专利名称：腐蚀检测探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于腐蚀检测探测器的探头/探针以及具有这种探头的腐蚀检测探测器。
背景技术：
由US 3，486，996-B已知一种腐蚀检测探测器，该腐蚀检测探测器用于检测金属构件的腐蚀率，该金属构件在高温下(即在T> 100°C时)受腐蚀性电解液的作用。腐蚀率的检测通过利用一长形的所述类型腐蚀检测探测器进行极化测量来实现，该腐蚀检测探测器包括三个彼此分开的、由金属材料制成的测量电极，即一工作电极、一对电极 (Gegenelektrode)和一参考电极/基准电极。通过由分层酚树脂(Phenolharz)制成的绝缘圈使测量电极相互电绝缘。为此，绝缘圈和测量电极彼此通过螺纹连接。测量电极通过在柱形腐蚀检测探测器内部延伸的导电体连接到一稳压器/恒电势器上。利用这种由现有技术已知的腐蚀检测探测器可以例如检测管线、管件或容器的腐蚀率，该通路、管件或容器被腐蚀性流体围绕流过或穿流过。为此，如此选择测量电极的材料，使得测量电极与该通路、管件或容器的材料一致，从而能由利用腐蚀检测探测器检测的腐蚀率直接推断出该通路、管件或容器的腐蚀率。这种腐蚀检测探测器的一个可能应用领域是检测大型燃烧设备(生物质(燃料)设备，MVA，燃煤发电站等)的金属换热器的腐蚀率，其中形成的排气的高腐蚀性会对金属换热器管造成很大的材料损害，通过该金属换热管从排气取走热量以产生(过热的)水蒸气。特别是在容箱/锅炉的壁部和过热器管的区域中的腐蚀在大型燃烧设备中形成显著的成本因素。通过降低腐蚀，一方面能降低燃烧设备的维修和保养费用，另一方面能缩短设备在检修期间的停机状态。出于这种原因，已有人力图弄清楚在这种燃烧设备中的腐蚀过程的原因并且与对腐蚀率的现场检测相接合地提出对燃烧设备的适合控制以及用于降低腐蚀率的措施。为了现场检测在燃烧设备中的腐蚀率，将腐蚀检测探测器插入容箱并与一稳压器电连接。在燃烧设备进行工作时，腐蚀检测探测器被容箱中的腐蚀性气体围绕流过。由此， 可通过电化学测量检测出在容箱或过热器管内的腐蚀率。电化学测量方法基于对电学 特征的测量、即对在表征腐蚀过程的反应期间在材料与腐蚀性介质之间的电荷转移进行测量， 所述材料是需对其腐蚀率进行确定的材料，所述腐蚀性介质是流过容箱或者过热器管的腐蚀性介质。由现有技术已知多种不同的测量原理。可用于操控腐蚀检测探测器的最简单的测量方法是对静态的或近似静态的极化电导率(Polarisationsleitwert)进行测量。在此，记录在无电流测量时的孤立的腐蚀电势(Korrosionspotential)，并且随着给定的电压随时间变化记录电流电压特征曲线。优选地，这在三电极线路中实现，该三电极线路由 US3，486，996-B的腐蚀检测探测器已知。在此，相对于独立的(无电流的)参考电极调节所施加的电压(过压/超压)，并测量在工作电极和对电极之间流动的电流。通过简单的数学关系可以从该特征曲线的斜率求得腐蚀电流或者与其成比例的测量量。这种测量原理由现有技术已知。
在已知的腐蚀检测探测器应用于现场检测在燃烧设备的线路和容器中的腐蚀率时已证明，腐蚀检测探测器并没有被充分密封到防止来自燃烧过程的高腐蚀性排气进入腐蚀检测探测器内的程度。然而，由于高腐蚀性排气进入探测器内，特别是由于在探测器内延伸的电导体的电触点的恶化，可能会损害探测器的功能
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于腐蚀检测探测器的探头，所述探头具有防止腐蚀性气体进入探测器内部的较高密封性、进而具有较长的使用寿命。特别是还希望在强烈或快速的温度波动的影响下，例如在检测探测器工作的设备突然停机或被清洁时，也确保腐蚀检测探测器的探头的密封性。此外，希望提出一种腐蚀检测探测器，该腐蚀检测探测器可在400°C以上的极高测量温度下使用、可复现并且提供与在工作中包围检测探测器的材料的腐蚀电势相应的测量值。所述目的通过具有权利要求1的特征的探头以及具有权利要求20的特征的腐蚀检测探测器来实现。根据本发明的探头和根据本发明的腐蚀检测探测器的优选设计方案在从属权利要求中给出。
