定性和可靠性。儲能技術的應用可幫助風電場平滑輸出和“以峰填谷”。

非補燃式壓縮空氣儲能關鍵設備有壓縮機、透平機，主要使用汽輪機油。用油量最大的為蓄熱回熱系統(tǒng)的換熱器，主要使用導熱油，具體詳見表1。

表1 鹽穴儲能關鍵設備及潤滑方案

1 儲能發(fā)電項目對導熱油性能要求

作為大規(guī)模新型壓縮空氣儲能技術的國內首個示范應用，國家級儲能發(fā)電示范項目采用液相閉式導熱油循環(huán)系統(tǒng)，導熱油在系統(tǒng)中作為傳熱、儲熱工質，只參與間接換熱。項目儲熱系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 鹽穴壓縮空氣儲能項目儲熱系統(tǒng)流程

項目通過導熱油在熱交換器中的循環(huán)，實現(xiàn)對空氣壓縮熱的利用，系統(tǒng)循環(huán)過程中無燃料補給，實現(xiàn)了零排放。導熱油在循環(huán)狀態(tài)為閉式、液相循環(huán)、間歇操作模式，與550℃高溫高壓空氣實現(xiàn)間接換熱，使用過程導熱油溫度為（0～320）℃±5℃，工作壓力0～1 MPa，技術指標滿足GB 23971-2009《有機熱載體》L-QD 340技術規(guī)格要求的基礎上，要求導熱油組分單一、黏度適宜、熱傳導系數(shù)高（大于0.08W/（m·k））、10%餾程高于最高使用溫度、安全系數(shù)高（閉口閃點大于160℃，自燃點大于350℃），使用周期長（正常使用30年），產品性能穩(wěn)定。

2 L-QD 340導熱油研制分析

導熱油也稱有機熱載體，用于間接傳遞熱量的的專用油品。與傳統(tǒng)蒸汽加熱相比，利用導熱油加熱后有安全環(huán)保、能耗損失小、控溫精度高、操作壓力低、安全穩(wěn)定、輸送和操作方便等優(yōu)點，滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求，得到廣泛應用。

2.1 合成原料的選擇

導熱油執(zhí)行標準為《有機熱載體》GB 23971—2009，屬于國家強制性標準。根據化學組成可分為礦物油型導熱油和合成型導熱油；本項目導熱油使用過程最高溫度達320℃，須使用合成型導熱油方可滿足安全運行要求。由于苯環(huán)具有共軛穩(wěn)定結構，各原子結合鍵能大，難斷裂，所以熱穩(wěn)定性好的合成型導熱油使用三聯(lián)苯和部分氫化三聯(lián)苯、芐基和二芐基甲苯、聯(lián)苯和聯(lián)苯醚共沸混合物、烷基聯(lián)苯等原料生產，不同原料的性能指標見表2。

表2 合成原料的性能指標

考慮到裝置運行過程中導熱油最高運行溫度有波動，須選擇最高使用溫度大于320℃的原料生產，故原料d、e、f可選。導熱油黏度在滿足系統(tǒng)及傳熱設備的泵送性、流動性等設計要求外，黏度越低傳熱性能越好，但黏度太低閃點也越低，油品的蒸發(fā)性也越大；因該項目導熱油在換熱器和儲罐內循環(huán)，為保證油罐安全儲油換氣，儲罐頂部安裝有呼吸孔，同時為取樣方便，安裝取樣孔和光孔，在導熱油循環(huán)中，罐內氣壓高于外界大氣壓，即儲罐處于正壓狀態(tài)，罐內油氣散發(fā)到空氣中，造成操作現(xiàn)場異味重，故要求適宜的黏度、（40℃運動黏度在20-40m2/s）、閉口閃點大于160℃，故原料d和e可選。由于原料市場易得，價格更有競爭力，經綜合比較，最終選用原料d生產QD 340導熱油。

2.2 產地選擇

合成導熱油市場需求量少，一般設備裝填在30噸以下。該項目一次性初裝約3 000噸，可滿足數(shù)量需求的生產廠家較少，該文結合中國市場該原料產地進行不同批次質量考察，具體詳見表3。

