[实用新型]一种监测发电机组高温氧化皮情况的装置

说明书

技术领域

本实用新型是关于一种监测发电机组高温氧化皮情况的装置。

背景技术

随着蒸汽温度和压力的提高，锅炉的效率在大幅度提高，供电煤耗下降，但提高蒸汽参数的同时也遇到了一些技术难题，主要是金属材料在高温、高压下的性能问题，尤其是材料的抗高温腐蚀和高温蒸汽氧化能力。在高温蒸汽的作用下，金属壁面的氧化不可避免，从而在金属表面生成一层氧化皮。这些腐蚀和氧化产物会污染水汽品质，进入凝结水系统，成为热力设备易结垢部位的沉积物，此外，氧化皮快速增长后的剥落会造成堵管或引起超温爆管泄漏事故，同时可能引发对汽轮机入口通流部分的固体颗粒侵蚀及损害汽轮机叶片。

对热力系统腐蚀与氧化过程进行在线监测，了解和掌握金属材料高温腐蚀与氧化的规律，运用这方面的知识以减少或抑制高温腐蚀与氧化反应，并对相关技术参数进行优化，对机组的安全稳定运行具有较大的指导意义。

超声波检测法是目前测量锅炉管道内氧化皮厚度的常用方法。其原理是根据超声波脉冲反射原理来进行厚度测量的，当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时，脉冲被反射回探头通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度，该方法常用用于评估锅炉管材的使用寿命。然而，超声波检测法测量的精度较低，对小于0.2mm的厚度通常不能精确测量。对于超临界及以上参数的机组而言，其过热器、再热器通常采用的高铬含量不锈钢材料，氧化皮增长的速率较低，其运行中生成的厚度通常小于0.2mm，若采用超声波检测氧化皮生成厚度，通常带来较大误差。

磁场检测法是目前检测机组过热器、再热器氧化皮有无剥离的最普遍方法，其原理是利用自身携带的永磁体，在锅炉高温管道上产生一个纵向磁场。若管内有氧化皮，因其表现为顺磁性，则磁力线发生变形，周围磁场强度发生相应改变。研究氧化皮与磁场强度的耦合关系，可以表征管内氧化皮的状况。然而，磁场检测法也有其局限性。其一是只能用于奥氏体不锈钢管材为原料生成的氧化皮检测，对于其他非奥氏体管材的灵敏度低。二是只能待机组停机冷却后，再对被检测管样进行逐根管检测，不能够实现在机组运行中对氧化皮的增长速率进行实时监测。

现有技术文献“蒸汽对钢表面的氧化机理探讨及溶解氢监测技术的应用”（刘智龙，哈希公司，北京）公开了一种溶解氢监测技术，其中阐述了采用电化学法监测溶解氢的思路，在汽水循环系统中的四个点（过热器出口、锅炉出口、再热器1、再热器2）监测氢含量，并分析了测量准确性的影响因素。该现有技术还公开了氢浓度变化的测量与金属腐蚀率有关，测量蒸汽和给水中的氢浓度能够用于反映炉前和锅炉系统中的腐蚀活性。该文献主要对蒸汽中溶解氢的测量意义、原理及方法进行了论述，并没有一套完整的金属腐蚀氧化监测系统，并且，仅仅得到溶解氢含量并不能准确地揭示金属的腐蚀与氧化状态，因此该文献公开的技术在实际中很少有应用。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种改进的监测发电机组高温氧化皮情况的装置，对运行机组蒸汽系统中的溶解氢含量机组参数（特别是机组负荷）、水工况（特别是溶解氧）等参数进行实时在线监测，根据监测结果，建立起机组各项操作所带来的溶解氢的变化关系，实时对机组发生的腐蚀及氧化情况进行跟踪监测；并进一步根据腐蚀氧化监测系统的数据分析，对机组启停过程中的操作、机组运行工况进行优化调整，最大限度降低机组的腐蚀与氧化。

为达上述目的，本案分析研究了发电机组热力系统氧化机理，机组在运行过程中，金属壁面与高温水蒸汽中时刻伴随着极微量腐蚀的发生，并产生极微量的溶解氢。通过对系统特定部位溶解氢的监测，结合对机组参数（特别是机组负荷）的监测、水工况（特别是溶解氧）的监测，将机组汽水系统中溶解氢含量、机组负荷、溶解氧等参数进行数据集成，可以有效地判定金属壁面形成的氧化膜是否完整，进而提醒专业人员对热力系统腐蚀很快做出正确的评估，找出腐蚀原因所在。

关于不锈钢水蒸气腐蚀与氧化的机理，Schikorr提出，在温度大于450℃下的水蒸气中，铁与水蒸气反应生成四氧化三铁并放出氢气，如下式所示：

3Fe＋4H₂O＝Fe₃O₄＋4H₂↑

与铁发生氧化的氧来源于H₂O，H₂O与O₂和H₂存在着如下平衡关系：

H₂O=H₂+1/2O₂