CN103743866A - 锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置 - Google Patents

Abstract

锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置，包括水除氧处理子系统、蒸汽发生预热子系统、氧化皮剥落试验子系统、水回收子系统。利用该试验装置可以研究氧化皮在正常停炉缓慢降温和紧急停炉快速冷却过程中或者启炉升温过程中发生剥落现象时所对应的最小厚度值范围，从而为电厂合理选择启停炉速度提供参考依据。本发明采用流动水蒸气，并且可通过试验用水的品质及水中溶解氧含量的控制来调节水蒸气的品质，不会改变锅炉管氧化皮的原有结构，其工况更接近实际锅炉管的使用工况，在本装置上也可以进行长时间的高温蒸汽氧化试验。

Description

锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置

技术领域

本发明涉及一种锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置，特别涉及一种可模拟研究火力发电厂蒸汽流通部件正常停炉缓慢降温和紧急停炉快速冷却过程中或启炉升温过程中锅炉管内壁氧化皮剥落倾向的试验装置。

背景技术

在火力发电领域中，随着人们对节约能源和保护环境的日益重视，机组参数不断提高，过热器、再热器、高温蒸汽管道、汽轮机转子、叶片、喷嘴等蒸汽流通部件的蒸汽侧氧化问题也越来越突出，尤其是锅炉受热面管内壁的蒸汽侧氧化皮达到一定的临界厚度以后，易在快速启停炉过程中发生剥落，剥落量大时会堵塞在下弯头部位，从而导致启炉过程中发生超温爆管现象，这不但给电厂造成很大的非计划停机经济损失，而且严重影响了机组的正常安全经济运行。为此，迫切需要对内壁存在一定厚度氧化皮的管样进行模拟停炉冷却试验，以便研究氧化皮在正常停炉缓慢降温和紧急停炉快速冷却过程中或启炉升温过程中发生剥落现象时所对应的最小厚度值范围，从而为电厂合理选择启停炉速度提供参考依据，目前国内还未进行过此方面的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够模拟电厂锅炉过热器和再热器在启、停炉过程中的升、降温工况，从而为实验室研究锅炉管内壁氧化皮在不同升、降温速度下发生开裂和剥落的倾向提供一种可行的试验手段的锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括水除氧处理子系统、蒸汽发生预热子系统、氧化皮剥落试验子系统和水回收子系统；

所述的水除氧处理子系统包括水处理桶，水处理桶上端通过管路与真空泵相连，下端通过除氧管与惰性气体瓶相连通，水处理桶的上、下端还通过管路及设置在管路上的阀门与储水桶的上、下端相连通；

所述的蒸汽发生预热子系统包括至少一级蒸汽发生预热炉，每级蒸汽发生预热炉的入口通过管路及设置在管路上的阀门与储水桶下部相连通，每级蒸汽发生预热炉的出口通过阀门及三通与氧化皮剥落试验子系统的蒸汽入口相连剥落试验炉入口相连通；

所述的氧化皮剥落试验子系统包括上端设置有进气管、下端设置有出气管的用于安装试样的试样夹具套，进气管与蒸汽发生预热炉的出口相连，在试样夹具套外侧设置有剥落试验炉，剥落试验炉的下端还连接有风冷控制装置，试样夹具套的最下端安装有透明观察皿，在试样和进气管上均固定有测温装置，其中安装在试样上的某一测温装置与风冷控制装置相连；

所述的水回收子系统包括与试样夹具套出气管相连通的冷凝器，冷凝器的出口通过管路及设置在管路上的阀门与第二储水桶相连，第二储水桶的出口通过补水管路与水处理桶相连通，且补水管路还通过阀门、三通与水源相连接。

