CN1094162A - 锅炉管道酸洗过程低应力脆性断裂危险性探测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锅炉/管道酸洗安全检测装置， 其结构由传感器和控制电路两部分组成，控制电路由 电流电压转换器、模数转换器、单片机、外围设备，包 括工况显示，打印机和供电电源组成。传感器将管路 酸洗液所测之数值通过电路传输输入给单片机，由单 片机软件处理后，将评价和判断结果打印输出。优点 是：检测结果直接反映出锅炉/管道在酸洗过程中发 生低应力脆性断裂的危险性，并且可避免现有商品型 探测仪测量滞后可能引起不可逆的氢致损伤。此外 利用传感器和微机处理，测量精度高，速度快，电路结 构简单，可在工程中直接测量。

Description

本发明属于锅炉/管道酸洗安全检测装置。

国内外的锅炉数量很多，由于锅炉给水中含有杂质，在炉内热交换界面上会生成各种沉积物（水垢）。同时，锅炉及管道钢在高温水中的腐蚀也会产生程度不同的锈层。这些水垢及锈层的产生使得锅炉的能耗增加，受热面的过热会导致金属强度降低，使用寿命缩短，且易于发生爆炸事故。因此，锅炉/管道系统的酸洗除锈除垢是降低能耗，延长其使用寿命，保证安全生产的主要技术措施。

在酸洗过程中，锅炉/管道的钢铁本体也将不同程度地受到腐蚀。腐蚀的阴极过程产生的氢原子会在浓度梯度作用下渗入钢铁内部，向深处扩散。即使当金属晶格中的氢原子浓度很低时，在三轴应力区的原子氢也会引起钢铁的韧性下降，脆性增加和在张应力作用下的滞后断裂。因此，在酸洗时，既要防止钢铁本体产生显著的全面腐蚀，更重要的是防止由于氢原子渗透而导致钢铁结构发生氢致腐蚀裂开（HIC）这类低应力脆性断裂。后者是比前者危险性更大的一种腐蚀破坏，它可以使钢材在低于其设计应力和许用应力的情况下发生断裂。由于缓蚀剂选用不当或添加量不合适而产生的不良酸洗，常常会引起锅炉/管道的酸洗致裂并导致对簿公堂的严重后果。

由此可见，针对锅炉/管道系统在酸洗过程中发生氢致腐蚀裂开的危险性，研究发展在线检测的智能化新技术，对于调优控制工艺参数，保障锅炉的安全运行，具有重要的现实意义。目前，国内、外尚无专门用于检测锅炉/管道系统酸洗过程中HIC危险性的仪器。国际上已有的一些通用型的商品氢探测仪，如“补钉式”氢探测仪，“藤壶式”氢探测仪等，存在着许多不足之处：信号水平低（2-6微安/厘米²）、响应时间长（48小时）、使用麻烦。更为严重的缺点在于：它们大都在设备或管道的外壁使用，对氢致裂开敏感的材料而言，一旦测得较高的渗氢电流，设备或管道往往已造成了无可挽回的氢致操作。它们的探头并不直接接触腐蚀介质，测量给出的仅仅是渗氢电流，没有与特定的钢种在所在腐蚀介质中的强度/脆性联系起来，因而没有明确的物理意义。其测量结果也无法用以评价判断材料发生这类破坏危险性的敏感程度。

为解决以上之不足，本发明的目的提供一种锅炉/管道系统酸洗过程中低应力脆性断裂危险性探测仪，利用微机，对探头传感器直接测得的信号加以处理，从而获得从酸洗液中测得锅炉/管道酸洗脆性断裂危险性的信息，为适时采取措施，防止由此而引起的恶性破坏事故，提供科学技术根据。

