CN204330551U - 金属腐蚀速度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种金属腐蚀速度检测装置，包括：检测单元和数据处理单元；检测单元连接在进样水流入口处，检测单元包括用管道串联在一起的溶解氢测量仪和电子流量计；溶解氢测量仪用来检测单位时间内进样水流中溶解氢分子的含量；电子流量计用来检测该单位时间内进样水流的体积；检测单元将单位时间内测得的溶解氢分子的含量和进样水流的体积传输给数据处理单元；所述数据处理单元接收所述溶解氢测量仪和电子流量计所测得的数值，并基于所述数值计算出所述进样水流所流经受热管道的金属腐蚀速度。本实用新型可在线动态检测火力发电系统锅炉受热面管道的金属腐蚀速度，预防炉管爆漏事故发生。

Description

金属腐蚀速度检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种金属腐蚀速度检测装置，通过检测管道水流中溶解氢的浓度来计算受热管道金属腐蚀速度，用于火电厂热力设备的在线监测。

背景技术

发电机组在热力生产过程中由于炉管长期处于高温、高压下运行，再加上目前电网调峰期间频繁的启动、停运和备用的现实情况，使热力设备(特别是水冷壁和过热器)中的金属材料长期处于热应力和机械应力之中，极易发生腐蚀。腐蚀是热力设备损坏的最直接原因，对电厂安全经济、稳定生产所构成的威胁极为严重。

为此加强研究和解决在生产过程中的受热面炉管材料腐蚀速度的在线动态监测，以便及时对炉管做出针对性保护措施，防止受热面金属材料失效，预防炉管爆漏事故发生，延长锅炉设备使用寿命就成为当前不能回避又必须尽快研究解决的重大技术难题。

实用新型内容

本实用新型公开一种金属腐蚀速度检测装置，应用于火力发电系统中，通过测得受热面炉管内水汽进样水流中的溶解氢浓度，结合锅炉蒸发量以及水汽进样水流的酸碱性，可计算出金属材料的腐蚀速度。

本实用新型是通过下列技术方案实施的：

本实用新型还公开一种金属腐蚀速度检测装置，包括：检测单元，连接在进样水流入口，检测单元包括：溶解氢测量仪，用来检测单位时间内进样水流中溶解氢分子的含量，将测得的数值传输给数据处理单元，电子流量计，与溶解氢测量仪用管道串联在一起，用来检测该单位时间内进样水流的体积，将测得的数值传输给数据处理单元；数据处理单元，接收检测单元的检测数值，结合被测锅炉的蒸发量和进样水流的酸碱性，计算得到进样水流所流经受热管道的金属腐蚀速度。

所述数据处理单元用公式V＝(KQH₂/A)×10^-2计算得到进样水流所流经的受热管道的金属腐蚀速度，其中，

V-金属腐蚀速度，

K-常数，

Q-被测锅炉的蒸发量，

H₂-进样水流中氢分子的浓度，

A-受热面积。

在本实用新型中，因氢分子在水样中极不稳定，容易析出损耗，为了测得的结果更准确，溶解氢测量仪通过管道连接到进样水流的入口。

因待测锅炉管道的取样管道为加压管道，为了更好地保证流经溶解氢测量仪的进样水流中溶解氢浓度稳定，则在电子流量计后还串联密封单元，密封单元即通过管道与所述电子流量计串联，进样水流依次流经所述溶解氢测量仪、电子流量计和密封单元。

本实用新型金属腐蚀速度检测装置还可包括进样控制单元，控制A、B两路水样轮流进入检测装置。控制单元具体包括：A路水样流量调整阀，与火力发电系统的受热面A路炉管的取样管路相连；B路水样流量调整阀，与火力发电系统的受热面B路炉管的取样管路相连；测量对象转换阀分别与所述检测单元和所述A、B路水样流量调整阀相通。

在A路水样流量调整阀和测量对象转换阀之间设置有A温度传感器，在B路水样流量调整阀和测量对象转换阀之间设置有B温度传感器，A、B温度传感器将测得的温度发送给数据处理单元。

本实用新型金属腐蚀速度检测装置还可进一步包括冷却单元，安装在进样控制单元的入口处，包括依次串联的冷却阀门、热交换器和出口阀门；冷却阀门连接在水样流量调整阀前，出口阀门连接测量对象转换阀；所述热交换器内设置有C温度传感器。

