一种高温合金腐蚀深度原位监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及锅炉受热面材料的监测，具体为一种高温合金腐蚀深度原位监测装置。


背景技术：

2.锅炉受热面包括水冷壁、过热器、再热器和省煤器，又称锅炉“四管”；为锅炉中负责回收燃煤烟气能量、加热蒸汽、实现能量转化的关键部件。燃煤锅炉受热面合金所遭受到的腐蚀主要来自两方面：一是炉管内侧即蒸汽侧的高温蒸汽氧化腐蚀；二是炉管外部烟气侧的高温烟灰/气腐蚀。电站锅炉过热器、再热器、蒸汽管道等部件在运行过程中往往发生内壁严重氧化，脱落等现象。如立式过热器和再热器中机组启动和停炉过程中氧化物的剥落，经常会完全堵住底部的弯头，特别是曲率较大的弯曲部位，以致在机组升负荷时，产生短时过热而损坏。除此之外，氧化物剥落可造成汽轮机汽门杆、一级喷嘴单元和中压汽轮机隔板发生固体颗粒磨损而引起严重损坏。相对于蒸汽侧，烟灰和烟气的组成及含量是最主要的影响因素。超超临界烟气侧腐蚀过程复杂，水冷壁、过热器、再热器和省煤器是烟气侧腐蚀常发生的区域。其中过热器和再热器由于管壁温度高，所处烟气环境的腐蚀性介质腐蚀性最强，极易发生锈蚀现象。
3.因此，为研究和解决锅炉受热面的蒸汽氧化/烟气腐蚀问题，国内外的科研工作者开展了大量的实验室试验和分析工作。但是，能够有效模拟锅炉运行条件的实验室测试设备还很有限，而考虑到电厂发电效率问题，又很难在电厂开展实测实验。国内外很多科研院所都开发了蒸汽氧化/烟气腐蚀测试装置，并从常压到高压、从静态腐蚀到高温高压动态腐蚀逐渐到超(超) 临界条件，但都无法在原位进行腐蚀监测，即无法测量不同材质锅炉管的腐蚀减薄问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种高温合金腐蚀深度原位监测装置，结构简单，设计合理，同时对锅炉管环境的实时模拟，能够对锅炉管的腐蚀实现原位监测。
5.本实用新型是通过以下技术方案来实现：
6.一种高温合金腐蚀深度原位监测装置，包括依次连接的腐蚀气源、定量注入容器、预热炉、高温反应釜和尾气处理装置；
7.所述的高温反应釜内设置有石英管；石英管的两端开口，并分别设置真空电极法兰密封，两端的真空电极法兰分别开设有进、出气口和真空电极，进气口连接预热炉预热后的输气管，出气口经排气管连接尾气处理装置；
8.高温合金待测试片固定于石英管的恒温区内，两端通过耐高温导线与真空电极法兰内侧真空电极连接，真空电极法兰外侧真空电极导线经冷却装置冷却后与数字微欧计连接，数字微欧计交互连接数据终端。
9.优选的，真空电极法兰上分别设置有两个真空电极，高温合金待测试片两端分别与同侧的两个真空电极连接，四个真空电极分别与数字微欧计连接，形成四线法连接结构。
10.优选的，所述腐蚀气源采用压缩空气、水蒸气和模拟烟气的至少一种。
11.优选的，所述定量注入容器成圆柱设置，其一端分别设置有连接腐蚀气源的输入端和连接输气管的输出端，另一端设置有平流泵。
12.优选的，所述预热炉上设置有预热控温热电偶。
13.优选的，所述高温反应釜上分别设置有加热控温热电偶和压力表。
14.优选的，所述尾气处理装置包括依次连接的背压阀、冷凝器和尾气处理器。
15.优选的，数字微欧计与连接数据终端通过无线交互连接。
16.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
17.本实用新型通过设置定量注入容器及预热炉，将气源定量、恒温用过进气口注入高温反应釜，提供测试所需腐蚀气氛，并且通过在高温反应釜实时保证腐蚀气氛的温度，且待测试片为待监测受热面合金相同材质及工艺的合金。能够简单有效的实现实时模拟监测锅炉管受热面的腐蚀情况，一方面通过改变进气气体种类提供腐蚀环境，一方面可结合温度控制模块控制金属试片内表面温度，可动态模拟合金蒸汽侧腐蚀环境，亦可模拟监测锅炉管烟气腐蚀情况。
18.进一步的，通过安装耐高温导线及冷却装置，采用四线法测试电阻，使得数字微欧计可直接对试样进行测试，且测试结果不受导线、热辐射的影响，从而根据待测试片电阻值计算得到待监测金属厚度的变化，得出受热面腐蚀情况。
19.进一步的，本实用新型通过高温反应釜内设置测温热电偶来实时监测腐蚀气氛的温度；通过进气口注入腐蚀气源，形成介质流动回路，实现高温反应釜内试样表面腐蚀介质的动态循环，能够动态模拟锅炉运行条件，有效节约成本。
附图说明
20.图1是本实用新型实例中所述装置的结构示意图。
21.图中：1.腐蚀气源；2.定量注入容器；3.平流泵；4.预热炉；5.预热控温热电偶；6.真空电极法兰；61.真空电极；7.高温反应釜；71.石英管；8.加热控温热电偶；9.压力表；10.背压阀；11.冷凝器；12.尾气处理器；13.冷却装置；14.数字微欧计；15.数据终端。
具体实施方式
22.下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
