CN113699480A - 一种同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的方法及装置，通过对锅炉管进行表面处理；在真空环境中，对表面处理后的锅炉管进行加热，使其发生预氧化反应；将预氧化反应之后的锅炉管进行冷却，然后通入空气，得到内表面和外表面同时发生选择性氧化产生致密预氧化膜的锅炉管。装置包括由壳体与密封盖组成的反应室，反应室的外周设有加热装置；反应室的内腔中设有用于放置锅炉管的工件支架以及用于测量锅炉管表面温度的测温装置，壳体上开设抽真空接口；密封盖的盖体内部设有螺旋盘管，密封盖上开设有进水孔和出水孔，进水孔和出水孔与螺旋盘管的进水口和出水口相接。本发明不会损害锅炉管基体的力学性能，且工艺简单高效、环境友好。
Description
技术领域
本发明属于锅炉管领域，涉及一种同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的方法及装置。
背景技术
过/再热器是超超临界火电机组锅炉关键部件，其服役环境非常苛刻，管内壁和外壁分别承受高温高压水蒸汽和烟气/煤灰的氧化腐蚀作用而形成腐蚀产物层，给锅炉的安全稳定运行带来很大的隐患。首先，这导致过/再热器管承受压力的有效壁厚减薄，使管易发生蠕变断裂。其次，低热传导率的腐蚀产物膜对管起到一定的屏蔽作用，引起超温。再者，在锅炉启停时，由于与合金的热膨胀系数差别较大，管内壁的氧化膜易发生剥落，剥落的氧化膜一方面会堵塞过/再热器管从而引发爆管，另一方面被高流速的蒸汽携带出，冲蚀高、中压段汽轮机叶片。
因此，为降低氧化和腐蚀带来的不良影响，亟需提高锅炉管的耐蚀性能，这也是电站材料研发的重点。目前研究人员已经提出的方案包括：(1)优化锅炉管的合金成分，提高耐蚀元素Cr、Al、Si和RE等的含量；(2)对锅炉管进行表面改性，通过渗铝或镀铬等方法使锅炉管表面形成富铝或富铬的防护涂层，从而使锅炉管表面在服役过程中快速形成连续完整的保护性Cr2O3膜或Al2O3膜。事实表明，上述方法都能提高锅炉管的耐蚀性能，但优化合金成分需要通过大量实验迭代验证，以兼顾对合金力学性能、加工性能以及焊接性能等的影响，因此成本极高、效率较低；而表面改性涂层在服役过程中与基体之间发生元素互扩散，可能损害基体的力学性能，并且涂层制备工艺复杂，通常会带来一定的环境污染。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的提高锅炉管耐腐蚀性能效果不佳的问题，提供一种同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的方法及装置，在提高耐蚀性能的基础上不会损害锅炉管基体的力学性能，且工艺简单高效、环境友好。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的方法，包括以下步骤：
-对锅炉管进行表面处理；
-在真空环境中，对表面处理后的锅炉管进行加热，使其发生预氧化反应；
-将预氧化反应之后的锅炉管进行冷却，然后通入空气，得到内表面和外表面同时发生选择性氧化产生致密预氧化膜的锅炉管。
优选的，加热过程中使锅炉管内表面和外表面的轴向温度分布均匀。
优选的，所述的锅炉管采用奥氏体耐热钢制成，所述的致密预氧化膜为Cr2O3膜。
优选的，表面处理使锅炉管的表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求。
优选的，所述表面处理的具体方式为吹砂处理或酸洗处理。
优选的，所述真空环境的真空度在10-2～10-4Pa的范围内。
优选的，预氧化反应的温度不高于锅炉管的管材回火温度，预氧化反应时间为10～60min。
一种同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的装置，包括由壳体与密封盖组成的反应室，反应室的外周设有加热装置；反应室的内腔中设有用于放置锅炉管的工件支架以及用于测量锅炉管表面温度的测温装置，壳体上开设抽真空接口；密封盖的盖体内部设有螺旋盘管，密封盖上开设有进水孔和出水孔，进水孔和出水孔与螺旋盘管的进水口和出水口相接。
