CN211374456U - 一种测试锅炉受热面金属材料耐高温腐蚀性能的探针装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测试锅炉受热面金属材料耐高温腐蚀性能的探针装置，可以在线进行垃圾焚烧电厂的炉内受热面高温腐蚀模拟试验。本实用新型通过内外套管气体返流设计，独立密封的内部空间，实现了试件温度的可控性。为了避免焊接或螺纹等连接方式导致不同金属直接接触带来的电偶腐蚀对实验结果的影响，本实用新型采用了分体式可收紧卡箍法兰作为连接试件与装置主体的连接部件，以在法兰与试件间填入耐高温橡胶垫片作为阻隔层。这也同时保证了装置的良好密封性，以及实现了试件的方便拆装。本实用新型设计精简、便于携带、使用范围广，可以实现不同金属材料在垃圾焚烧电厂中耐高温腐蚀性能的测试，适用于锅炉受热面高温腐蚀的现场研究。

Description

一种测试锅炉受热面金属材料耐高温腐蚀性能的探针装置

技术领域

本实用新型属于金属高温腐蚀领域，尤其涉及一种测试垃圾焚烧锅炉受热面金属材料耐高温腐蚀性能的探针装置。

背景技术

近几年来，我国的垃圾焚烧行业发展迅速。2017年，我国已建成投入使用生活垃圾焚烧无害化处理厂286座，虽然数量上还远远无法与生活垃圾卫生填埋无害化处理厂相比，但大有取而代之的势头。国家发改委2016年发布的《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》中提出，要加快垃圾处理设施建设，目标到2020年，我国的生活垃圾无害化处理总能力中，焚烧处理占50％以上。

然而，由于生活垃圾种类繁多，成分复杂，导致垃圾焚烧系统在实际运行过程中出现了很多问题。其中，锅炉受热面的高温腐蚀尤为突出，现场检测中，主要高温受热面如过热器、省煤器乃至水冷壁、空预器等温度相对较低的部位，都发现了不同程度的腐蚀现象。

对于此类研究，除了实验室进行的机理研究类试验之外，还需要开展一些现场测试试验，以验证实验室的理论结果以及用于筛选性能优良的材料。

传统的现场腐蚀试验多采用挂片法，其试验周期容易受到工厂的生产条件和维修计划的制约，比较被动。由于实际受热面材料通常是一面在炉膛内受热，温度较高，另一面处在外部环境中或与低温工作介质接触，温度相对较低，因此其壁温往往低于炉内烟气温度，采用炉内挂片法则无法模拟实际壁温，这也是挂片法的一大缺点。

为了提高灵活性和准确性，一些研究者开发了探针装置在线模拟腐蚀试验。探针的基本原理即模拟实际受热面腐蚀过程，一般通过空冷或水冷等手段来模拟受热面外部温度，实现了温度条件的可控模拟。然而，现有的腐蚀探针装置设计粗糙，温度模拟不完善，如：直接在钢管外表面过盈配合套上环状试件，钢管内通空气冷却，温度传递阻力大。且大多不注意电偶腐蚀及应力腐蚀影响，违反了金属腐蚀试验的一般原则，如：不同金属直接接触或金属间的连接采用焊接工艺[PHONGPHIPHAT A,RYU C,YANG Yao-bin,et al.Investigation into high-temperature corrosion in a large-scale municipalwaste-to-energy plant]。相对来说，一种设计精简、便携、方便操作且符合金属腐蚀试验一般原则的探针装置将具有更广泛的应用范围和更良好的应用前景。

发明内容

本实用新型提供了一种测试垃圾焚烧锅炉受热面金属材料耐高温腐蚀性能的探针装置，可以实现在锅炉运行过程中随时在线安装和拆卸，操作方便。本实用新型采用了简单灵活的安装方式，管状设计便于携带，应用场合广，具有良好的经济性和适用范围。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种测试垃圾焚烧锅炉受热面金属材料耐高温腐蚀性能的探针装置，包括外套管、与外套管同轴安装的内套管、装配在外套管出口端的管状试件、用于固定管状试件的顶部端盖、从内套管内穿过的热电偶、以及气路通道；所述外套管的内管壁与内套管的外管壁之间留有间隙；

内套管出口端与外套管出口端同端，位于外套管的内部；内套管入口端与外套管入口端同端，位于外套管外部；所述内套管入口端设有凹槽，用于安装热电偶；内套管上设有带开闭阀门的冷却气体入口；