所述的水处理桶及储水桶上部分别通过阀门与大气相连，下部均开设有排污口。

所述的水处理桶与真空泵相连的管路上安装有真空压力表。

所述的水处理桶侧面设置有由透明材料制成的水位计，溶解氧表和水泵通过管路连接在水处理桶的底部和顶部并构成回路。

所述的蒸汽发生预热炉与储水桶下部相连接的管路上安装有计量泵。

所述的剥落试验炉为对开式三段控温炉。

所述的试样夹具套上方通过弹簧、螺栓支撑装置固定在设备支架顶部固定板上，试样夹具套下方通过轴承套安装在设备支架下方固定板上。

所述的试样夹具套内部及与试样间采用耐高温密封圈及螺栓紧固密封。

所述的试样夹具套的进气管和出气管上均采用螺旋状的柔性连接方式。

所述的试样夹具套上位于透明观察皿的上端还设置有防止水蒸气凝结的加热套。

本发明采用流动水蒸气，并且可通过试验用水的品质及水中溶解氧含量的控制来调节水蒸气的品质，不会改变锅炉管氧化皮的原有结构，其工况更接近实际锅炉管的使用工况，利用该试验装置可以研究氧化皮在正常停炉和紧急停炉冷却过程中或者启炉升温过程中发生剥落现象时所对应的最小厚度值范围，从而为电厂合理选择启停炉速度提供参考依据。在本装置上也可以进行长时间的高温蒸汽氧化试验。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是氧化皮剥落试验子系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括水除氧处理子系统、蒸汽发生预热子系统、氧化皮剥落试验子系统12和水回收子系统组成。水除氧处理子系统完成试验用水的溶解氧等参数控制；蒸汽发生预热子系统实现进入剥落试验子系统的蒸汽温度、流量等参数调节；氧化皮剥落试验子系统实现对试样管壁温的升降速率控制；水回收子系统完成试验之蒸汽冷凝和水回收的功能。

