[发明专利]一种基于电化学测量技术的腐蚀在线监测传感器

说明书

本发明公开了一种基于电化学测量技术的腐蚀在线监测传感器，包括工作电极、参比电极、对电极、热电偶、空心腔体、密封法兰、密封陶瓷和耐高温导线；该空心腔体的两端开口，一端通过密封法兰连接在锅炉墙内，工作电极、参比电极和对电极均设置在空心腔体内并通过密封陶瓷固定，另一端通过密封法兰伸出至锅炉墙外，进气口、出气口通过密封法兰伸出至锅炉墙外；两个待测试片分别固定到工作电极内，并通过耐高温导线引出至锅炉墙外；热电偶的测试端安装于密封陶瓷，热电偶的另一端通过密封法兰密封固定并伸出至锅炉墙外。本发明解决了无法连续监测锅炉管的腐蚀问题，可为锅炉燃烧优化及受热面服役性能评价提供依据。

技术领域

本发明属于锅炉燃烧诊断领域，与锅炉安全运行密切相关，具体涉及一种基于电化学测量技术的腐蚀在线监测传感器，用于实现锅炉运行过程中受热面烟气侧腐蚀在线监测的目的。

背景技术

在锅炉事故中，受热面管的泄漏损坏事故最为严重和常见，占到锅炉事故的70％以上。锅炉受热面的服役条件较为苛刻。一方面，由于靠近火焰中心管壁温度较高；另一方面，天然气、煤粉、垃圾等物质燃烧后会释放出大量硫化物、氯化物等腐蚀性气体。受热面管道在长期在这种环境下工作极易发生高温腐蚀。

金属的高温腐蚀一般是指金属材料在高温环境下与沉积在其表面的盐发生氧化反应或硫化反应而形成的高温腐蚀状态。腐蚀层的成分往往十分复杂，具有多个层次，包括以多种硫酸盐、硅酸盐为主的焦渣，燃料燃烧后的飞灰，以及相对致密的氧化物，腐蚀后的管壁外层非常疏松，很难起到保护作用。在不同的工业服役环境，关键部件发生高温腐蚀反应的严重程度也不尽相同，所用燃料的类别、纯度以及燃烧时空气的质量对其影响非常大。金属材料发生高温腐蚀时，氧化和硫化反应剧烈，部件腐蚀程度随着服役时间的增加急剧增加，极易造成由腐蚀引发的失效问题。因此，需要对锅炉腐蚀情况进行监测。

目前，锅炉腐蚀普遍采用通过定期割管和无损检测技术进行监测，割管后利用金相或者电镜技术判断腐蚀减薄量，该方法需要对锅炉进行切割取样，实验及换装费用较高；无损检测技术包含超声波检测、磁粉检测、涡流检测等方法。然而，超声波检测方法由于测量前需做管外壁除垢、涂抹耦合剂等准备工序，速度慢、检测效率低；磁粉检测只能用来检测外表面缺陷，无法检测管内壁腐蚀缺陷；涡流检测只适用于检测表面缺陷,检测速度慢。这些方法均存在一个问题：无法对腐蚀情况进行实时连续监测。现有可实现高温腐蚀在线监测的装置主要通过实时测量烟气中CO、O₂、H₂S、SO₂等气体浓度来实现炉膛高温腐蚀速率在线监测。例如专利CN200810195414.9《锅炉水冷壁高温腐蚀监测系统》中提及了一种包括采样系统与采样控制与处理系统的腐蚀监测系统，系统通过采样探管采集烟气后经过陶瓷过滤器过滤灰分随后经过加热冷凝得到脱水的烟气样气，最终通过对样气气体成分的分析建立数学模型，对腐蚀情况进行预测；专利CN201720461005.3《电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统》通过安装在待测环境中的取样单元抽取服役环境中的粉尘与还原性气氛的混合物，同时利用安装在取样探头尾部的三通球阀反吹取样探头防止探头堵塞，冷却单元将还原性气氛中的水蒸气凝并去除，通过加装的二级微粒过滤器对细小颗粒进行去除，随后通过气氛分析单元分析气氛，最终利用数学模型预测腐蚀程度。但是，这些连续监测的技术都是通过间接途径(腐蚀气氛浓度)反映腐蚀减薄量，考虑到受热面材质的不同，无法给出具体材质锅炉管的腐蚀减薄。目前，电化学腐蚀监测系统主要用于含有液态水的高温高压水环境，例如专利CN202020828076.4《一种热网循环水碳钢管道腐蚀速率在线测量装置》提及的腐蚀在线监测装置，可通过安装在热网循环水中的探头，采用线性极化法测量瞬时腐蚀速率。然而，此类装置无法应用于不含液态水且温度较高的锅炉环境。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于，针对电厂锅炉受热面高温腐蚀问题，提供了一种基于电化学测量技术的腐蚀在线监测传感器，以解决无法连续监测锅炉管的腐蚀问题，可为锅炉燃烧优化及受热面服役性能评价提供依据。

本发明采用如下技术方案来实现的：