由表3可以看出，不同產地的沸點、2%餾程和自燃點性能相當；產地1黏度偏大，閉口閃點低，且不能滿足該項目要求的不大于160℃；產地2不同批次均能滿足要求，故選用產地2原料。

表3 不同產地的性能指標

2.3 L-QD 340導熱油的性能指標

熱穩(wěn)定性是導熱油特有的使用性能和安全性能；其影響主要因素是分子結構、純度、使用溫度等，加入任何添加劑，均不能改變其熱穩(wěn)定性。

L-QD 340導熱油由氫化三聯(lián)苯加入超高溫的功能添加劑調配而得，具有卓越的熱穩(wěn)定性，液相使用溫度高、凝固點低、餾份重、蒸氣壓低、操作壓力低等優(yōu)點，主要應用于溫度在320～340℃左右的傳熱系統(tǒng)。

QD340導熱油技術指標不但遠高于國家標準，還具有以下特點：

（1）閉口閃點高。閉口閃點是導熱油運輸和安全運行的基本指標，閉口閃點越高，發(fā)生著火的幾率越小，運行安全系數(shù)越高。

（2）自燃點高。自燃點指導熱油在運行中發(fā)生泄漏時在空氣中自燃的傾向，自燃點越高，發(fā)生自燃的傾向性越小，運行安全系數(shù)越高。

（3）熱穩(wěn)定性好。熱穩(wěn)定性是導熱油特有的使用性能和安全性能；其主要影響因素是分子結構、純度、使用溫度等，加入任何添加劑均不能改變其熱穩(wěn)定性。GB 23971-2009以變質率（氣相分解產物、低沸物、高沸物和不能蒸發(fā)產物之和）來評價導熱油的熱穩(wěn)定性，即導熱油在高溫下抵抗化學分解的能力。L-QD340導熱油熱穩(wěn)定性試驗后變質率優(yōu)于國家標準（變質率不大于10%）要求，變質率比對見圖2。

圖2 熱穩(wěn)定性試驗后樣品變質率

此外，L-QD340導熱油密度高、蒸汽壓低、比熱大、焓值高、導熱系數(shù)高、黏度低，在確保運行安全的同時，大大提升了熱利用的綜合效率，特殊溫度點的液相物性參數(shù)詳見表4。

表4 QD340導熱油液相物性參數(shù)

導熱油的餾程反映蒸餾過程中從初餾點到終餾點之間的溫度范圍及其對應的蒸餾量比例。餾程表征了導熱油中輕重組分的餾出溫度和比例，餾程較窄的導熱油，其化學組分相對簡單，各組分的物性參數(shù)差異相對較?。籕D340導熱油的蒸餾量從0.5%到99.5%，溫度變化小，說明餾分窄，產品純度高，熱穩(wěn)定性好。具體餾程見表5。

表5 QD340導熱油餾程

3 導熱油應用分析

L-長城QD340導熱油自2021年9月使用至今設備運行正常，滿足該項目工藝要求及設備運行要求；2022年5月底進行現(xiàn)場取樣并議進行檢測，檢測結果見表6。

從表6可以看出，設備運行5個月以來，在用油指標滿足GB 24747-2009《有機熱載體安全技術條件》中規(guī)定允許使用質量指標要求；根據該產品性能及在其它行業(yè)的應用經驗，可滿足30年的要求使用期限。

表6 QD 340導熱油技術指標

4 結論

1）作為地下儲能技術導熱介質，導熱油兼顧熔鹽、水二者優(yōu)點，取熱的溫度范圍更有利于熱能的收集和利用，操控的安全性和便捷性也經過成功檢驗。未來將廣泛應用在化學工業(yè)、油脂工業(yè)、食品工業(yè)、紡織印染工業(yè)等眾多領域；應用領域也將不斷得到發(fā)展，相應技術水平也會隨之提高。

2）鹽穴壓縮空氣儲能項目實現(xiàn)電網削谷填峰，提升電網調節(jié)能力和新能源消納能力，是具有發(fā)展前景的大規(guī)模清潔物理儲能技術。

3）L-QD 340導熱油不但滿足國家級儲能發(fā)電項目對導熱油性能要求，并且使用效果良好，運行9個月的導熱油指標與出廠性能相當，可滿足30年使用要求。