电站材料在实际工况中的蒸汽氧化动力学数据获得方法与流程

本发明属于金属材料腐蚀试验方法领域，具体涉及电站材料在实际工况中的蒸汽氧化动力学数据获得方法。

背景技术：

耐热材料在不同温度下的蒸汽氧化动力学曲线对于火力发电机组选材设计以及运行过程中部件的寿命评估有重要意义，目前其获得方法一般是通过在实验室建立试验装置，将材料放置在特定温度下的蒸汽中氧化不同时间获得的，这些数据有一定意义，但是因与实际运行条件差异很大，存在难以克服的局限性，主要的问题包括：1)部分材料在蒸汽中形成易挥发氧化物，在实际锅炉中，挥发性氧化物会被蒸汽带走，但是实验室的试验装置蒸汽流量太低，会导致蒸汽中挥发性氧化物分压升高而抑制氧化物的继续挥发，因此氧化速率和氧化层结构可能与实际运行条件下出现明显差异；2)试验室的水化学条件与实际锅炉有很大差异，例如为了解决水侧部件的流动加速腐蚀问题，超临界以上的锅炉大多采用加氧工艺，实验室装置虽然可以通过惰性气体除氧或向水中加氧来模拟水的加氧或全挥发处理条件，但是水的ph值、微量离子含量等仍与实际电站锅炉水质有很大差异；3)实验室蒸汽的压力难以达到实际电站锅炉中的运行蒸汽压力，导致实验室试验和实际锅炉中蒸汽的氧分压产生很大差异；4)因实验室试验需要24小时不间断时间，造成大量的人力和物力负担，成本高昂，一般最长做到几千小时试验，无法进行长时试验，而外推数据可靠性差。受到以上因素互相影响，实验室获得的氧化动力学数据在实际使用时局限性大，甚至可能对部件选材以及寿命评估结果产生很大误差，给机组运行带来风险。

从运行后的部件取样分析也可以获得一些材料氧化层厚度与运行时间的关系，但是由于机组在运行过程中，受到电网端需求、煤种等的影响，机组的运行条件不停变化，温度和压力随时间在一定范围内呈无序波动，因此割管得到的氧化层数据较为分散，且不能获得氧化层的厚度与温度、运行时间的准确关系。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题，提供了电站材料在实际工况中的蒸汽氧化动力学数据获得方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

电站材料在实际工况中的蒸汽氧化动力学数据获得方法，包括以下步骤：

1)根据锅炉温度测点安装位置、运行条件下的温度水平以及现场条件选择取样位置；

2)在机组检修过程中在预定取样位置割管取样；

3)将样品切割到合适大小，制备金相试样，用显微镜观察并测量氧化层平均厚度；

4)通过运行监控系统获得该样品自开始运行到割管时间的温度记录，用arrhenius公式折算在所要计算温度下的等效时间；

5)将多个样品的等效时间作为横坐标，氧化层平均厚度作为纵坐标制图，获得氧化动力学曲线。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，取样位置的选择遵循以下原则：

炉内存在较强热交换的部件，取样位置到温度测点的距离不超过0.5米；

位于炉顶热室等在运行过程中热交换程度弱的部件，取样位置到温度测点的距离不超过1米，且到顶棚的距离不少于0.5米，到集箱的距离不少于0.5米；

取样位置包括温度水平相对较高的管子，得到更长等效时间的数据；

如果条件允许同时取多个管样，各取样位置温度水平存在明显差异，使得折算的等效时间有差别。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，样品切割选用电火花切割对氧化层破坏性小的切割方式，并去除现场割管导致的受损部位。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，样品制备金相试样之前对氧化层采取保护，包括冷镶、热镶以及电镀金属层。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，氧化层平均厚度测量选择不少于5个氧化层完整的视场进行。

本发明进一步的改进在于，步骤4)中，温度记录两点之间的时间间隔不小于30秒，不大于1小时，在保证温度数据充分反映样品历史运行温度的变化情况，同时数据量不至于过大。

本发明进一步的改进在于，步骤4)中，所述计算等效运行时间的arrhenius公式为：

其中t等效为目标氧化动力学曲线温度，t等效为目标温度下的等效时间，ti为温度记录的时间间隔，ti为第i个温度记录的数值，q为材料的扩散激活能，r为气体常数。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，多个样品数量不少于3个，通过在同一次取温度水平不同的样品获得，或者在同一位置多次取样获得。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的电站材料在实际工况中的蒸汽氧化动力学数据获得方法，该方法利用电站耐热材料氧化时间与温度的关系一般满足arrhenius公式的规律，利用arrhenius公式将实际运行温度下的运行时间折算为所要计算温度下的等效时间，获得电站锅炉材料在实际运行工况中的蒸汽氧化动力学数据，对于机组关键部件寿命评估以及机组延寿等具有重要意义。与现有技术相比，本发明解决方案可以以非常低廉的成本获得大量材料在在实际运行工况下的氧化动力学数据，在节约人力物力的同时，因数据是在实际工况下的真实数据，比实验室数据更符合实际机组，用于机组选材和部件寿命评估以及机组延寿更加可靠。

附图说明

图1是取样位置示意图。

图2是温度记录示意图。

图3是氧化层金相照片。

图4是氧化动力学数据示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

样品为某机组末级再热器集箱t92钢接管，该位置在炉顶热室内，在机组正常运行过程中无热交换，且安装有监控热电偶，在图1所示位置割管取样，距顶棚超过0.5米，避免受到炉内管段的热传导影响，距离集箱角焊缝超过0.5米，取样不影响集箱，且不受到集箱厚壁管管壁热传导的影响，取样位置实际温度与热电偶温度记录一致。共在两次停炉期间取样，每次取2根，其中一个试样的温度记录见图2，对各温度记录通过arrhenius公式计算得到620℃下的等效时间。

取样后对样品用电火花切割到合适大小，采用热镶嵌保护试样边缘以及氧化层，然后经过不同粒度的砂纸预磨以及金刚石抛光膏抛光后，用金相显微镜观察，典型照片见图3，对不少于5个视场拍照测量并计算平均厚度。

以各试样的620℃等效时间作为横坐标，以管样平均厚度为纵坐标，得到氧化动力学曲线，见图4。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。