C温度传感器将测得的结果发送给数据处理单元，冷却阀门和出口阀门受数据处理单元的控制。

上述所有管道皆采用不锈钢管道。

本实用新型金属腐蚀速度检测装置还可进一步包括测量待测锅炉蒸发量的蒸汽流量测试仪等热工信号仪器和PH值传感器，蒸汽流量测试仪和PH值传感器将测量的结果发送给数据处理单元。

数据处理单元具有显示屏幕，用来显示测量结果。

上述溶解氢测量仪包括测量电极和电极杯，电极杯下部带有进液口，上部带有出液口，将测量电极包围；所述测量电极包括：电极杆；缠绕在电极杆上的阴电极；电极外套，包围在所述阴电极和电极杆外，电极外套内充满电解液；阳电极，固定在电极杆头部，一端凸出于电极外套，一端伸入到电极杆内；电极膜，覆盖在阳电极上固定于电极外套壁的位置；其中，所述阴电极和所述阳电极通过导线将测得的信号引出。

本实用新型金属腐蚀速度检测装置能够直接连接在正在工作的热力发电系统中，动态监测受热面炉管内水中的氢溶解量，从而计算出金属管的实时腐蚀速度，检测方法简单、易操作，使得操作人员能够及时对炉管做出针对性保护措施，防止受热面金属材料失效，预防炉管爆漏事故发生，延长锅炉设备使用寿命。

本实用新型测得受热面炉管的金属腐蚀速度，对火力发电系统具有重要的积极意义：

(1)可判定锅炉受热面金属材料的钝化状态及其效果。当锅炉启动以后，特别是酸洗后首次启动，其受热面金属材料是否已很快地形成自然氧化膜并转入钝态，通过本实用新型中的溶解氢分析数据，本领域技术人员就可以判定与评价炉管的永久性钝化膜建立的实际状况；

(2)优化和筛选不同的锅内防腐处理工艺技术，可判定与评价不同防腐工艺的实际效果。应用本实用新型进行上述评价与筛选，要比采用测定进样水流中含铁量等方法更为方便、直观和可靠；

(3)为分析研究现场炉管材料腐蚀的原因、性质与炉管受损状况，提供了可靠的历史测量数据作为分析判定的依据，对预防炉管爆漏事故发生起到了至关重要的作用。

附图说明

图1为应用本实用新型金属腐蚀速度检测装置检测的方法流程图；

图2为本实用新型金属腐蚀速度检测装置的功能框图；

图3为本实用新型金属腐蚀速度检测装置结构的示意图；

图4A为带有温度传感器的进样控制单元示意图；

图4B为冷却单元和进样控制单元示意图；

图5A是溶解氢测量仪测量电极结构的示意图；

图5B是溶解氢测量仪结构的示意图。

附图标记说明：

1.进样控制单元

  11.A路水样流量调整阀

  12.A温度探头

  13.B路水样流量调整阀

  14.B温度探头

  15.测量对象转换阀

  16.A路排水阀门

  17.B路排水阀门

2.检测单元

  21.溶解氢测量仪

    211.测量电极

       2111.电极杆

       2112.阴电极

       2113.电极外套

       2114.阳电极

       2115.电极膜

       2116.底座

       2117.插头

       2118.模压帽

       2119.密封螺丝

    212.电极杯

       2121.进液口

       2122.出液口

    22.电子流量计

  3.密封单元

  4.数据处理单元

  5.冷却单元

    51.冷却阀门

    52.热交换器

    53.C温度传感器

    54.出口阀门

具体实施方式

本实用新型公开一种金属腐蚀速度检测装置，用于检测火力发电系统锅炉受热面管道的金属腐蚀速度。

单位时间内金属管道腐蚀的深度，俗称减薄，单位为毫米/年(mm/a)或者纳米/小时(nm/h)。当减薄达到一定峰值，表明该管道存在隐患，应立即调整锅炉运行方式或停机处理，以避免出现事故，保障火力发电系统的正常运转。理论上，腐蚀速度与溶解氢含量之间存在以下的线性函数关系：

V＝(KQH₂/A)×10^-2

式中：V-金属腐蚀速度(mm/a)，

      K-常数；

      Q-被测锅炉的蒸发量(t/h)，

      H₂-进样水流中溶解氢浓度(μg/l)，

      A-受热面积(m²)。

以上参数中受热面积为固定值，可以计算得出，锅炉蒸发量可以通过热工信号获取，剩下的溶解氢含量需要测量，常数K为固定值，取值范围为1.1～6.5，优选值为1.8、2.1、2.6、2.9、3.2、3.8、4.1、4.6、5.2、5.9、6.2、6.4，可根据进样水流的酸碱性选择。

