专利名称：奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法
技术领域：
本发明涉及电站锅炉炉管状态评估技术领域，且特别涉及一种适用于电站锅炉高温受热面奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法。
背景技术：
目前超(超)临界机组高温受热面普遍采用奥氏体钢，该种材质因高温蒸汽氧化皮剥落导致的堵管、爆管故障时有发生，成为目前威胁超(超)临界机组的安全、稳定运行的重要因素之一。锅炉受热面水汽界面实际是一个铁/水(汽)/02等的反应界面，并迅速形成一个具有保护性的氧化膜(皮)。氧化膜的结构特点，与材质、反应温度、水汽特点密切相关。图Ia和图Ib所示为典型氧化膜的端面特性，尽管在结构上存在一些差异，但都可 以区分为两层结构，即外延层和内生层。图Ia所示为现有钢材表面10的致密Fe3O4层30和初始钢材表面20的多孔疏松Fe3O4层40 ;图Ib所示为内层和外层结构，其中内层包括Fe304+FeCr204层200，外层包括Fe3O4层300和Fe2O3层400，内层和外层之间包括原始表面100分开。图2a 图2d是不同温度区间受热面氧化膜的基本结构示意图，不同温度区间受热面氧化膜的基本结构特性，温度愈高，氧化膜表面晶粒越致密，表面越光滑。目前评价电站锅炉“四管”(省煤器、水冷壁、过热器、再热器)清洁程度的主要方法是利用检修进行割管检查，主要是进行垢量和垢样成分测试。对管样进行酸洗处理获取垢量和垢样，并对垢量和表面腐蚀状况进行定性分类，通过酸洗前后管样重量差得到垢量。传统的垢量及成分分析方法只能评价炉管垢量的多少，无法进行炉管沉积物的状态监测；对于评价高温蒸汽氧化皮来说，其局限性在于无法表征高温蒸汽氧化皮的生长状态及剥落趋势，不能为锅炉检修和运行操作提供依据，往往使高温蒸汽氧化皮的剥落成为被动事故，导致机组运行的安全性和经济性大大降低。而本发明提出的一种炉管高温蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，是一种新的炉管状态监测模式，使隐患的发现与治理大大提早，可提高超(超)临界机组的监控水平。掌握奥氏体钢的高温蒸汽氧化皮的生长剥落规律，开发高温炉管蒸汽氧化皮的生长状态评估技术，对于高温炉管蒸汽氧化皮的防控及治理尤为重要。
发明内容
本发明提出一种适用于电站锅炉高温受热面奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，对电站锅炉高温炉管蒸汽氧化皮的生长状态进行评估，进而对高温炉管蒸汽氧化皮的剥离风险进行分析，为锅炉运行及检修提供依据，提高锅炉运行的安全性及经济性。为了达到上述目的，本发明提出一种奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，适用于电站锅炉高温受热面，包括下列步骤建立奥氏体钢高温蒸汽氧化皮的生长模型；收集管样蒸汽氧化皮所处介质、温度条件；
对机组检修割管管样进行端面微区分析；将微区分析转化为多个定性定量指标；对奥氏体钢炉管管样蒸汽氧化皮生长状态及剥落趋势进行评价，并提出运行及检修中的建议。进一步的，所述奥氏体钢高温蒸汽氧化皮的生长模型将锅炉高温受热面奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态分为四个阶段1)氧化皮的增厚；2)氧化皮中间产生空洞；3)中间空洞贯穿导致分层；4)氧化皮内外层之间发生剥离。进一步的，所述对机组检修割管管样进行分析采用场发射扫描电子显微镜进行微区高分辨二维形貌观察及线度精确测量，并且使用X射线能谱仪对局部区域进行微区组分分析。
进一步的，当氧化皮整层厚度为30 50 ii m,氧化皮外层厚度为15 25 y m,氧化皮内层厚度为15 25 ym，同时氧化皮分层结构未出现明显分层时，判断氧化皮状态良好，设备运行中注意控制超温。进一步的，当氧化皮整层厚度为50 70 ii m,氧化皮外层厚度为25 35 y m,氧化皮内层厚度为25 35pm，同时氧化皮分层结构出现大量空洞时，判断氧化皮有剥落趋势，设备运行中避免负荷大幅波动，严格控制启停机操作，检修中加强检查。
进一步的，当氧化皮整层厚度为70 100 u m,氧化皮外层厚度为30 50 y m，氧 化皮内层厚度为30 50i!m，同时氧化皮分层结构出现空洞贯穿时，判断氧化皮即将剥落，建议检修中加强检查清理，主动扰动使其剥落，并在检修中清理。进一步的，所述对机组检修割管管样进行端面微区分析包括进行厚度、分层结构、孔洞率、元素分布的微区分析。本发明提出的适用于电站锅炉高温受热面奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，能够对电站锅炉高温炉管蒸汽氧化皮的生长状态进行评估，进而对高温炉管蒸汽氧化皮的剥离风险进行分析，为锅炉运行及检修提供依据，提高锅炉运行的安全性及经济性。
图Ia和图Ib所示为典型氧化膜的端面特性示意图。图2a 图2d是不同温度区间受热面氧化膜的基本结构示意图。图3所示为本发明较佳实施例的奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法流程图。图4a 图4d所示为奥氏体钢蒸汽氧化皮的生长过程示意图。
具体实施例方式为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。请参考图3，图3所示为本发明较佳实施例的奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法流程图。本发明提出一种奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，适用于电站锅炉高温受热面，包括下列步骤SI :建立奥氏体钢高温蒸汽氧化皮的生长模型；
