鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置製造方法

2023-09-21 00:50:20 3

鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置製造方法
【專利摘要】鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置，包括水除氧處理子系統、蒸汽發生預熱子系統、氧化皮剝落試驗子系統、水回收子系統。利用該試驗裝置可以研究氧化皮在正常停爐緩慢降溫和緊急停爐快速冷卻過程中或者啟爐升溫過程中發生剝落現象時所對應的最小厚度值範圍，從而為電廠合理選擇啟停爐速度提供參考依據。本發明採用流動水蒸氣，並且可通過試驗用水的品質及水中溶解氧含量的控制來調節水蒸氣的品質，不會改變鍋爐管氧化皮的原有結構，其工況更接近實際鍋爐管的使用工況，在本裝置上也可以進行長時間的高溫蒸汽氧化試驗。
【專利說明】鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置，特別涉及一種可模擬研究火力發電廠蒸汽流通部件正常停爐緩慢降溫和緊急停爐快速冷卻過程中或啟爐升溫過程中鍋爐管內壁氧化皮剝落傾向的試驗裝置。
【背景技術】
[0002]在火力發電領域中，隨著人們對節約能源和保護環境的日益重視，機組參數不斷提高，過熱器、再熱器、高溫蒸汽管道、汽輪機轉子、葉片、噴嘴等蒸汽流通部件的蒸汽側氧化問題也越來越突出，尤其是鍋爐受熱面管內壁的蒸汽側氧化皮達到一定的臨界厚度以後，易在快速啟停爐過程中發生剝落，剝落量大時會堵塞在下彎頭部位，從而導致啟爐過程中發生超溫爆管現象，這不但給電廠造成很大的非計劃停機經濟損失，而且嚴重影響了機組的正常安全經濟運行。為此，迫切需要對內壁存在一定厚度氧化皮的管樣進行模擬停爐冷卻試驗，以便研究氧化皮在正常停爐緩慢降溫和緊急停爐快速冷卻過程中或啟爐升溫過程中發生剝落現象時所對應的最小厚度值範圍，從而為電廠合理選擇啟停爐速度提供參考依據，目前國內還未進行過此方面的研究。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在於提供一種能夠模擬電廠鍋爐過熱器和再熱器在啟、停爐過程中的升、降溫工況，從而為實驗室研究鍋爐管內壁氧化皮在不同升、降溫速度下發生開裂和剝落的傾向提供一種可行的試驗手段的鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置。
[0004]為達到上述目的，本發明採用的技術方案是:包括水除氧處理子系統、蒸汽發生預熱子系統、氧化皮剝落試驗子系統和水回收子系統；
[0005]所述的水除氧處理子系統包括水處理桶，水處理桶上端通過管路與真空泵相連，下端通過除氧管與惰性氣體瓶相連通，水處理桶的上、下端還通過管路及設置在管路上的閥門與儲水桶的上、下端相連通`；
[0006]所述的蒸汽發生預熱子系統包括至少一級蒸汽發生預熱爐，每級蒸汽發生預熱爐的入口通過管路及設置在管路上的閥門與儲水桶下部相連通，每級蒸汽發生預熱爐的出口通過閥門及三通與氧化皮剝落試驗子系統的蒸汽入口相連剝落試驗爐入口相連通；
[0007]所述的氧化皮剝落試驗子系統包括上端設置有進氣管、下端設置有出氣管的用於安裝試樣的試樣夾具套，進氣管與蒸汽發生預熱爐的出口相連，在試樣夾具套外側設置有剝落試驗爐，剝落試驗爐的下端還連接有風冷控制裝置，試樣夾具套的最下端安裝有透明觀察皿，在試樣和進氣管上均固定有測溫裝置，其中安裝在試樣上的某一測溫裝置與風冷控制裝置相連；
[0008]所述的水回收子系統包括與試樣夾具套出氣管相連通的冷凝器，冷凝器的出口通過管路及設置在管路上的閥門與第二儲水桶相連，第二儲水桶的出口通過補水管路與水處理桶相連通，且補水管路還通過閥門、三通與水源相連接。[0009]所述的水處理桶及儲水桶上部分別通過閥門與大氣相連，下部均開設有排汙口。
[0010]所述的水處理桶與真空泵相連的管路上安裝有真空壓力表。
[0011]所述的水處理桶側面設置有由透明材料製成的水位計，溶解氧表和水泵通過管路連接在水處理桶的底部和頂部並構成迴路。
[0012]所述的蒸汽發生預熱爐與儲水桶下部相連接的管路上安裝有計量泵。