23.本实用新型针对电厂锅炉受热面高温烟气腐蚀/蒸汽氧化问题，提供了一种高温合金腐蚀深度原位监测装置，以解决无法测量不同材质锅炉管的腐蚀减薄问题，并根据测试结果可为受热面服役性能评价并建立相应的防腐蚀措施提供依据；为高参数超临界发电技术提供理论基础和新思路，该方面的工作对锅炉受热面用材指导具有重要意义。
24.本实用新型一种高温合金腐蚀深度原位监测装置，如图1所示，包括腐蚀气源1、定量注入容器2、预热炉4、高温反应釜7、真空电极法兰6、冷凝器11、尾气处理器12、冷却装置13、数字微欧计14和数据终端15；本优选实例中，高温反应釜7内装有石英管71，石英管71的
两端开口，并通过真空电极法兰6密封，真空电极法兰6开设有进、出气口，进气口连接预热炉4，预热炉4用于加热通过定量注入容器2的腐蚀气源1；高温合金待测试片固定于石英管恒温区内，两端通过耐高温导线与真空电极法兰6内侧真空电极连接，真空电极法兰6外侧真空电极导线需通过冷却装置13冷却后与数字微欧计14连接，数字微欧计14通过数据终端15控制并监测实时腐蚀数据；工作过程中腐蚀气源经出气口排出后经冷凝器11冷却后进入尾气处理器12。
25.高温金属待测试片采用与待监测受热面合金相同材质及制备工艺的合金制成。
26.进、出气口密封真空电极法兰6均带有2个真空电极61，真空电极61 连接数字微欧计14采用四线法。高温反应釜内7采用耐高温导线连接高温金属待测试片及真空电极61，耐高温导线与高温金属待测试片连接方式为钎焊。数字微欧计14通过数据终端15控制并监测实时腐蚀数据，可将电阻数据转化为高温合金待测试片的减薄量，即腐蚀深度数据，当腐蚀深度超过设定值时，数据终端出现报警提示。腐蚀气源1可为水蒸气、模拟烟气气体，模拟燃煤发电机组受热面烟气腐蚀与蒸汽氧化。
27.本实用新型使用时，进行如下操作，
28.由腐蚀气源1经定量注入容器2提供设定量的腐蚀气；
29.腐蚀气经预热炉4加热够送入石英管内，模拟燃煤发电机组受热面烟气腐蚀与蒸汽氧化，提供匹配待测试锅炉同部位炉管的服役气氛；腐蚀气通过出气口排出由尾气处理装置处理；
30.由高温反应釜为高温合金待测试片表面提供匹配待测试锅炉同部位炉管的服役温度；
31.数字微欧计14通过连接高温合金待测试片的真空电极测试其电阻值，并输出至数据终端15；
32.数据终端15由电阻值计算得到高温合金待测试片的减薄量，进而实时监测待测试锅炉受热面的减薄量。
33.其中，数字微欧计14通过四线法连接的真空电极直接测量高温合金待测试片的电阻值。工作过程中腐蚀气经出气口排出后经冷凝器11冷却后进入尾气处理器12吸收。
34.通过本实用新型的使用，能够根据待测试片电阻值计算得到待监测金属厚度的变化，得出受热面腐蚀情况；数据终端可直接给出锅炉受热面的腐蚀减薄量，当腐蚀深度超过设定值时，数据终端出现报警提示。本实用新型成本低，测量方便、准确，有利于受热面的安全稳定运行，可降低机组因受热面腐蚀与氧化引起的非停。
35.具体的，本实用新型的工作过程如下：
36.运行前的准备工作包括高温合金待测试片的安装、检查高温合金待测试片与耐高温导线的连接、排空系统、检查进出气口几个步骤。首先检查腐蚀气源，确保气源充足、不漏气，然后对高温合金待测试片进行安装。高温合金待测试片的安装指将试样与耐高温导线连接，并固定在试样架上，再与真空电极61内侧相连，真空电极61外侧与测试导线经冷却装置13与数字微欧计14相连。排空系统指向高温反应釜7内通入试验所需气源，排出其他流体。
37.工作状态：打开腐蚀气源1，设置送气量、送气速度，经定量注入容器 2通过预热炉4进行预热到达高温反应釜7，高温反应釜7通过预热控温热电偶5设有温度控制器为待测试
片表面提供匹配锅炉同部位炉管的服役气氛和温度，再通过出气口排出。所述腐蚀气源1可为压缩空气、水蒸气、模拟烟气等。出气口的腐蚀气经冷凝、液化后通过尾气处理装置处理。利用数字微欧计14采集电阻信号。检测运行过程中，数字微欧计14的电阻值通过编程换算具体合金的减薄量，进而实时监测待测试锅炉受热面的减薄量。
38.测试实例1
39.高温合金待测试片采用与待监测受热面合金相同材质及制备工艺的合金制成，以锅炉管p92材质为例，模拟蒸汽侧氧化原位监测。进、出气口密封真空电极法兰6均为2个真空电极法兰，真空电极连接数字微欧计14采用四线法。高温反应釜内7采用耐高温导线连接待测试片及真空电极，耐高温导线与试样连接方式为钎焊。数字微欧计14通过数据终端15控制并监测实时腐蚀数据，可将电阻数据转化为腐蚀深度数据，当腐蚀深度超过设定值时，数据终端出现报警提示。
40.测试实例2
41.高温合金待测试片采用与待监测受热面合金相同材质及制备工艺的合金制成，以锅炉管super304h材质为例，待测试片表面涂抹煤灰，腐蚀气源为模拟烟气，进行实验室烟气腐蚀原位监测。进、出气口密封真空电极法兰6 均为2个真空电极法兰，真空电极连接数字微欧计14采用四线法。高温反应釜内7采用耐高温导线连接待测试片及真空电极，耐高温导线与试样连接方式为钎焊。数字微欧计14通过数据终端15控制并监测实时腐蚀数据，可将电阻数据转化为腐蚀深度数据，当腐蚀深度超过设定值时，数据终端出现报警提示。