下面借助实施例参照附图详细阐述本发明。附图示出了图1 根据本发明的腐蚀检测探测器的透视图；图2 图1中的腐蚀检测探测器的探头的详细视图；图3 图1中的腐蚀检测探测器的分解图；图4 探头的一可选实施例的分解图；图5 :图2中的探头的端板的详细视具体实施例方式下面，借助用于对在燃烧设备的过热器管中的腐蚀率进行现场检测的腐蚀检测探测器的一实施例来阐述根据本发明的腐蚀检测探测器。为此，在燃烧设备连续工作时，将下文描述的探测器与被腐蚀性排气流过的过热器管并行地插入并将该探测器与用于实施电化学测量的腐蚀测量仪电连接。但根据本发明的腐蚀检测探测器也可以用于其它的、对受腐蚀性介质作用的金属部件的腐蚀率进行检测的应用中。在图1中示出的腐蚀检测探测器包括一支撑管/承载管15和一设置在该支撑管上的探头16。探头16以可取下的方式固定在支撑管15上。在根据本发明的腐蚀检测探测器的在此示意性示出的实施例中，探头16与支撑管15螺纹连接。其它的可能固定方案，例如搭扣连接、夹紧连接或卡口连接，同样是可行的。由分解图3可见，支撑管15包括套管21、下部连接件20、上部连接件22、中间件 23、具有压紧螺栓25的挤压式螺纹连接件24、三个保持杆26和一具有固定柱体28的保持板27。套管21在分解图3中由于清楚的原因以缩短的方式示出。支撑管15的长度约为 2m。套管21与上部连接件20和下部连接件22相焊接。保持杆26通过固定柱体28固定在保持板27上，并通过挤压式螺纹连接件24，25固定在中间件23上。
在支撑管15中设有一带有组合的空冷单元和水冷单元的冷却装置。通过该冷却装置来冷却支撑管15和探头16。当在燃烧设备的约900°C的热排气中进行测量期间通过冷却装置使探头16保持在恒定的测量温度，其中该测量温度与将被测量腐蚀率的管壁或容器壁的测量温度相当。对于根据本发明的腐蚀检测探测器用在燃烧设备中的规定使用目的，这(测量温度)是过热器管在工作时的温度，该过热器管一般处于约400°C。设置在支撑管15中的冷却装置包括一带冷却通路的水冷单元，该冷却通路设置在支撑管15中并且使支撑管15冷却到约50°C的温度。此外，在支撑管15中设有一冷却通路，通过该冷却通路将冷却流体、特别是空气引导至探头16。探头16仅通过该空气冷却单元被冷却至例如 400°C的测量温度，并且通过温度调节装置保持在恒定的测量温度。冷却通路的从外部到支撑管中的输入通路设置在中间件M中，该中间件M具有相应地用于冷却流体(冷却水和冷却空气)的连接部。冷却通路从套管21中引出。在图2和图4中详细示出的探头16带有测量电极。在此处示意性示出的实施例中，在探头16上总共设有四个测量电极，即工作电极11、对电极7、参考电极9以及标定电极5。电极5，7，9和11彼此间通过绝缘圈6，8和10分开并且彼此电绝缘。电极5，7和11 由与被腐蚀性流体流过的管件或容器壁相同的材料制成。参考电极9由一种惰性材料制成，该惰性材料不被腐蚀性流体侵蚀。在此处规定的应用于燃烧设备的应用实例中，电极5， 7和11与燃烧设备的过热器管的管壁相同地由钢15Mo3制成。根据本发明，绝缘圈6，8和10是Al2O3或Si3N4的陶瓷圈。使用Si3N4陶瓷圈的优点是，这种材料除了化学耐抗性和耐热性外还具有(例如与其它陶瓷例如Al2O3相比)较低的热膨胀系数。这显著地降低了在绝缘圈6，8和12与测量电极5，7，9之间的热作用力并且有助于改善探头16的密封性。此外，Si3N4还具有耐温度冲击性很高、电绝缘性很好以及拉、压强度高的特点。此外，由于Si3N4绝缘圈具有很高的耐温度冲击性，所以能够借助水洗器对正在使用腐蚀检测探测器的容箱进行清洁，而无需在清洁时取出探测器。Si3N4绝缘圈还能耐受强烈、快速的温度波动，例如当检测探测器在其中工作的燃烧设备突然停机时的温度波动。工作电极11、对电极7和参考电极9在由现有技术已知的三电极线路中通过导电体与腐蚀测量仪触点接通，该导电体在探头16和支撑管15的内部延伸。标定电极5用于检测绝对物质腐蚀率/质量腐蚀率。为此，在一般为几个月的较长测量周期之前和之后都检测标定电极5的质量。由标定电极的材料被腐蚀引起的质量差别可以确定绝对腐蚀率、 进而对电化学测量进行标定。