[0013]所述的剝落試驗爐為對開式三段控溫爐。
[0014]所述的試樣夾具套上方通過彈簧、螺栓支撐裝置固定在設備支架頂部固定板上，試樣夾具套下方通過軸承套安裝在設備支架下方固定板上。
[0015]所述的試樣夾具套內部及與試樣間採用耐高溫密封圈及螺栓緊固密封。
[0016]所述的試樣夾具套的進氣管和出氣管上均採用螺旋狀的柔性連接方式。
[0017]所述的試樣夾具套上位於透明觀察皿的上端還設置有防止水蒸氣凝結的加熱套。
[0018]本發明採用流動水蒸氣，並且可通過試驗用水的品質及水中溶解氧含量的控制來調節水蒸氣的品質，不會改變鍋爐管氧化皮的原有結構，其工況更接近實際鍋爐管的使用工況，利用該試驗裝置可以研究氧化皮在正常停爐和緊急停爐冷卻過程中或者啟爐升溫過程中發生剝落現象時所對應的最小厚度值範圍，從而為電廠合理選擇啟停爐速度提供參考依據。在本裝置上也可以進行長時間的高溫蒸汽氧化試驗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的整體結構示意圖；
[0020]圖2是氧化皮剝落試驗子系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。
[0022]參見圖1，本發明包括水除氧處理子系統、蒸汽發生預熱子系統、氧化皮剝落試驗子系統12和水回收子系統組成。水除氧處理子系統完成試驗用水的溶解氧等參數控制；蒸汽發生預熱子系統實現進入剝落試驗子系統的蒸汽溫度、流量等參數調節；氧化皮剝落試驗子系統實現對試樣管壁溫的升降速率控制；水回收子系統完成試驗之蒸汽冷凝和水回收的功能。
[0023]具體而言，本發明包括儲水桶9以及與儲水桶9相連通的水處理桶1、蒸汽發生預熱爐11和剝落試驗子系統12，水處理桶I的上端通過管路與真空泵3相連通，水處理桶I的下端設置有除氧管2，該除氧管2與惰性氣體瓶4相連通，水處理桶I上、下部均通過管路及閥門與儲水桶9的上、下部相連通，儲水桶9上下部分別通過管路及閥門與蒸汽發生預熱爐11相連通，且在下部管路上還設置有計量泵10，蒸汽發生預熱爐11還與帶有蒸汽出口的剝落試驗子系統12相連通。結合真空泵3抽真空和吹惰性氣體可以將水中溶解氧含量降低到2ppb以下，真空泵3對水處理桶I抽真空，使溶解在水中的氧氣儘量排出，在相應閥門開啟的條件下，還可以對整個系統內部抽真空，從而排出系統內的空氣，真空壓力表5可顯示水處理桶I內的真空度或氣體壓力。氣瓶4中的惰性氣體通過除氧管2進入水處理桶1，從而排出水中的溶解氧。在水處理桶I側面還設置有由透明材料製成的水位計6，水位計6可以指示水處理桶I中的水位，在水處理桶I和儲水桶9連通的情況下還可以指示儲水桶9中的水位，從而確定是否需要對系統加水。溶解氧表8和水泵7通過管路分別連接在水處理桶I的底部和頂部並構成迴路，由水泵7強制使水處理桶I中的水由桶底流出經過溶解氧表從桶頂回到桶中，可以在除氧過程中隨時監測水中的溶解氧含量，同時還可以使水處理桶中的水除氧更加均勻，避免有死角出現。水處理桶I及儲水桶9上部分別通過閥門與大氣相連，下部開設有排汙口，此設計在運行時水處理桶I與儲水桶9上下可以保持連通，利用同一個水位計6即可以觀察水位，同時可以關閉水處理桶I及儲水桶9上部的閥門，利用氣瓶4將水處理桶I中處理好的試驗水壓入儲水桶9中，以便重新加水繼續除氧處理，所預留排汙口可將桶底殘餘的水和長時間運行可能沉積的雜質排出。水處理桶I上、下部均通過管路及閥門與儲水桶9的上、下部相連通，儲水桶9下部通過管路及閥門與蒸汽發生預熱爐11相連通，且在該管路上還設置有計量泵10，蒸汽發生預熱爐11還與帶有蒸汽出口的剝落試驗子系統12相連通，計量泵10以一定的流速連續向蒸汽預熱發生爐11供水，從而保證蒸汽流量穩定、可調。儲水桶9上部通過閥門和管路與蒸汽發生預熱爐11相連，其優點是設備開爐啟動時可以通過此管路對整個系統抽真空，水處理桶中除氧時溢出的惰性氣體也可以通過此管路進一步排出系統內殘存的空氣，可充分利用惰性氣體對系統除氧。蒸汽發生預熱爐11採用至少一級，每級蒸汽發生預熱爐的入口通過管路及設置在管路上的閥門與儲水桶9下部相連通，每級蒸汽發生預熱爐11的出口通過閥門及三通與氧化皮剝落試驗子系統的蒸汽入口相連剝落試驗爐入口相連通，調節蒸汽發生預熱爐各級的功率或設定溫度可以調節各級出口的蒸汽溫度，通過選擇蒸汽發生預熱爐通向剝落試驗爐的蒸汽出口位置可以簡便的調節進入剝落試驗爐的蒸汽溫度，通過計量泵10可調節水蒸汽流量。