所述外套管入口端与内套管的外管壁之间密封，使得所述外套管的内管壁和所述内套管的外管壁之间形成供气体流通的密封通道；外套管上设有带开闭阀门的已加热气体出口；

所述热电偶与热电偶显示仪连接，采用卡箍方式嵌套固定在内套管入口端凹槽处，热电偶的测温端穿过管状试件，与顶部端盖抵接。

作为本实用新型的优选，所述顶部端盖与管状试件的接触面设有橡胶垫片。

作为本实用新型的优选，所述的管状试件与外套管出口端的连接方式为法兰连接，外套管出口端焊接第一法兰，所述第一法兰与固定管状试件的顶部端盖螺栓连接。

作为本实用新型的优选，所述顶部端盖包括分体式卡箍法兰和分体式卡箍法兰端盖；管状试件安装在分体式卡箍法兰和分体式卡箍法兰端盖之间，与外套管同轴；所述第一法兰、分体式卡箍法兰和分体式卡箍法兰端盖通过定位螺栓连接。

作为本实用新型的优选，所述气路通道包括冷却气体入口管道和已加热气体出口管道；冷却气体入口管道一端与内套管上的冷却气体入口相连接，另一端与压缩空气源相连接；所述已加热气体出口管道一端与外套管上的已加热气体出口相连接，另一端为自由端。

作为本实用新型的优选，还包括炉墙外表面法兰和固定在外套管外管壁上的外套管法兰，所述外套管法兰通过炉墙外表面法兰与炉墙固定。

与现有腐蚀探针技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)与现场腐蚀挂片法相比，本实用新型通过调节内外套管间隙中流动的压缩空气流速来控制试件表面温度，实现了试件表面温度可自控。

(2)法兰与试件之间采用耐高温橡胶隔层设计避免了不同金属间的直接接触，有效排除了电偶腐蚀的影响。

(3)装置与炉墙之间采用活动分体式卡箍法兰连接，装置插入深度可自由调整，也使得试验装置易于安装和拆卸。

(4)试件两端的分体式卡箍法兰以及测试区定位螺栓的使用，实现了在试验完成后，可以在不直接接触试件表面的条件下拆下试件，避免了拆取试件时对易碎腐蚀层的破坏，提高了试验数据的精确性。

(5)本实用新型中的探针装置可以实现在锅炉运行过程中随时在线安装和拆卸，操作方便。

附图说明

图1为本实用新型提供的测试垃圾焚烧锅炉受热面金属材料耐高温腐蚀性能的探针装置的结构及安装示意图；

图2为本实用新型提供的图1的A局部放大全剖视示意图；

图3为本实用新型提供的部件7、14、17的正视图；

以上图中各标记的表示含义如下：

热电偶显示仪1、热电偶2、内套管3、内套管入口端3a、内套管出口端3b、冷却气体入口4、已加热气体出口5、已加热气体出口管6、外套管法兰7、炉墙外表面法兰8、炉墙9、外套管10、外套管入口端10a、外套管出口端10b、试件11、防火棉12、第一法兰 13、分体式卡箍法兰14、定位螺栓15、耐高温橡胶垫环16a、耐高温橡胶垫圈16b、分体式卡箍法兰端盖17、顶盖凹槽18。

具体实施方式

如图1、2所示，测试金属材料耐高温腐蚀性能的探针装置包括热电偶显示仪1、热电偶2、内套管3、内套管入口端3a、内套管出口端3b、冷却气体入口4、已加热气体出口5、已加热气体出口管6、外套管法兰7、炉墙外表面法兰8、炉墙9、外套管10、外套管入口端10a、外套管出口端10b、试件11、防火棉12、第一法兰13、分体式卡箍法兰14、定位螺栓15、耐高温橡胶垫环16a、耐高温橡胶垫圈16b、分体式卡箍法兰端盖17、顶盖凹槽 18。

其中，外套管法兰7、分体式卡箍法兰14、分体式卡箍法兰端盖17的正视图如图3所示。

作为本实用新型的优选实施方式，内套管出口端与外套管出口端同端，位于外套管的内部，此端完全敞开；内套管入口端与外套管入口端同端，位于外套管外部，外套管入口端与内套管的外管壁之间密封，且内外套管中间留有供气体流通的间隙；所述内套管入口端设有凹槽，用于安装热电偶。

作为本实用新型的优选实施方式，内套管的外管壁上设有冷却气体入口且靠近内套管入口端位置，所述冷却气体入口设有开闭阀门装置，与冷却气体入口管道连接；外套管的外管壁上设有已加热气体出口且靠近外套管入口端位置，所述已加热气体出口设有开闭阀门装置，与已加热气体出口管道连接，管道材料使用耐高温合金钢。