此外，在图2中示出的探头16在其朝向支撑管15的后端部上可选地包括间隔件 2和转接件3，该间隔件2和转接件3皆由抗腐蚀的镍基合金(例如Iiiomel )或者由陶瓷、例如Al2O3或Si3N4制成。在转接件3与连接在其上的第一电极(标定电极幻之间设有另一绝缘圈4，该另一绝缘圈优选同样由Al2O3或特别优选由Si3N4制成。电极5，7，9和11 的顺序还可以设置成与在此示意性示出的实施例不同。在前端部上，探头16通过杯状、片状或帽状的罩盖14封闭。在罩盖14和连接在其上的最前面的电极(工作电极11)之间设有另一优选同样由Al2O3或特别优选由Si3N4制成的绝缘圈12，以便使测量电极11与罩盖 14电绝缘。在探头16的朝向支撑管15的后端部上，探头16通过端板1封闭。因此，空心柱形的探头16在其前端部上通过罩盖14在端侧封闭，而在其后端部上通过端板1在端侧封闭。在端板1中设有通孔18，19，空气冷却单元的冷却通路以及用于触点接通电极的导电体通过这些通孔从支撑管15内进入探头16中。为了使探头15具有为避免腐蚀性排气进入探头16内所需的、希望的密封性，在探头16中设有拉紧装置。该拉紧装置使电极5，7，9和11以及间隔件2、转接件3和绝缘圈 4，6，8，10和12处于拉紧力下，并且使它们在各自的端面上彼此紧密地压紧以使气体不能透过。在此示意性示出的实施例中，拉紧装置通过拉板、在前端部上的罩盖14和拉杆13形成，该拉板由在探头16的后端部上的端板1形成，该拉杆13在端板1和罩盖14之间被拉紧以产生拉紧力。拉杆13在其前端部上具有外螺纹。拉杆13还可以设计成螺纹杆。拉杆 13在其前端部上与在罩盖14的中央加工成盲孔的螺纹孔17螺纹连接。拉杆13在其后端部上穿过在端板1中的孔17'，并且通过螺母在上紧的情况下拧紧。拉杆13的尺寸确定成在尽可能固定地螺纹连接在端板1上的情况下对设置在其间的部件、即电极、绝缘圈、间隔件和(可能存在的)转接件作用足够高的拉紧力。拉杆13以大于10Nm、优选约50Nm的转矩被拧紧在罩盖14和端板1之间。所产生的拉紧力在1. 5-3. 3Gpa的范围内。在较高的拉紧力下存在损害电极或绝缘圈的危险。优选地，拉杆13的直径为至少6mm、优选8mm，以便能在拉杆13不断裂的情况下产生所需的拉紧力。在端侧，在拉杆中在其后端部上设有一螺纹孔，在该螺纹孔中旋入另一拉杆(在此未示出)。该另一拉杆比拉杆13更细并且在支撑管15内一直延伸到该支撑管15的端部。在那里，该另一拉杆通过固定螺母上紧。
然而，在比400°C高很多的非常高的测量温度下由于不同的热膨胀，电极和绝缘圈在探头16中的上紧经常不足以确保所需的密封性。电极相对于绝缘圈的不同热膨胀以及探头外侧相对于在探测器内沿中轴线延伸的拉杆13的不同热膨胀都会引起热应力和热机械应力。在探头内，在测量条件下存在与外周相比更低的温度，这会导致热作用力。这在超过400°C (例如700°C)的测量温度下经常会导致绝缘圈被损坏。电极材料(钢)和绝缘部件的绝缘材料(陶瓷)的不同热膨胀系数在现场测量期间的高环境温度下会导致高的拉应力，该拉应力可能会在材料、特别是绝缘圈中引起裂缝，由此在探头中产生不密封的位置。为了补偿热应力或热机械应力，在本发明的一种优选实施例中，将端板1设计成片件Ia并设有切口 30，31，32，所述切口沿片件Ia的横向方向延伸。在图5中以透视图示出片件la，该片件Ia形成端板1并且具有5mm至15mm的厚度。由图5可见，切口 30，31， 32沿径向向外延伸并设置成径向对称/旋转对称(radialsymmetrisch)的。在所示的实施例中，总共设有六个切口，其形式为两组三切口组，即具有较长切口 30，31，32的第一组三切口组和具有较短切口 30' ,31' ,32'的第二组三切口组，所述切口分别交替地在圆形片件Ia上径向地以60°间距布置。此外，在片件Ia中设有通孔18，19以供导电体和冷却通路穿过，设有中心孔17'以供拉杆13穿过。切口 30，31，32在中心孔17'与通孔18之间延伸；切口 30' ,31' ,32'在中心孔17'与通孔19之间延伸。