本发明探测仪结构是这样设计的：本装置由装有信号传感器的探头和控制电路两部份组成，控制电路由电流电压转换器、模拟/数字转换器、8031单片机、超微型打印机、工况指示器、恒流源及电源组成。其连接是信号传感器探头与电流/电压转换器连接，电流电压转换器与模拟/数字转换器连接，模拟/数字转换器与单片机8031连接。8031单片机分别与工况指示器、超微型打印机、电源相接、恒流源直接连接信号传感器（如图1所示）。

信号传感器为密封式钮扣形状（如图6所示），其结构是上面为内镀催化剂层的双面电极，电极内为隔膜（浸透碱液）、碱液下为氧化物，最下面为金属后盖，后盖与双面电极之间加有密封、绝缘垫圈。其中双面电极的内层敏感箔为电镀了催化剂活性层的08F优质碳素钢经冷轧一氩气氛光亮退火的箔带。厚度为0.3毫米，阴极为氧化物粉末电极，分别参杂了少量其它氧化物;两电极表面之间有浸透了碱液的隔膜与电极表面相接触。整个传感器由专用冲床冲压密封，电极间采用热塑性聚乙烯垫圈密封绝缘。信号传感器固定在探头的前端。探头则固定在中空的承压丝杠上。传感器之信号线从承压丝杠中间引出。

锅炉/管道系统酸洗过程中低应力脆性断裂敏感性探测仪的工作原理：

信号元件：以原子氢渗透速率测量传感器作为信号元件，确定了传感器在含有不同种类和浓度缓蚀剂的酸洗溶液中的信号水平。

传感器的结构如图6所示，其工作过程是利用内侧镀有Ni催化剂层的敏感箔（0.3mm厚并经氩气氛光亮退火的08F优质碳素钢带）作为双面电极，当其外侧与腐蚀性介质相接触时，就发生充氢（指氢离子还原成原子状态的氢吸附于其外侧）。在敏感箔两侧原子氢浓度梯度（差）的推动下，发生原子氢由外向内的扩散（渗透），由此到达镀有催化剂层的敏感箔的内表面。当传感器的两个电极短路时，就发生原子氢的阳极氧化和金属氧化物的阴极还原，并保持传感器内KOH的总浓度不变，由此而给出的传感器的短路电流就可以作为原子氢渗透速率的直接表征。

信号标定：确定了两种锅炉用钢及其带焊缝材料在上述酸洗溶液中的强度/脆性，并以此对传感器信号输出水平进行标定，确定了传感器的信号与锅炉/管道用钢发生这种低应力脆性断裂危险性之间的对应关系，从而赋予测得的信号以相应的数值。

例如，假设锅炉钢A在酸洗时，通过仿真试验确定，当传感器在酸液中的信号（渗氢电流，I）大于30μA时，锅炉钢对上述低应力脆性断裂敏感;当I小于20μA时，锅炉钢处于安全状态;当I位于20-30μA时，处于有潜在危险的状态。如果在现场进行检测时，传感器在酸洗溶液中的信号输出为15μA，则锅炉钢A没有发生上述低应力脆性断裂的危险性，酸洗过程处于安全状态;若信号输出值为25μA，则锅炉钢A对这种脆性断裂有潜在的危险;而当信号输出值为40μA时，则锅炉钢A对这种脆性断裂相当敏感。对于后面两种情况，均应重新调整酸洗溶液的配方（酸及缓蚀剂的种类与浓度），以保证锅炉在酸洗过程中的绝对安全。

利用微机及软件系统实现锅炉/管道在酸洗过程中低应力脆性断裂敏感性的现场检测和就地评价判断。

微机系统和打印输出机构

负责数据采集、存储、处理、结果的评价与低应力脆性断裂敏感性判断的微机系统以及打印输出机构由下列组件与线路组成：带有电流信号放大的零阻电流表、模拟/数字转换器（A/D）、8031单片机、恒流电源、工作电源、超微型打印机和工况显示器等。

借助于上述系统，将来自传感器的电流信号放大、A/D转换，存储在8031单片机中。靠专门设计的软件系统，将评价和判断结果打印输出。库存数据打印输出包括下列诸项内容：