图1为检测金属腐蚀速度步骤流程图，如图1所示，利用本实用新型检测金属腐蚀速度的检测方法包括在单位时间内进行如下步骤：

S1：检测进样水流中氢分子的浓度；

S2：检测被测锅炉的蒸发量；

S3：确定进样水流的酸、碱性；

S4：利用公式V＝(KQH₂/A)×10^-2，计算得到受热面管道的金属腐蚀速度。

其中，S1、S2、S3的先后顺序不受限制，可以任意互换或同时进行。

S1包括如下步骤：

S11：检测进样水流中氢分子的含量；

S12：检测进样水流的流体体积；

S13：计算得到进样水流中溶解氢浓度。

其中，S11、S12的顺序可以互换或同时进行。

在测量进样水流中氢分子的浓度之前，还可以包括检测控制进样水流温度在允许范围之内的步骤S0，S0包括：

S00：检测进样水流的温度；

S01：将测得的进样水流温度与允许值进行比较，判断进样水流温度是否低于允许值：当进样水流的温度低于允许值，则进行S1；当进样水流的温度高于允许值，则视现场工作的需要，选择进行S02或S03；

S02：对进样水流进行冷却，直到温度低于允许值，再进行S1；

S03：报警，将进样水流直接排放。

在S01中，允许值可在20-40℃间的范围内选取，优选为25℃。

本实用新型公开的金属腐蚀速度检测装置，安装在被测锅炉受热面管道的取样管上，采用上述检测方法检测被测管道的金属腐蚀速度。图2为金属腐蚀速度检测装置的功能框图，如图2所示，本实用新型检测装置包括：进样控制单元1、检测单元2和数据处理单元4。检测单元2包括串联在一起的溶解氢测量仪21和电子流量计22。溶解氢测量仪21连接在进样水流入口，用来检测单位时间内进样水流中溶解氢分子的含量；电子流量计22用来检测该单位时间内进样水流的体积。检测单元2将测得的数据传输给数据处理单元4。数据处理单元4接收检测单元2的检测结果，并根据这些结果，结合被测锅炉的蒸发量和进样水流的酸碱性，利用公式V＝(KQH₂/A)×10^-2算得到进样水流所流经的受热管道的金属腐蚀速度，式中，

V-金属腐蚀速度，

K-常数，

Q-被测锅炉的蒸发量，

H₂-进样水流中氢分子的浓度，

A-受热面积。

当然，溶解氢测量仪21和电子流量计22在装置中的位置可以互换，也就是电子流量计22连接在进样水流入口，理论上也能够完成溶解氢浓度的测量。

图3为本实用新型金属腐蚀速度检测装置的结构简图。如图3所示，溶解氢测量仪21的入口连接待测锅炉管道的取样管，电子流量计22与溶解氢测量仪21串联，进样水流由待测锅炉管道的取样管进入检测单元，依次流经溶解氢测量仪21和电子流量计22后流出。

因待测水样中氢气容易析出到大气中，为了更好地保证流经溶解氢测量仪21的进样水流中溶解氢浓度稳定，则在电子流量计22后还串联密封单元3，该密封单元可以为一水封器，用来将待测水样与大气隔绝开，使得测得的结果更准确。

本实用新型金属腐蚀速度检测装置还可包括进样控制单元1，控制两路水样A、B轮流进入检测装置。进样控制单元1具体包括：A路水样流量调整阀11、B路水样流量调整阀13、测量对象转换阀15。测量对象转换阀15可为三通阀，其中一通接入检测单元2，另二通分别与A、B路水样流量调整阀的管道相通；A、B路水样流量调整阀11、13分别与火力发电系统的受热面中两炉管的取样管相连，即分别与不同的待测管道相连。

进样控制单元可选择地控制两路进样水流轮流进入检测装置进行检测。当然，本领域技术人员能够通过管道和阀门的结合，变换出三路或更多路进样通道。通过设置进样控制单元，可增加金属腐蚀速度检测装置的利用率。

A路水样流量调整阀11、B路水样流量调整阀13、测量对象转换阀15可为手动阀门，也可为电动阀门，当为电控阀门时，都与数据处理单元4相连，开、关动作受数据处理单元4的控制，数据处理单元4兼有控制功能。