切口的数量和径向布置方式也可以选择成不同于在此示出的实施例，其中出于对称的应力分布的原因，优选使切口径向对称地布置在片件Ia上。在优选由优质钢/不锈钢或弹簧钢制成的片件Ia中的切口使片件Ia具有弹性(类似于片簧)，由此补偿在端板1中的热应力。比较实验已经证明， 切口能够补偿由热引起的、数量级为10 100 μ m的长度变化。在端板1中的切口即使在 600°C以上的高温下仍能实现探头16的密封性。替代地，为了补偿热应力或热机械应力，端板1也可以通过多个沿检测探测器的纵向方向依次(一个接一个地)设置、彼此贴靠的片件la，lb，lc形成。在图4所示的本发明优选实施例中，端板1通过三个形状相同的片件la，lb, Ic组成，这些片件分别如图5所示的片件Ia那样设计。这三个片件la，lb, Ic优选由弹簧钢制成，沿检测探测器的纵向方向依次设置，并且通过拉杆13上紧。这些片件由于通过拉杆13上紧而在其片件表面处以拉紧力压在彼此上。片件的厚度分别为2mm至4mm、优选约3mm。在三个片件的每一个中都设有用于供导电体和冷却通路穿过的通孔18，19以及用于供拉杆13穿过的中心孔17'。 这三个片件la，lb, Ic依次设置成使得，所述各孔17' ,18和19分别对齐以使导线和拉杆 13能在其中穿过。在图4的实施例中，省去了分隔件3和附加的绝缘圈4。通过如下的检测探测器可得到最好的耐热性效果其中使用三个分别具有横向切口 30，31，32的片件la，lb, Ic来形成探头16的端板1。比较实验已经证明，在探头16中不出现值得一提的不密封性的情况下，这种检测探测器能在较长的时段内耐受约700°C的温度。由此得出，在此为降低探头16中的热应力和热机械应力而提出的各措施也可以为优化探头密封性而彼此组合。与由现有技术已知的腐蚀检测探测器相比，根据本发明的探测器除了上述特性外还具有以下优点探头16与支撑管15分开并且能从该支撑管取下。通过将能从支撑管15 取下的探头16设计成更换头，实现了快速、简单的电极更换。此外，通过设置在探头16中的拉紧装置能产生足够高的拉紧力，以使探头16的各环状部件——即特别是电极和绝缘圈以及间隔件一一相对彼此上紧并使它们的密封面如此紧密地彼此压紧，使得气体不能进入探头16内。拉紧装置在探头16内布置成，使得拉紧装置的各部件不与支撑管15热耦合。 由此，能进一步降低所用材料的不同膨胀系数对密封性的不利影响。
权利要求
1.一种用于腐蚀检测探测器的探头，所述探头在前端部上由一罩盖(14)界定而在后端部上通过一片状的端板(1)界定，所述探头包括至少两个通过绝缘部件(8，10)彼此电绝缘的电极(7，11)，其中，在所述探头(16)中在所述罩盖(14)和所述端板(1)之间设有一拉紧装置，所述拉紧装置使所述探头(16)在纵向方向上处于拉紧力的作用下，由此使所述电极(7，11)和所述绝缘部件(8，10)相互压紧。
2.根据权利要求1所述的探头，其特征在于，所述端板(1)通过一个片件(Ia)形成，在所述片件中设有切口(30，31，32)，所述切口沿所述片件(Ia)的横向方向延伸。
3.根据权利要求1或2所述的探头，其特征在于，所述端板(1)通过至少两个片件(la， lb)形成，所述至少两个片件沿所述检测探测器的纵向方向依次布置并彼此贴靠。
4.根据前述权利要求中任一项所述的探头，其特征在于，在所述探头(16)中，在端板 (1)前面设有一间隔件O)。
5.根据权利要求2所述的探头，其特征在于，所述切口(30，31，32)沿径向向外延伸并布置成径向对称。
6.根据前述权利要求中任一项所述的探头，其特征在于，所述端板(1)通过至少三个片件(la，lb，lc)形成，所述至少三个片件沿所述检测探测器的纵向方向依次布置并彼此贴靠，其中在每一个所述片件(la，lb，Ic)中分别设有多个切口(30，31，32)，所述切口沿相应片件(la, lb, Ic)的横向方向延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的探头，其特征在于，在所述的或每一个所述的片件(la, lb, lc)中设有多个通孔(17'，18，19)，其中可能时将所述片件(la, lb, lc)叠置成， 使得所述通孔(17'，18，19)相互对齐。