作为本实用新型的优选实施方式，外套管采用耐高温腐蚀合金钢制作，横截面形状为圆形，内套管与外套管横截面形状相同；管状试件为某种待测金属材料，横截面形状为圆形，整体呈管状，与外套管出口端的连接方式为法兰连接，所有法兰与试件有可能接触的地方均采用耐高温橡胶垫片阻隔。结合实例，所述探针装置的制作过程如下：如图1所示，外套管10是装置的主体部分，其他部件可认为是在其基础上进行安装。

首先，选取试验要测的金属材料，制成管状试件11。在试件11一端安装分体式卡箍法兰14，安装时，在分体式卡箍法兰14的内圈表面垫上耐高温橡胶垫环16a，在试件11端面垫上耐高温橡胶垫圈16b，目的是防止分体式卡箍法兰14和试件11外表面直接接触，然后收紧分体式卡箍法兰14的收紧螺栓。试件11另一端安装分体式卡箍法兰端盖17，安装时，同样在卡箍法兰内圈及端面垫上耐高温橡胶垫环16a和耐高温橡胶垫圈16b，防止分体式卡箍法兰端盖17和试件11外表面直接接触。试件11两端的分体式卡箍法兰14和分体式卡箍法兰端盖17均开四个螺栓孔，且安装时两个法兰的螺栓孔要完全对正。

然后，制造外套管10，外套管10采用耐高温腐蚀的合金钢制造，其长度根据试验时通过炉墙插入炉内的深度来确定，其厚度要比试件11的厚度大一些，具体而言，要求外套管10的内径和试件11的内径相等，而外径大于试件11的外径。确定好其长度和厚度之后，在其出口端10b焊接第一法兰13，第一法兰上开四个螺栓孔，用于和试件上的法兰对接，安装时第一法兰13的螺栓孔要与分体式卡箍法兰14和分体式卡箍法兰端盖17的螺栓孔完全对正。三个法兰的孔对正之后，安装四根定位螺栓15，定位螺栓15的安装以图2为例，螺栓头部位于第一法兰13左侧，螺杆由外套管上的法兰孔插入，顺次穿过分体式卡箍法兰 14和分体式卡箍法兰端盖17，穿过分体式卡箍法兰14后，在螺杆上安装两个螺母，用于连接固定第一法兰13和分体式卡箍法兰14。穿过分体式卡箍法兰端盖17上的螺栓孔后，在分体式卡箍法兰端盖17右侧的螺杆上安装两个螺母，用于固定分体式卡箍法兰端盖17 的安装位置。注意在装配时，在第一法兰13和分体式卡箍法兰14之间垫上耐高温密封橡胶垫片，用于防止气体泄漏，保持装置整体的气密性。此处分体式卡箍法兰端盖17可先不安装，待安装热电偶时再进行安装。

之后，安装内套管3，内套管3的外径小于外套管10的内径，以在内外套管之间留出供气体流动的通道。内套管3由普通钢材制作即可，整体为一通管，入口端3a加工外螺纹，出口端3b不作任何加工，完全敞开。将内套管3由外套管入口端10a插入，如图2所示，内套管3的插入深度大致处在其出口端3b与第一法兰13位置对齐处。位置确定后，为保证内套管3与外套管10同心安装，用焊条在内套管3外壁和外套管10内壁之间进行三点固定。固定好之后，采用焊接方法封闭外套管入口端10a与内套管3外侧表面之间的间隙。

之后，如图1，在靠近外套管入口端10a一侧的外壁侧面开孔，孔径大小和外套管10内径相等，开孔完成后，在孔上焊接已加热气体出口5，在已加热气体出口5上切削螺纹，用于安装阀门，阀门上同样切削螺纹，用于安装已加热气体出口管6，已加热气体出口管6 采用耐高温合金钢制作。

之后，如图1，在靠近内套管入口端3a一侧的外壁侧面开孔，孔径大小和冷却气体入口管道内径相等，开孔完成后，在孔上焊接冷却气体入口4，在冷却气体入口4上切削螺纹，用于安装阀门，阀门上同样切削螺纹，用于安装冷却气体入口管道。此处需要说明的是，现场实例中，冷却气体入口管道设计采用的是垃圾焚烧电厂的压缩空气柜专用管，因此不再自行准备管道，只需在制作装置时按电厂所用的压缩气体标准管径制作冷却气体入口阀即可。