为了保护溶解氢测量仪和电子流量计不被过热的水汽烫坏，以及保证检测工作的顺利进行和检测结果的准确性，可在测量对象转换阀之前设置有温度传感器，来检测进样水流的水温是否在允许范围之内。如图4A所示，在A路水样流量调整阀11和测量对象转换阀15之间设置A温度探头12和A路排水阀门16，在B路水样流量调整阀13和测量对象转换阀15之间设置B温度探头14和B路排水阀门17，A、B温度探头12、14可为温度传感器，将测得的温度发送给数据处理单元4，数据处理单元4将测得温度与允许值进行比较，若测得温度低于允许值，则允许进样水流通过测量对象转换阀进入检测单元；若测得温度高于允许值，则将进样水流排出装置：一种排出方式为发出警报，提醒操作人关掉A/B路水样流量调整阀，打开A/B路排水阀门；或者由数据控制单元直接控制水样流量调整阀自动关闭，并将A/B路排水阀门自动打开。

可在数据处理单元内预先设定允许值，如允许值可在20-40℃间的范围内选取，优选为25℃。

当测得温度高于允许值，还可将进样水流进行冷却处理，待进样水流的温度低于允许值后，再引入测量单元。如图4B所述，本实用新型还包括冷却单元5，冷却单元5安装在进样控制单元1的入口处，如图4B虚线框内所示，冷却单元5包括冷却阀门51、热交换器52、C温度传感器53和出口阀门54。冷却阀门51连接在水样流量调整阀前，冷却阀门51、热交换器52和出口阀门54依次串联，C温度传感器53设置在热交换器52内，出口阀门54连接在测量对象转换阀15前。

在关闭水样流量调整阀后，打开冷却阀门51，进样水流被引入热交换器52进行冷却，在热交换器内的C温度传感器53，实时测量进样水流的温度，并将测得的结果发送给数据处理单元4。

冷却阀门51和出口阀门54既可以为手动开关阀门，也可为自动的电动阀门。待C温度传感器测得的温度低于允许值，则数据处理单元4发出警报给操作人，可以打开出口阀门54，引导进样水流进入检测单元2进行测量；或在数据处理单元4的控制下自动打开。

该冷却单元所用容器与进样水流接触部分的管道均采用不锈钢材质，来保障进样水流内溶解氢的浓度不改变。基于同样的理由，连接A、B路水样流量调整阀11到检测单元2之间的管道采用不锈钢管道。更好地，金属腐蚀速度检测装置中连接各单元的管道均采用不锈钢管。

因数据处理单元计算金属管道的腐蚀速度时，需要用到进样水流的酸碱性来选择常数K的取值和待测锅炉的蒸发量这两个参数，数据处理单元可以从其他热工信号仪器仪/表获得待测锅炉的蒸发量的数据，以及根据待测管道的部位确定进样水流的酸碱性或利用PH值传感器来测量进样水流的酸碱度。当然，本实用新型金属腐蚀速度检测装置也可以包括测量待测锅炉的蒸发量的仪器，或者作为可分离的部件一起生产、使用。总之，只要数据处理单元在测量进样水流的单位时间内，能够取得同步的测量待测锅炉的蒸发量值和进样水流的酸碱性，即可计算得到管道的金属腐蚀速度，而对于得到待测锅炉的蒸发量值和进样水流的酸碱性的途径并不限制。

数据处理单元可以是一具有数据接收、处理和控制功能的芯片，也可以为一台工控机，必要时设置显示屏幕；更好地，可以是一台式电脑。金属腐蚀速度值及水样流量、温度等数值可以在显示屏上显示。

图5A、图5B是溶解氢测量仪结构示意图，如图5B所示，本实用新型的溶解氢测量仪21包括测量电极211和电极杯212，电极杯将测量电极包围在其中。

图5A表示出了溶解氢测量仪测量电极的结构。测量电极211包括电极杆2111；缠绕在电极杆2111上的阴电极2112；包围在电极杆2111外的电极外套2113，其内充满电解液；阳电极2114位于电极杆2111的顶端，一端凸出于电极外套2113，一端伸入到电极杆2111内；覆盖在阳电极2114的端面上的电极膜2115，将待测水样与电极内部隔离开，该电极膜是一种选择性透过膜，只有水样中的氢分子可以透过该膜进入电极内部参与反应。电极杆2111与电极外套2113可固定在底座2116上；插头2117设在底座的另一侧，阴电极2112、阳电极2114通过导线分别与插头2117相连，将测得的信号引出。

为了更好地紧固电极膜2115，设置模压帽2118将电极膜2115压紧在阳电极2114上，同时固定在电极外套2113上。还可以在电极外套2113上设置密封螺丝2119等可拆密封口，用来补充电解液。为了方便补充电解液的操作方便，密封螺丝2119的设置位置优选在电极外套2113侧壁的中部。