通過預熱爐出口及計量泵流量的選擇可模擬鍋爐管由於管內介質溫度降低而冷卻的工況，例如鍋爐噴水減溫。剝落試驗子系統中的試樣夾具套20上方採用彈簧、螺栓支撐裝置16固定在設備支架的頂板17上，其作用可支撐上夾具並調節上夾具的高度，由於彈簧的作用，還可以使試樣及夾具套在升降溫過程中自由膨脹及收縮；剝落試驗爐23採用對開結構便於安裝試樣。試樣夾具套20內部及與試樣21間採用耐高溫密封圈19和22及螺栓緊固密封，螺栓材料採用耐高溫、膨脹係數低的鎳基合金，密封可靠安裝方便；與試樣夾具套相連的軸承套26安裝在設備支架平臺29上，可方便的調節下夾具的高度，降低了對試樣長度的要求；試樣夾具套20下方的加熱套27使水蒸氣不會在此處凝結；通過透明材料製成的透明觀察皿28可實時觀察試驗管內壁氧化皮是否掉落以及在什麼溫度及冷卻速率下剝落；試樣夾具套20上所連接的進氣管18和出氣管25管路均採用螺旋狀的柔性連接方式使試樣取放過程中上下夾具均可自由調節高度；溫度監測系統在試樣上以及蒸汽發生預熱爐各段出口均採用焊接方式固定測溫裝置30，通過連接多通道式無紙記錄儀，可同時實時監測並記錄各位置的溫度；風冷控制系統24的測溫裝置焊接在試樣21上，通過與測溫裝置相連的溫控表控制風機的功率，向剝落試驗爐內吹風冷卻，可模擬鍋爐強制風冷工況。風冷系統、剝落爐加熱控制系統以及預熱系統的蒸汽溫度和流量多級可調使本鍋爐管氧化皮剝落裝置可模擬緩慢停爐、快速停爐、噴水減溫、強制風冷等多種工況。剝落試驗子系統12的蒸汽出口還依次與冷凝器13、第二儲水桶14相連接，第二儲水桶14的出口通過補水管路15與水處理桶I相連通，且水補水管路15還通過閥門、三通與水源相連接。冷凝器13的作用是冷凝由剝落試驗子系統12出來的蒸汽，將其保存在第二儲水桶14中，可利用對水處理桶I抽真空時水處理桶I和第二儲水桶14間的壓力差，通過補水管路15進入水處理桶I中，以便繼續使用。
[0024]試驗開始時，首先需對系統除氧，僅保持水處理桶I中加滿水，而儲水桶9中為空桶，用真空泵3對整個系統抽真空，隨後用通過惰性氣氣瓶4將系統充滿，對水處理桶I中的水進行除氧，逸出的氣體通過整個系統排入大氣，可同時洗出系統中的殘餘空氣。觀察溶解氧表8讀數，達到試驗所需數值時使系統壓力保持到略高於大氣壓力並關閉氣瓶。將蒸汽發生預熱爐11各級加熱到設定溫度，將剝落試驗爐23以所需速率加熱，待剝落試驗子系統12內的試樣溫度達到300°C (不結露)後，打開計量泵10，由最低流量開始緩慢增加到適當流量，待試樣21達到需要的冷卻試驗起始溫度並穩定時，設定剝落試驗爐23及風冷系統的溫控表，將溫控表均設為程序控制，並將程序的降溫速率調整到需要的數值，同時通過調節計量泵10流量、進入蒸汽發生預熱系統11的出口蒸汽溫度等共同作用，使試樣以所需的冷卻速率冷卻，冷卻同時透過夾具套下部的透明觀察皿隨時觀察試樣氧化皮的脫落情況。改變試驗條件，選擇具有不同的氧化皮厚度的試驗管、分別進行升/降速率不同的試驗，可研究氧化皮在正常停爐和緊急停爐冷卻過程中或者啟爐升溫過程中發生剝落現象時所對應的最小厚度值範圍，從而為電廠合理選擇啟停爐速度提供參考依據。
[0025]試驗中當桶I和桶9中的水量下降到一定範圍後，用氣瓶壓力將桶I中的水壓至桶9，通過管路閥門將水除氧處理子系統與氧化試驗子系統隔離，在蒸汽發生預熱子系統、氧化皮剝落試驗子系統和水回收子系統繼續運行的同時可在水除氧處理子系統中補水並進行除氧，除氧完畢後恢復水除氧處理子系統與氧化試驗子系統的連接，從而保證氧化剝落試驗能無間斷地進行。
[0026]試樣的安裝除了採取本裝置的方法以外，也可以採取焊接法，但是焊接法雖然試樣夾具結構簡單，但是對試樣內壁氧化層有破壞，且試驗前後樣品的安裝及取下更加困難。
【權利要求】
