[发明专利]一种耐热钢材料腐蚀层评价方法、系统及设备

说明书

本发明公开一种耐热钢材料腐蚀层评价方法、系统及设备，涉及耐热钢材料腐蚀层评价领域。该方法包括基于动态超临界CO₂腐蚀实验平台，利用不同试验参数对超临界CO₂环境下的耐热钢材料进行腐蚀正交试验，确定所述耐热钢材料的腐蚀层表征；分析所述腐蚀层表征，确定腐蚀层的腐蚀状态；利用超临界测量CO₂腐蚀系统对所述超临界CO₂环境下的耐热钢材料进行测量，确定腐蚀层厚度以及当量温度；根据所述腐蚀层厚度以及所述当量温度确定所述耐热钢材料的剩余寿命；根据所述腐蚀状态以及所述剩余寿命确定所述腐蚀层的当前等级。本发明能够确定超临界CO₂环境下耐热钢材料腐蚀层的当前等级，填补行业空白，提高了耐热钢材料的产品性能。

技术领域

本发明涉及耐热钢材料腐蚀层评价领域，特别是涉及一种耐热钢材料腐蚀层评价方法、系统及设备。

背景技术

未来电力系统将从化石能源主导进入可再生能源与化石能源共存的多源化模式。因此，新型高效灵活火力发电技术是今后重要的技术研究/产业引导方向。超临界CO₂循环系统发电效率可比同参数蒸汽循环提高3％～5％，可实现热电完全解耦，且系统结构简单紧凑，灵活性更强，能满足与间歇性可再生能源配合发电的调峰需求。该技术正被以美国为首的多个国家进行研发，以提高国家未来能源工业竞争力。

超临界CO₂循环发电系统具有如下优点：(1)系统更高效。采用布雷顿循环体系，超临界CO₂布雷顿循环系统在工质温度620℃时，能达到蒸汽朗肯循环700℃的机组效率。在30MPa、700℃的工质参数下，超临界CO₂布雷顿循环系统效率要高5％；(2)系统更紧凑。超临界CO₂循环系统工质的临界点温度比较低，可以直接作为单相介质在系统循环，由于工质密度高，功率密度大，系统紧凑；(3)系统更灵活。采用单相循环，更灵活，具有更好的快速深度调峰能力。单相循环负荷变化时，工质物理特性变化相对较小，对设备的影响较小，系统具有更高的快速负荷调节能力；(4)工质腐蚀性低，系统更安全高效。超临界CO₂流体性质不活泼、腐蚀性低。超临界CO₂环境下，镍基合金应力腐蚀敏感性弱一些，在实现700℃机组方面比以水为介质的锅炉更具有优势，可能率先取得突破，更有望实现该参数。

由于工质与传统蒸汽锅炉差异巨大，超临界CO₂会形成单质碳向材料内部扩散并与抗腐蚀性能元素铬结合形成碳化层。腐蚀—碳化耦合作用不仅会抑制富铬氧化物的形成，降低材料抗腐蚀性能；还会削弱耐热钢基体与腐蚀层之间的结合力，使腐蚀层易于剥落，进一步加速材料腐蚀；同时也可能降低材料冲击韧性和高温蠕变强度，增加其应力腐蚀开裂敏感性。因此，探明碳化层中碳化物含量、结构、分布特征及其对腐蚀层结合力的影响规律是亟待解决的关键科学问题之一。通过研究超临界CO₂环境下典型耐热钢材料的腐蚀—碳化耦合作用过程，揭示腐蚀层的形成、生长和剥落机制，建立超临界CO₂环境下耐热钢材料腐蚀层综合评价方法，具有重要的科学意义和工程应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐热钢材料腐蚀层评价方法、系统及设备，以确定超临界CO₂环境下耐热钢材料腐蚀层的当前等级。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种耐热钢材料腐蚀层评价方法，包括：

基于动态超临界CO₂腐蚀实验平台，利用不同试验参数对超临界CO₂环境下的耐热钢材料进行腐蚀正交试验，确定所述耐热钢材料的腐蚀层表征；所述腐蚀表征包括腐蚀增重、表面形貌、截面形貌、表面粗糙度、腐蚀产物相结构、碳元素含量以及碳元素沿腐蚀层厚度方向分布；所述试验参数包括温度、压力和时间；

分析所述腐蚀层表征，确定腐蚀层的腐蚀状态；所述腐蚀状态包括腐蚀层生长速率、腐蚀形貌特征、腐蚀演变机制以及抗脱落性能；