具体而言，本发明包括储水桶9以及与储水桶9相连通的水处理桶1、蒸汽发生预热炉11和剥落试验子系统12，水处理桶1的上端通过管路与真空泵3相连通，水处理桶1的下端设置有除氧管2，该除氧管2与惰性气体瓶4相连通，水处理桶1上、下部均通过管路及阀门与储水桶9的上、下部相连通，储水桶9上下部分别通过管路及阀门与蒸汽发生预热炉11相连通，且在下部管路上还设置有计量泵10，蒸汽发生预热炉11还与带有蒸汽出口的剥落试验子系统12相连通。结合真空泵3抽真空和吹惰性气体可以将水中溶解氧含量降低到2ppb以下，真空泵3对水处理桶1抽真空，使溶解在水中的氧气尽量排出，在相应阀门开启的条件下，还可以对整个系统内部抽真空，从而排出系统内的空气，真空压力表5可显示水处理桶1内的真空度或气体压力。气瓶4中的惰性气体通过除氧管2进入水处理桶1，从而排出水中的溶解氧。在水处理桶1侧面还设置有由透明材料制成的水位计6，水位计6可以指示水处理桶1中的水位，在水处理桶1和储水桶9连通的情况下还可以指示储水桶9中的水位，从而确定是否需要对系统加水。溶解氧表8和水泵7通过管路分别连接在水处理桶1的底部和顶部并构成回路，由水泵7强制使水处理桶1中的水由桶底流出经过溶解氧表从桶顶回到桶中，可以在除氧过程中随时监测水中的溶解氧含量，同时还可以使水处理桶中的水除氧更加均匀，避免有死角出现。水处理桶1及储水桶9上部分别通过阀门与大气相连，下部开设有排污口，此设计在运行时水处理桶1与储水桶9上下可以保持连通，利用同一个水位计6即可以观察水位，同时可以关闭水处理桶1及储水桶9上部的阀门，利用气瓶4将水处理桶1中处理好的试验水压入储水桶9中，以便重新加水继续除氧处理，所预留排污口可将桶底残余的水和长时间运行可能沉积的杂质排出。水处理桶1上、下部均通过管路及阀门与储水桶9的上、下部相连通，储水桶9下部通过管路及阀门与蒸汽发生预热炉11相连通，且在该管路上还设置有计量泵10，蒸汽发生预热炉11还与带有蒸汽出口的剥落试验子系统12相连通，计量泵10以一定的流速连续向蒸汽预热发生炉11供水，从而保证蒸汽流量稳定、可调。储水桶9上部通过阀门和管路与蒸汽发生预热炉11相连，其优点是设备开炉启动时可以通过此管路对整个系统抽真空，水处理桶中除氧时溢出的惰性气体也可以通过此管路进一步排出系统内残存的空气，可充分利用惰性气体对系统除氧。蒸汽发生预热炉11采用至少一级，每级蒸汽发生预热炉的入口通过管路及设置在管路上的阀门与储水桶9下部相连通，每级蒸汽发生预热炉11的出口通过阀门及三通与氧化皮剥落试验子系统的蒸汽入口相连剥落试验炉入口相连通，调节蒸汽发生预热炉各级的功率或设定温度可以调节各级出口的蒸汽温度，通过选择蒸汽发生预热炉通向剥落试验炉的蒸汽出口位置可以简便的调节进入剥落试验炉的蒸汽温度，通过计量泵10可调节水蒸汽流量。通过预热炉出口及计量泵流量的选择可模拟锅炉管由于管内介质温度降低而冷却的工况，例如锅炉喷水减温。剥落试验子系统中的试样夹具套20上方采用弹簧、螺栓支撑装置16固定在设备支架的顶板17上，其作用可支撑上夹具并调节上夹具的高度，由于弹簧的作用，还可以使试样及夹具套在升降温过程中自由膨胀及收缩；剥落试验炉23采用对开结构便于安装试样。试样夹具套20内部及与试样21间采用耐高温密封圈19和22及螺栓紧固密封，螺栓材料采用耐高温、膨胀系数低的镍基合金，密封可靠安装方便；与试样夹具套相连的轴承套26安装在设备支架平台29上，可方便的调节下夹具的高度，降低了对试样长度的要求；试样夹具套20下方的加热套27使水蒸气不会在此处凝结；通过透明材料制成的透明观察皿28可实时观察试验管内壁氧化皮是否掉落以及在什么温度及冷却速率下剥落；试样夹具套20上所连接的进气管18和出气管25管路均采用螺旋状的柔性连接方式使试样取放过程中上下夹具均可自由调节高度；温度监测系统在试样上以及蒸汽发生预热炉各段出口均采用焊接方式固定测温装置30，通过连接多通道式无纸记录仪，可同时实时监测并记录各位置的温度；风冷控制系统24的测温装置焊接在试样21上，通过与测温装置相连的温控表控制风机的功率，向剥落试验炉内吹风冷却，可模拟锅炉强制风冷工况。风冷系统、剥落炉加热控制系统以及预热系统的蒸汽温度和流量多级可调使本锅炉管氧化皮剥落装置可模拟缓慢停炉、快速停炉、喷水减温、强制风冷等多种工况。剥落试验子系统12的蒸汽出口还依次与冷凝器13、第二储水桶14相连接，第二储水桶14的出口通过补水管路15与水处理桶1相连通，且水补水管路15还通过阀门、三通与水源相连接。冷凝器13的作用是冷凝由剥落试验子系统12出来的蒸汽，将其保存在第二储水桶14中，可利用对水处理桶1抽真空时水处理桶1和第二储水桶14间的压力差，通过补水管路15进入水处理桶1中，以便继续使用。

试验开始时，首先需对系统除氧，仅保持水处理桶1中加满水，而储水桶9中为空桶，用真空泵3对整个系统抽真空，随后用通过惰性气气瓶4将系统充满，对水处理桶1中的水进行除氧，逸出的气体通过整个系统排入大气，可同时洗出系统中的残余空气。观察溶解氧表8读数，达到试验所需数值时使系统压力保持到略高于大气压力并关闭气瓶。将蒸汽发生预热炉11各级加热到设定温度，将剥落试验炉23以所需速率加热，待剥落试验子系统12内的试样温度达到300℃（不结露）后，打开计量泵10，由最低流量开始缓慢增加到适当流量，待试样21达到需要的冷却试验起始温度并稳定时，设定剥落试验炉23及风冷系统的温控表，将温控表均设为程序控制，并将程序的降温速率调整到需要的数值，同时通过调节计量泵10流量、进入蒸汽发生预热系统11的出口蒸汽温度等共同作用，使试样以所需的冷却速率冷却，冷却同时透过夹具套下部的透明观察皿随时观察试样氧化皮的脱落情况。改变试验条件，选择具有不同的氧化皮厚度的试验管、分别进行升/降速率不同的试验，可研究氧化皮在正常停炉和紧急停炉冷却过程中或者启炉升温过程中发生剥落现象时所对应的最小厚度值范围，从而为电厂合理选择启停炉速度提供参考依据。