最后，安装热电偶2，热电偶2采用K型热电偶，安装前要确保热电偶2的长度要足够长，即至少要长于内套管入口端3a到装置顶部端盖之间的距离。热电偶2的安装方法：由内套管入口端3a插入，前端测量端顶入分体式卡箍法兰端盖17中心预留的顶盖凹槽18 中(如图2所示)，然后安装好分体式卡箍法兰端盖17，上好定位螺栓15的螺母，收紧分体式卡箍法兰端盖17的卡箍螺栓。热电偶2的安装位置则由此确定。之后，采用小型卡箍套在热电偶2的测量延伸杆上，然后将卡箍套嵌入内套管入口端3a预加工好的凹槽中，将卡箍套锁紧，然后盖上螺栓帽，即可完成热电偶2的安装。至此则完成了探针装置的制作。

使用时，在锅炉适当部位墙壁开孔，孔径大小要确保能伸入所述探针装置为准，即至少大于顶部试件部分的总体直径。开孔后，安装炉墙外表面法兰8；连接好冷却气体入口和压缩空气源，暂不通入压缩空气；将探针装置由该开口处通过炉墙伸入炉内并与烟道气流呈90°安装，使试件所处的位置完全暴露在炉内烟气冲刷下。探针装置插入后，由于顶部试件部分总体直径大于外套管本体直径，因此需要在炉墙与探针之间加入填充物进行固定，如图一所示，加入防火棉12，并不需要完全充满空间，只需在装置下方填充起到支撑作用即可，以防止装置头部因重力作用而下垂。锁紧套在外套管10上的外套管法兰7，将其与炉墙外表面法兰8进行装配固定；连接好热电偶显示仪表1与热电偶2的数据线，观察当前测得的试件温度；然后完全打开已加热气体出口5管道阀门，以及将冷却气体入口4阀门开度调到最大；通入压缩空气后，冷却气体从冷却气体入口4进入内套管，至内套管出口端后进入外套管的内管壁和内套管的外管壁之间的供气体流通的密封通道，然后从外套管上的已加热气体出口排出，试件的温度开始降低，调小冷却气体入口阀门开度，使试件温度升高至试验所需温度后开始试验。一段时间后，达到试验要求所需时间，拆下外套管法兰7，将所述探针装置从炉墙内取出，完成试验，在不直接接触试件表面的条件下拆下试件，避免了拆取试件时对易碎腐蚀层的破坏，当需要进行下一次实验时，只需更换试件即可。

Claims (6)

1.一种测试锅炉受热面金属材料耐高温腐蚀性能的探针装置，其特征在于，包括外套管、与外套管同轴安装的内套管、装配在外套管出口端的管状试件、用于固定管状试件的顶部端盖、从内套管内穿过的热电偶、以及气路通道；所述外套管的内管壁与内套管的外管壁之间留有间隙；

内套管出口端与外套管出口端同端，位于外套管的内部；内套管入口端与外套管入口端同端，位于外套管外部；所述内套管入口端设有凹槽，用于安装热电偶；内套管上设有带开闭阀门的冷却气体入口；

所述外套管入口端与内套管的外管壁之间密封，使得所述外套管的内管壁和所述内套管的外管壁之间形成供气体流通的密封通道；外套管上设有带开闭阀门的已加热气体出口；

所述热电偶与热电偶显示仪连接，采用卡箍方式嵌套固定在内套管入口端凹槽处，热电偶的测温端穿过管状试件，与顶部端盖抵接。

2.根据权利要求1所述的一种测试锅炉受热面金属材料耐高温腐蚀性能的探针装置，其特征在于，所述顶部端盖与管状试件的接触面设有橡胶垫片。

3.根据权利要求1所述的一种测试锅炉受热面金属材料耐高温腐蚀性能的探针装置，其特征在于，所述的管状试件与外套管出口端的连接方式为法兰连接，外套管出口端焊接第一法兰，所述第一法兰与固定管状试件的顶部端盖螺栓连接。

4.根据权利要求3所述的一种测试锅炉受热面金属材料耐高温腐蚀性能的探针装置，其特征在于，所述顶部端盖包括分体式卡箍法兰和分体式卡箍法兰端盖；管状试件安装在分体式卡箍法兰和分体式卡箍法兰端盖之间，与外套管同轴；所述第一法兰、分体式卡箍法兰和分体式卡箍法兰端盖通过定位螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的一种测试锅炉受热面金属材料耐高温腐蚀性能的探针装置，其特征在于，所述气路通道包括冷却气体入口管道和已加热气体出口管道；冷却气体入口管道一端与内套管上的冷却气体入口相连接，另一端与压缩空气源相连接；所述已加热气体出口管道一端与外套管上的已加热气体出口相连接，另一端为自由端。

6.根据权利要求1所述的一种测试锅炉受热面金属材料耐高温腐蚀性能的探针装置，其特征在于，还包括炉墙外表面法兰和固定在外套管外管壁上的外套管法兰，所述外套管法兰通过炉墙外表面法兰与炉墙固定。

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