8.根据权利要求7所述的探头，其特征在于，所述切口(30，31，32)分别在两个所述通孔(17，18，19)之间延伸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的探头，其特征在于，所述的或每一个所述的片件 (la, lb, lc)由钢——特别是优质钢或弹簧钢一一或者由镍合金制成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的探头，其特征在于，所述探头(16)具有多个电极，特别是工作电极(11)、对电极(7)和参考电极(9)，所述多个电极通过Si3N4的绝缘圈 (8，10)彼此分开。
11.根据前述权利要求中任一项所述的探头，其特征在于，所述探头(16)设计成柱形的，所述探头在后端部上由片状的所述端板(1)封闭而在前端部上由片状的罩盖(14)封闭，设置在所述端板(1)和所述罩盖(14)之间的电极(7，11)和绝缘部件(8，10)分别设计成环形的。
12.根据权利要求11所述的探头，其特征在于，所述拉紧装置包括设置在所述探测器的前端部上的所述罩盖(14)以及拉板和拉杆(13)，其中所述拉杆(1 设置在所述拉板和所述罩盖(14)之间。
13.根据权利要求12所述的探头，其特征在于，所述拉板由所述端板(1)形成。
14.根据权利要求12或13所述的探头，其特征在于，所述拉杆(1 沿所述柱形的探头 (16)的中轴线延伸。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的探头，其特征在于，所述拉杆(1 设计成一螺纹杆或者是在前端部上具有外螺纹，所述拉杆(1 利用所述外螺纹旋入所述罩盖(14)中的螺纹孔(17)内。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的探头，其特征在于，所述拉杆(13)的长度约为8cm至12cm，直径为至少6mm、优选8mm。
17.根据前述权利要求中任一项所述的探头，其特征在于，所述拉紧力为至少1.5GPa。
18.根据前述权利要求中任一项所述的探头，其特征在于，设有形式为标定电极(5)的另一电极以检测绝对物质腐蚀率。
19.根据前述权利要求中任一项所述的探头，其特征在于，所述绝缘部件(8，10)或绝缘片件(8，10，12)由陶瓷、特别是由Al2O3或Si3N4制成。
20.一种用于检测通路、管件或容器的腐蚀率的腐蚀检测探测器，所述通路、管件或容器被腐蚀性流体围绕流过或穿流过，其中所述腐蚀检测探测器包括根据前述权利要求中任一项所述的探头(16)以及以能取下的方式设置在所述探头(16)的端板(1)上的支撑管 (15)。
21.根据权利要求20所述的腐蚀检测探测器，其特征在于，所述支撑管(15)固定在所述探头(16)的端侧的端部上并且相对于所述探头(16)被上紧。
22.根据权利要求20或21所述的腐蚀检测探测器，其特征在于，在所述支撑管(15)中设有一冷却装置。
23.根据权利要求22所述的腐蚀检测探测器，其特征在于，所述冷却装置包括一用于冷却所述支撑管的水冷单元并附加地包括一用于将冷却流体输入所述探头(16)的冷却通路，其中，借助所述冷却流体、通过一温度调节装置能将所述探头(16)的温度调节至希望的测量温度。
全文摘要
本发明涉及一种用于检测管路、管或容器的腐蚀率的腐蚀检测探测器，所述管路、管或容器由腐蚀性流体围绕流过或穿流过，其中所述腐蚀检测探测器包括探头(16)以及设置在所述探头(16)的端板(1)上的支撑管(15)，所述探头包括至少两个通过绝缘部件(8，10)彼此电绝缘的电极(7，11)并且在后端部上包括端板(1)，其中在探头(16)中设有一拉紧装置，所述拉紧装置使所述探头(16)在纵向方向上处于拉紧力的作用下，由此使所述电极(7，11)和所述绝缘部件(8，10)相互压紧。
文档编号G01N27/28GK102203586SQ200980143679
公开日2011年9月28日 申请日期2009年7月30日 优先权日2008年9月5日
发明者B·施特克尔 申请人:科莫兰有限公司