CN110865000A - 一种连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统及方法 - Google Patents

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鲁元
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Abstract

本发明属于锅炉金属管壁安全运行与维护技术领域，公开了一种连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统及方法，所述方法包括腐蚀性气体及平衡气通入，在气室混合均匀后，混合气体进入主反应器与待测样品发生反应；加热混合气体；反应过程中待测样品的质量变化通过力学传感器测量，测得信号传递给A/D转换器，模拟信号转换为电信号之后传输分析，得到待测样品质量随实验时间的变化情况。本发明通过电阻丝加热实验所需气体，模拟高温的腐蚀性气氛，通过力传感器反映待测样品的质量变化，通过A/D装换器将力学信号转换为电信号，输出至分析主机，以获得待测样品在高温腐蚀环境下质量随时间的变化情况，得到比较直观的变化曲线，且操作简便。

Description

一种连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统及方法
技术领域
本发明属于锅炉金属管壁安全运行与维护技术领域，尤其涉及一种连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统及方法。
背景技术
目前，业内最接近的现有技术是：工业机械零部件材料的腐蚀现象是工业设备材料面临的主要问题，各种酸、碱、盐环境下设备材料的损耗是机械设备寿命降低的主要原因，尤其是在高温、高流速、较高浓度酸、碱性环境下，设备材料的损耗量和腐蚀速度会更为严重。特别是，随着能源、化工等领域设备技术的不断革新，工业设备朝着高温化、高参数化、大型化方向发展，设备材料的高温腐蚀问题更为严重，严重影响了工业设备的安全性能和使用寿命，因此，研究设备材料的高温腐蚀动力学以及在此基础上的防护措施就显得尤为重要。锅炉现场对应管壁高温腐蚀的处理，通常采用的“后处理”的手段，即需要等到高温腐蚀发生后，对现场管壁进行割管取样，拿回实验室进行腐蚀管样的成分分析，判断腐蚀类型，进而调整相应的防腐措施。这种处理方式的特点是对高温腐蚀发生后的再处理，不能提前进行腐蚀行为的预防。因此，在实验室提前对钢样的防腐性能进行评估极为重要，而实验室对应高温腐蚀问题的研究，往往采用的是不连续称重法，：人工配置腐蚀性气氛，待测钢样经过高温腐蚀测试之后，按需定时取出称重，才能得出设备材料腐蚀前后的质量变化。这种不连续称重法需多次操作才能得出金属腐蚀动力学特性，实验效率低，实验人员的工作量大，并且得出的数据是一组离散的点，不能实时、直观地显示待测样品高温腐蚀全过程。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有的用于材料高温腐蚀实验的实验室模拟设备存在实验效率低，实验人员的工作量大，并且得出的数据是一组离散的点，不能实时、直观地显示待测样品高温腐蚀全过程。
解决上述技术问题的难度：目前市面上并没有直接能在线称量样品高温腐蚀重量的设备，现有技术难度主要是将目前普遍采用的人工取出钢样进行炉外称重这一过程实现计算机自动化称量，这样可以开发一种连续测量耐热钢高温腐蚀速率的系统。
解决上述技术问题的意义：高温腐蚀的在线监测对于锅炉高温管壁的运行具有重要意义。因高温腐蚀引起锅炉机组停炉一次的损失就高达百万，尤其是在现如今普遍都是600MW等级高参数锅炉机组上，停炉一次的损失会更大，因此，开发能在线监测管壁腐蚀速率的装置对于高温管样的安全运行有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统及方法。
本发明是这样实现的，一种连续测量耐热钢高温腐蚀速率方法，所述连续测量耐热钢高温腐蚀速率方法包括腐蚀性气体及平衡气通入，在气室混合均匀后，混合气体进入主反应器与待测样品发生反应；加热混合气体；反应过程中待测样品的质量变化通过力学传感器测量，测得信号传递给A/D转换器，模拟信号转换为电信号之后传输分析，得到待测样品质量随实验时间的变化情况。
本发明的另一目的在于提供一种基于所述连续测量耐热钢高温腐蚀速率方法的连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统，所述连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统设置有：
高温腐蚀反应装置；
所述高温腐蚀反应装置内部设置有放置待测样品的坩埚皿，坩埚皿下端连接有自动称重装置，高温腐蚀反应装置通过管道连通有尾气处理装置。
进一步，所述自动称重装置设置有焊接在坩埚皿下端的支杆，支杆下端设置有力传感器，力传感器通过A/D转化器与外部的分析主机连接。
进一步，所述支杆外侧涂设有耐高温、耐腐蚀性材料层。
进一步，所述尾气处理装置设置有第二气室，第二气室通过管道与高温腐蚀反应装置上端连通，第二气室上端连通有排气管。
进一步，所述高温腐蚀反应装置设置有主反应器，主反应器上端通过管道连接有气体混合装置，主反应器外侧设置有温度控制装置。
进一步，所述气体混合装置设置有第一气室，第一气室通过管道与主反应器连通，第一气室上端连通有多通道进气管。
进一步，所述温度控制装置设置有包裹在主反应器外侧的保温材料层，保温材料层内部铺设有电阻丝，电阻丝与外部温控箱电连接。
进一步，所述主反应器内壁涂设有耐高温、耐腐蚀性材料层。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
(1)操作简便，极大简化人力物力，实验效率高；只需要提前放置好样品，配置好腐蚀气氛，样品的动力学数据自动能在显示屏上输出，避免了常规的人工取样、称重、记录、放样等环节，释放了人力，实验效率得到提高。
(2)实验精度高；由于是计算机实时自动计算称量，避免了人工肉眼读数，减少了A类不确定度误差，实验精度高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统结构示意图；