S2 :收集管样蒸汽氧化皮所处介质、温度条件；S3 :对机组检修割管管样进行端面微区分析(包括厚度、分层结构、孔洞率、元素分布等)；S4 :将微区分析转化为多个定性定量指标；S5:对奥氏体钢炉管管样蒸汽氧化皮生长状态及剥落趋势进行评价，并提出运行及检修中的建议。根据本发明较佳实施例，所述奥氏体钢高温蒸汽氧化皮的生长模型将锅炉高温受热面奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态分为四个阶段1)氧化皮的增厚；2)氧化皮中间产生空洞；3)中间空洞贯穿导致分层；4)氧化皮内外层之间发生剥离。请参考图4，图4a 图4d所示为奥氏体钢蒸汽氧化皮的生长过程示意图。进一步的，所述对机组检修割管管样进行分析采用场发射扫描电子显微镜进行微区高分辨二维形貌观察及线度精确测量，并且使用X射线能谱仪对局部区域进行微区组分 分析。根据本发明较佳实施例，对机组检修割管管样进行分析，是利用Philips的场发射扫描电子显微镜XL30FEG(分辨率2. Onm)可实现微区高分辨二维形貌观察及线度精确测量，并使用EDX(X射线能谱仪)可对感兴趣的区域进行微区组分分析，并定量和定性填写表单记录。进一步的，当氧化皮整层厚度为30 50 ii m,氧化皮外层厚度为15 25 y m,氧化皮内层厚度为15 25 ym，同时氧化皮分层结构未出现明显分层时，判断氧化皮状态良好，设备运行中注意控制超温。当氧化皮整层厚度为50 70 ii m,氧化皮外层厚度为25 35 y m,氧化皮内层厚度为25 35pm，同时氧化皮分层结构出现大量空洞时，判断氧化皮有剥落趋势，设备运行中避免负荷大幅波动，严格控制启停机操作，检修中加强检查。当氧化皮整层厚度为70 100 U m,氧化皮外层厚度为30 50 y m,氧化皮内层厚度为30 50i!m，同时氧化皮分层结构出现空洞贯穿时，判断氧化皮即将剥落，建议检修中加强检查清理，主动扰动使其剥落，并在检修中清理。本发明提出的适用于电站锅炉高温受热面奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，能够对电站锅炉高温炉管蒸汽氧化皮的生长状态进行评估，进而对高温炉管蒸汽氧化皮的剥离风险进行分析，为锅炉运行及检修提供依据，提高锅炉运行的安全性及经济性。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，适用于电站锅炉高温受热面，其特征在于，包括下列步骤 建立奥氏体钢高温蒸汽氧化皮的生长模型； 收集管样蒸汽氧化皮所处介质、温度条件； 对机组检修割管管样进行端面微区分析； 将微区分析转化为多个定性定量指标； 对奥氏体钢炉管管样蒸汽氧化皮生长状态及剥落趋势进行评价，并提出运行及检修中的建议。
2.根据权利要求I所述的奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，其特征在于，所述奥氏体钢高温蒸汽氧化皮的生长模型将锅炉高温受热面奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态分为四个阶段1)氧化皮的增厚；2)氧化皮中间产生空洞；3)中间空洞贯穿导致分层；4)氧化皮内外层之间发生剥离。
3.根据权利要求I所述的奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，其特征在于，所述对机组检修割管管样进行分析采用场发射扫描电子显微镜进行微区高分辨二维形貌观察及线度精确测量，并且使用X射线能谱仪对局部区域进行微区组分分析。
4.根据权利要求I所述的奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，其特征在于，当氧化皮整层厚度为30 50 iim，氧化皮外层厚度为15 25 iim，氧化皮内层厚度为15 25 y m，同时氧化皮分层结构未出现明显分层时，判断氧化皮状态良好，设备运行中注意控制超温。
5.根据权利要求I所述的奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，其特征在于，当氧化皮整层厚度为50 70 m,氧化皮外层厚度为25 35 m,氧化皮内层厚度为25 35 y m，同时氧化皮分层结构出现大量空洞时，判断氧化皮有剥落趋势，设备运行中避免负荷大幅波动，严格控制启停机操作，检修中加强检查。
6.根据权利要求I所述的奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，其特征在于，当氧化皮整层厚度为70 100 u m,氧化皮外层厚度为30 50 m,氧化皮内层厚度为30 50 y m，同时氧化皮分层结构出现空洞贯穿时，判断氧化皮即将剥落，建议检修中加强检查清理，主动扰动使其剥落，并在检修中清理。
7.根据权利要求I所述的奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，其特征在于，所述对机组检修割管管样进行端面微区分析包括进行厚度、分层结构、孔洞率、元素分布的微区分析。
全文摘要
本发明提出一种奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，适用于电站锅炉高温受热面，包括下列步骤建立奥氏体钢高温蒸汽氧化皮的生长模型；收集管样蒸汽氧化皮所处介质、温度条件；机组检修割管管样进行端面微区分析(厚度、分层结构、孔洞率、元素分布等)；对微区分析转化为多个定性定量指标；对奥氏体钢炉管管样蒸汽氧化皮生长状态及剥落趋势进行评价；提出运行及检修中的建议。本发明提出的适用于电站锅炉高温受热面奥氏体钢蒸汽氧化皮生长状态的评估方法，对电站锅炉高温炉管蒸汽氧化皮的生长状态进行评估，进而对高温炉管蒸汽氧化皮的剥离风险进行分析，为锅炉运行及检修提供依据，提高锅炉运行的安全性及经济性。
文档编号G01B11/00GK102749038SQ20111010017
公开日2012年10月24日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者徐岚, 於坚忠, 游喆, 王安宁, 祝青, 黄兴德, 龚秋霖 申请人:上海明华电力技术工程有限公司, 华东电力试验研究院有限公司
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