1.鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置，其特徵在於:包括水除氧處理子系統、蒸汽發生預熱子系統、氧化皮剝落試驗子系統(12)和水回收子系統； 所述的水除氧處理子系統包括水處理桶(I )，水處理桶(I)上端通過管路與真空泵(3)相連，下端通過除氧管(2)與惰性氣體瓶(4)相連通，水處理桶(I)的上、下端還通過管路及設置在管路上的閥門與儲水桶(9)的上、下端相連通； 所述的蒸汽發生預熱子系統包括至少一級蒸汽發生預熱爐(11)，每級蒸汽發生預熱爐的入口通過管路及設置在管路上的閥門與儲水桶(9)下部相連通，每級蒸汽發生預熱爐(11)的出口通過閥門及三通與氧化皮剝落試驗子系統的蒸汽入口相連剝落試驗爐入口相連通； 所述的氧化皮剝落試驗子系統包括上端設置有進氣管(18)、下端設置有出氣管(25)的用於安裝試樣(21)的試樣夾具套(20)，進氣管(18)與蒸汽發生預熱爐(11)的出口相連，在試樣夾具套(20)外側設置有剝落試驗爐(23)，剝落試驗爐(23)的下端還連接有風冷控制裝置(24)，試樣夾具套(20)的最下端安裝有透明觀察皿(28)，在試樣(21)和進氣管(18)上均固定有測溫裝置(30)，其中安裝在試樣(21)上的某一測溫裝置(30)與風冷控制裝置(24)相連； 所述的水回收子系統包括與試樣夾具套(20)出氣管相連通的冷凝器(13)，冷凝器(13)的出口通過管路及設置在管路上的閥門與第二儲水桶(14)相連，第二儲水桶(14)的出口通過補水管路(15)與水處理桶(I)相連通，且補水管路(15)還通過閥門、三通與水源相連接。
2.根據權利要求1所述的鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置，其特徵在於:所述的水處理桶(I)及儲水桶(9)上部分別通過閥門與大氣相連，下部均開設有排汙口。
3.根據權利要求1所述的鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置，其特徵在於:所述的水處理桶(I)與真空泵(3 )相連的管路上安裝有真空壓力表(5 )。
4.根據權利要求1所述的鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置，其特徵在於:所述的水處理桶(I)側面設置有由透明材料製成的水位計(6)，溶解氧表(8)和水泵(7)通過管路連接在水處理桶(I)的底部和頂部並構成迴路。
5.根據權利要求1所述的鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置，其特徵在於:所述的蒸汽發生預熱爐與儲水桶(9 )下部相連接的管路上安裝有計量泵(10 )。
6.根據權利要求1所述的鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置，其特徵在於:所述的剝落試驗爐(23)為對開式三段控溫爐。
7.根據權利要求1所述的鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置，其特徵在於:所述的試樣夾具套(20)上方通過彈簧、螺栓支撐裝置(16)固定在設備支架頂部固定板(17)上，試樣夾具套(20)下方通過軸承套(26)安裝在設備支架下方固定板(29)上。
8.根據權利要求1所述的鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置，其特徵在於:所述的試樣夾具套(20)內部及與試樣(21)間採用耐高溫密封圈(19、22)及螺栓緊固密封。
9.根據權利要求1所述的鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置，其特徵在於:所述的試樣夾具套(20)的進氣管(18)和出氣管(25)上均採用螺旋狀的柔性連接方式。
10.根據權利要求1所述的鍋爐管內壁氧化皮剝落試驗裝置，其特徵在於:所述的試樣夾具套(20 )上位於透明觀察皿(28 )的上端還設置有防止水蒸氣凝結的加熱套(27 )。
【文檔編號】G01N33/00GK103743866SQ201310736939
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月28日 優先權日:2013年12月28日
【發明者】唐麗英, 賈建民, 王博涵, 張紅軍, 康豫軍 申請人:西安熱工研究院有限公司