图中：1、多通道进气管；2、第一气室；3、电阻丝；4、主反应器；5、待测样品；6、坩埚皿；7、支杆；8、力传感器；9、A/D转换器；10、分析主机；11、排气管；12、第二气室。
图2是本发明实施例提供的电站锅炉水冷壁常用材料12Cr1MoV在400～500℃不同温度下，0.05％H2S气氛中的单位面积增重平方和腐蚀时间的动力学变化规律示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统包括：多通道进气管1、第一气室2、电阻丝3、主反应器4、待测样品5、坩埚皿6、支杆7、力传感器8、A/D转换器9、分析主机10、排气管11、第二气室12。
高温腐蚀反应装置包括气体混合装置、温度控制装置和主反应器4，气体混合装置包括多通道进气管1和气室2，多通道进气管1用于选择性地输入各类腐蚀性气体和平衡气等反应所需气体，气室2用于混合各种输入气，使其均匀混合。
温度控制装置通过外部的温控箱控制加热电阻丝3，用于加热反应器内气体温度，模拟坩埚皿6内待测样品5腐蚀反应所需的高温环境。
自动称重装置包括支杆7、力传感器8、A/D转换器9、分析主机10，用于实时、自动称重、记录待测样品5在腐蚀过程中的质量变化。
尾气处理装置包括第二气室12和排气管11，可以输出反应过后的腐蚀性气体，进行进一步的回收处理。
气体混合装置的多通道进气管1包含有3-5个气路，实验所需腐蚀性气体通过气路进入与之相连的第一气室2，实验气体混合均匀后进入主反应器中。
温度控制装置主要是布置在主反应器两侧的与外界温控箱相连的电阻丝3，通过温控箱控制电阻丝加热主反应器内气体，模拟高温腐蚀实验所需高温环境；
自动称重装置包括支杆7、力传感器8、A/D转换器9和分析主机10，用于实时称量、记录实验过程中待测样品5的质量变化。
尾气处理装置包括第二气室12和排气管11，用于收集高温腐蚀反应之后的废气，以便将废气集中输出进行进一步回收处理。
主反应器4内部壁面以及支杆7均采用耐高温、耐腐蚀性材料。
主反应器4四周包裹保温材料，电阻丝3布置在保温材料内。
本发明在工作时，实验所需腐蚀性气体及平衡气通过多通道进气管1通入，在第一气室2混合均匀后，混合气体进入主反应器4与待测样品5发生反应；实验所需高温环境通过由外界温控箱控制的电阻丝3加热混合气体实现；反应过程中待测样品5的质量变化通过支杆7和力传感器8将模拟信号传递给A/D转换器9，力学信号转换为电信号之后传输给分析主机10，得到待测样品质量随实验时间的变化情况。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例
如图2所示，是电站锅炉水冷壁常用材料12Cr1MoV在400～500℃不同温度下，0.05％H2S气氛中的单位面积增重平方和腐蚀时间的动力学变化规律，图中实验点是采用目前常规的人工不连续称重法获得，为了获得钢样的腐蚀动力学规律，只能采用拟合的办法来获得图中的直线，可以看到由于人工测量误差，蓝色实验点中有三个实验点(横坐标介于20到60之间)明显偏离了拟合直线，但是如果采用本发明的实验系统，就可以直接得到图中的三条曲线，不需要经过拟合过程，极大提高了实验准确性。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种连续测量耐热钢高温腐蚀速率方法，其特征在于，所述连续测量耐热钢高温腐蚀速率方法包括腐蚀性气体及平衡气通入，在气室混合均匀后，混合气体进入主反应器与待测样品发生反应；加热混合气体；反应过程中待测样品的质量变化通过力学传感器测量，测得信号传递给A/D转换器，模拟信号转换为电信号之后传输分析，得到待测样品质量随实验时间的变化情况。
2.一种基于权利要求1所述连续测量耐热钢高温腐蚀速率方法的连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统，其特征在于，所述连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统设置有：
高温腐蚀反应装置；
所述高温腐蚀反应装置内部设置有放置待测样品的坩埚皿，坩埚皿下端连接有自动称重装置，高温腐蚀反应装置通过管道连通有尾气处理装置。
3.如权利要求2所述的连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统，其特征在于，所述自动称重装置设置有焊接在坩埚皿下端的支杆，支杆下端设置有力传感器，力传感器通过A/D转化器与外部的分析主机连接。
4.如权利要求3所述的连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统，其特征在于，所述支杆外侧涂设有耐高温、耐腐蚀性材料层。
5.如权利要求2所述的连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统，其特征在于，所述尾气处理装置设置有第二气室，第二气室通过管道与高温腐蚀反应装置上端连通，第二气室上端连通有排气管。
6.如权利要求2所述的连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统，其特征在于，所述高温腐蚀反应装置设置有主反应器，主反应器上端通过管道连接有气体混合装置，主反应器外侧设置有温度控制装置。
7.如权利要求6所述的连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统，其特征在于，所述气体混合装置设置有第一气室，第一气室通过管道与主反应器连通，第一气室上端连通有多通道进气管。
8.如权利要求6所述的连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统，其特征在于，所述温度控制装置设置有包裹在主反应器外侧的保温材料层，保温材料层内部铺设有电阻丝，电阻丝与外部温控箱电连接。
9.如权利要求6所述的连续测量耐热钢高温腐蚀速率系统，其特征在于，所述主反应器内壁涂设有耐高温、耐腐蚀性材料层。
10.一种应用权利要求1所述连续测量耐热钢高温腐蚀速率方法的机械零部件材料腐蚀测试系统。
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