阳电极2114材质为金，阴电极2112材质为银，电解液为氯化钾饱和液。

电极杯212为一下部带有进液口2121，上部带有出液口2122的罩体，安装在底座2116上，将图5B所示的测量电极211上下颠倒罩在其中。

工作时，将测量电极装于电极杯中，如图5A所示。样品水流经下部的进液口进入电极杯，经上部出液口排出，在此过程中水样会充满电极杯。水样中的氢气透过电极膜进入到电解液中，而进样水流被电极膜阻挡在电极外套外。氢气在电解液中被工作电极还原，产生扩散电流被阴、阳极的引线引出至插头，进一步发送给数据处理单元。

虽然以上已经详细描述了实施本实用新型的许多优选实施例和最佳实施方式，但是熟悉本实用新型所属领域的技术人员应该意识到实施本实用新型的各种可替换设计和实施例都落入所附权利要求书的范围。

Claims (10)

1.一种金属腐蚀速度检测装置，其特征在于，包括检测单元和数据处理单元：

所述检测单元包括：

溶解氢测量仪，连接在进样水流入口处，其检测单位时间内进样水流中溶解氢分子的含量，将测得的数值传输给所述数据处理单元；

电子流量计，与溶解氢测量仪用管道串联在一起，其检测该单位时间内进样水流的体积，将测得的数值传输给所述数据处理单元；

所述数据处理单元接收所述溶解氢测量仪和电子流量计所测得的数值，并基于所述数值计算出所述进样水流所流经受热管道的金属腐蚀速度。

2.如权利要求1所述的金属腐蚀速度检测装置，其特征在于，所述数据处理单元用公式V＝(KQH₂/A)×10^-2计算得到进样水流所流经的受热管道的金属腐蚀速度，其中，

V-金属腐蚀速度，

K-常数，

Q-被测锅炉的蒸发量，

H2-进样水流中氢分子的浓度，

A-受热面积。

3.如权利要求1所述的金属腐蚀速度检测装置，其特征在于，还包括密封单元，其通过管道与所述电子流量计串联，进样水流依次流经所述溶解氢测量仪、电子流量计和密封单元。

4.如权利要求1所述的金属腐蚀速度检测装置，其特征在于，还包括进样控制单元，控制A、B两路水样轮流进入检测装置；所述进样控制单元包括：

A路水样流量调整阀，与火力发电系统的受热面A路炉管相连；

B路水样流量调整阀，与火力发电系统的受热面B路炉管相连；

测量对象转换阀，分别与所述检测单元和所述A、B路水样流量调整阀相通。

5.如权利要求4所述的金属腐蚀速度检测装置，其特征在于，在所述A路水样流量调整阀和所述测量对象转换阀之间设置A温度传感器；在所述B路水样流量调整阀和所述测量对象转换阀之间设置B温度传感器，所述A、B温度传感器将测得的温度发送给所述数据处理单元。

6.如权利要求5所述的金属腐蚀速度检测装置，其特征在于，还包括冷却单元，包括依次串联的冷却阀门、热交换器和出口阀门；冷却阀门连接在水样流量调整阀前，出口阀门连接在测量对象转换阀前；所述热交换器内设置有C温度传感器；所述C温度传感器将测得的温度发送给所述数据处理单元。

7.如权利要求1至6任一所述的金属腐蚀速度检测装置，其特征在于，所述溶解氢测量仪包括测量电极和电极杯，所述电极杯下部带有进液口，上部带有出液口，将测量电极包围；所述测量电极包括：

电极杆；

阴电极，缠绕在所述电极杆上；

电极外套，包围在所述阴电极和所述电极杆外，电极外套内充满电解液；

阳电极，固定在所述电极杆头部，一端凸出于电极外套，一端伸入到电极杆内；

电极膜，覆盖在阳电极上固定于电极外套壁的位置；

其中，所述阴电极和所述阳电极通过导线将测得的信号引出。

8.如权利要求7所述的金属腐蚀速度检测装置，其特征在于，还包括模压帽，所述模压帽固定在所述电极外套上，将所述电极膜压紧。

9.如权利要求7所述的金属腐蚀速度检测装置，其特征在于，在上述电极外套壁上还设置有可拆密封口，用来补充电解液。

10.如权利要求8所述的金属腐蚀速度检测装置，其特征在于，还包括PH值传感器和测量待测锅炉蒸发量的蒸汽流量测试仪，所述PH值传感器和蒸汽流量测试仪将测量的结果发送给数据处理单元。