（1）原子氢渗透速率随时间的变化;

（2）在腐蚀介质中传感器内原子氢的最大渗透速率;

（3）对锅炉钢及其带焊缝材料在上述介质中发生上述低应力脆性断裂的危险性按“安全”、“危险”或“敏感”分别作出判断。

所有结果全部在TPμP-40A超微型打印机的宽度为55mm的打印纸上自动制表打印输出。

本发明与已有技术比较有如下优点：借助于控制电路和传感器在酸洗时的渗氢电流值与锅炉钢的强度/脆性之间的对应关系，赋予测量信号（渗氢电流）以特定的物理意义。从而使测得的渗氢电流值可直接用来评价锅炉钢的钢结构发生上述低应力脆性断裂的敏感性;

带有信号传感器的探头直接接触酸洗溶液。信号水平和响应速度均比一些商品仪器高约1.5～2个数量级。因此，可及时预报钢材在酸洗液中发生低应力脆性断裂的敏感性，从而避免了某些对这种脆断敏感的钢材在用商品仪器检测时由于信号滞后而发生的不可逆的氢致损伤。

本发明之详细结构由以下实施例及附图给出。

图1为锅炉/管道酸洗过程低应力脆性断裂危险性探测仪控制方框图;

图2为锅炉/管道酸洗过程低应力脆性断裂危险性探测仪电流电压转换器及电压放大电路原理图;

图3为锅炉/管道酸洗过程低应力脆性断裂危险性探测仪测试管路外连接图;

图4为锅炉/管道酸洗过程低应力脆性断裂危险性探测仪微机控制连接图;

图5为锅炉/管道酸洗过程低应力脆性断裂危险性探测仪探头结构图;

图6为锅炉/管道酸洗过程低应力脆性断裂危险性探测仪信号传感器结构图。其结构由图1所示，（1）为信号传感器，（2）为电流/电压转换器，（3）为模拟/数字转换器，（4）8031单片机，（5）超微型打印机，（6）工况指示器，（7）（8）电源和恒流源，其工作过程，传感器测量信号I（0～250μA）首先经过电流/电压转换电路转变为电压量，后经电压放大电路（图2）转变为可供模/数转换的标准电压信号（0～5V），此电压由ADC0801进行模数转换，变为可供8031单片机进行处理的数字量，进入CPU。固化在存贮器EPROM2764中的系统程序，通过74LS373锁存器与8031单片机之间进行传输，数字量在单片机中经过比较，判断处理后，其结果由打印机输出。图6所示传感器的结构图，（1）为内镀催化剂层的双面电极，（2）为隔膜，（3）为粉末氧化物阴极，（4）为金属后盖，（5）为密封垫圈，传感器（6）装在探头上（如图5所示），图3为传感器安装图，（10）为传感器，通过承压丝框可直接插入管路中，也可由旁路测量。

Claims (3)

1、一种锅炉/管道酸洗过程低应力脆性断裂危险性探测仪，其特征在于探测仪由信号传感器和控制电路两部分组成，控制电路由电流电压转换器(2)、模拟数字转换器(3)、8031单片机(4)、超微型打印机(5)、工况显示器(6)及电源、恒流源组成，其连接是传感器(1)、电流/电压转换器(2)、模拟/数字转换器(3)与8031单片机(4)依次连接，电源(7)、工况显示(6)和打印机(5)分别与单片机(4)连接，恒流源直接与传感器(1)连接。

2、按权利要求1所述之探测仪，其特征是传感器（1）上面为内镀催化剂层的双面电极（11），电极（11）内为隔模（12）（浸透碱液），碱液（12）下为氧化物，最下面为金属后盖（14），后盖（14）与双面电极（11）之间加有密封垫圈（15）。

3、按权利要求2所述之探测仪，其特征在于传感器（1）双面电极（11）内之敏感箔为电镀了催化剂活性层的08F优质碳素钢经冷轧一氩气氛光亮退火的箔带，其厚度为0.3毫米。

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