试验中当桶1和桶9中的水量下降到一定范围后，用气瓶压力将桶1中的水压至桶9，通过管路阀门将水除氧处理子系统与氧化试验子系统隔离，在蒸汽发生预热子系统、氧化皮剥落试验子系统和水回收子系统继续运行的同时可在水除氧处理子系统中补水并进行除氧，除氧完毕后恢复水除氧处理子系统与氧化试验子系统的连接，从而保证氧化剥落试验能无间断地进行。

试样的安装除了采取本装置的方法以外，也可以采取焊接法，但是焊接法虽然试样夹具结构简单，但是对试样内壁氧化层有破坏，且试验前后样品的安装及取下更加困难。

Claims (10)

1.锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置，其特征在于：包括水除氧处理子系统、蒸汽发生预热子系统、氧化皮剥落试验子系统（12）和水回收子系统；

所述的水除氧处理子系统包括水处理桶（1），水处理桶（1）上端通过管路与真空泵（3）相连，下端通过除氧管（2）与惰性气体瓶（4）相连通，水处理桶（1）的上、下端还通过管路及设置在管路上的阀门与储水桶（9）的上、下端相连通；

所述的蒸汽发生预热子系统包括至少一级蒸汽发生预热炉（11），每级蒸汽发生预热炉的入口通过管路及设置在管路上的阀门与储水桶（9）下部相连通，每级蒸汽发生预热炉（11）的出口通过阀门及三通与氧化皮剥落试验子系统的蒸汽入口相连剥落试验炉入口相连通；

所述的氧化皮剥落试验子系统包括上端设置有进气管（18）、下端设置有出气管（25）的用于安装试样（21）的试样夹具套（20），进气管（18）与蒸汽发生预热炉（11）的出口相连，在试样夹具套（20）外侧设置有剥落试验炉（23），剥落试验炉（23）的下端还连接有风冷控制装置（24），试样夹具套（20）的最下端安装有透明观察皿（28），在试样（21）和进气管（18）上均固定有测温装置（30），其中安装在试样（21）上的某一测温装置（30）与风冷控制装置（24）相连；

所述的水回收子系统包括与试样夹具套（20）出气管相连通的冷凝器（13），冷凝器（13）的出口通过管路及设置在管路上的阀门与第二储水桶（14）相连，第二储水桶（14）的出口通过补水管路（15）与水处理桶（1）相连通，且补水管路（15）还通过阀门、三通与水源相连接。

2.根据权利要求1所述的锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置，其特征在于：所述的水处理桶（1）及储水桶（9）上部分别通过阀门与大气相连，下部均开设有排污口。

3.根据权利要求1所述的锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置，其特征在于：所述的水处理桶（1）与真空泵（3）相连的管路上安装有真空压力表（5）。

4.根据权利要求1所述的锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置，其特征在于：所述的水处理桶（1）侧面设置有由透明材料制成的水位计（6），溶解氧表（8）和水泵（7）通过管路连接在水处理桶（1）的底部和顶部并构成回路。

5.根据权利要求1所述的锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置，其特征在于：所述的蒸汽发生预热炉与储水桶（9）下部相连接的管路上安装有计量泵（10）。

6.根据权利要求1所述的锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置，其特征在于：所述的剥落试验炉（23）为对开式三段控温炉。

7.根据权利要求1所述的锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置，其特征在于：所述的试样夹具套（20）上方通过弹簧、螺栓支撑装置（16）固定在设备支架顶部固定板（17）上，试样夹具套（20）下方通过轴承套（26）安装在设备支架下方固定板（29）上。

8.根据权利要求1所述的锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置，其特征在于：所述的试样夹具套（20）内部及与试样（21）间采用耐高温密封圈（19、22）及螺栓紧固密封。

9.根据权利要求1所述的锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置，其特征在于：所述的试样夹具套（20）的进气管（18）和出气管（25）上均采用螺旋状的柔性连接方式。

10.根据权利要求1所述的锅炉管内壁氧化皮剥落试验装置，其特征在于：所述的试样夹具套（20）上位于透明观察皿（28）的上端还设置有防止水蒸气凝结的加热套（27）。

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