优选的，所述的加热装置为感应加热线圈，锅炉管通过若干个间隔布置的工件支架水平悬空支撑在内腔中，感应加热线圈沿锅炉管轴向均匀布置在反应室的外周。
优选的，所述的测温装置为设置在锅炉管的内表面和外表面的测温热电偶。
相较于现有技术，本发明有如下的有益效果：在低真空环境中使锅炉管的内表面和外表面同时发生选择性氧化形成致密预氧化膜，进而有效的阻碍含氧阴离子和金属阳离子通过氧化膜的扩散，提高锅炉管内外壁的耐蚀性能。本发明的预氧化反应在低真空环境中进行，无污染、环境友好。相较于传统提高锅炉管耐腐蚀性能的方式，本发明能够同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能，实施简单、效率高，并且不会产生高昂成本，具有可观的应用前景。
进一步的，本发明采用轴向均匀布置在反应室外周的感应加热线圈对反应室内腔中的锅炉管加热，利用交电流的集肤效应使热量集中在锅炉管的内表面和外表面，因此不影响锅炉管芯部的微观组织结构。同时利用感应加热，使锅炉管迅速升温至设定温度，工艺简单高效。
附图说明
图1本发明实施例装置的结构示意图；
附图中：1-感应加热线圈；2-壳体；3-螺旋盘管；4-进水孔；5-出水孔；6-密封盖；7-内腔；8-锅炉管；9-工件支架；10-测温热电偶；11-抽真空接口。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明提出一种同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的装置，包括由壳体2与密封盖6组成的反应室，反应室的外周设有加热装置；反应室的内腔7中设有用于放置锅炉管8的工件支架9以及用于测量锅炉管8表面温度的测温装置。所述的加热装置为感应加热线圈1，感应加热线圈1采用频率为200～300kHz的交流电供电。锅炉管8通过若干个间隔布置的工件支架9水平悬空支撑在内腔7中，感应加热线圈1沿锅炉管8轴向均匀布置在反应室的外周，以确保在加热过程中锅炉管8内表面和外表面的轴向温度分布均匀。所述的测温装置为设置在锅炉管8的内表面以及外表面的测温热电偶10。壳体2上开设有抽真空接口11，通过抽真空接口11和外置的抽真空设备相连接。密封盖6的盖体内部设有螺旋盘管3，密封盖6上开设有进水孔4和出水孔5，进水孔4和出水孔5与螺旋盘管3的进水口和出水口相接。密封盖6的内圈设有耐高温的密封垫圈以保证密封性。所述内腔7的内壁涂覆有耐高温的陶瓷涂层。所述的工件支架9由耐高温的陶瓷材料构成。
本发明提出一种同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的方法，包括以下步骤：
-对锅炉管8进行表面处理，表面处理的具体方式为吹砂处理或酸洗处理，去除腐蚀层和油污，使锅炉管8的表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求。
-将表面处理好的锅炉管8放在内腔7中的工件支架9上，关闭密封盖6使内腔7密闭；
-使循环冷却水由进水孔4流入密封盖6内的螺旋盘管3，并由出水孔5流出；
-打开与抽真空接口11外接的真空装置进行抽真空，使反应室的内腔7真空度维持在一定范围内；实施例中控制真空环境的真空度在10-2～10-4Pa的范围内。
-接通交流电源，使设置在反应室外周的感应加热线圈1通电以加热锅炉管8，进行预氧化；实施例预氧化反应的温度不高于锅炉管8的管材回火温度，预氧化反应时间为10～60min。
-关闭交流电源，将预氧化反应之后的锅炉管8冷却至室温，打开抽真空接口11使空气进入反应腔，开启密封盖6，取出内表面和外表面同时产生致密预氧化膜的锅炉管8。
通常，锅炉管8采用奥氏体耐热钢制成，所述的致密预氧化膜为Cr2O3膜。
实施例1
(1)选用直径为60mm、壁厚为7mm的Super304H锅炉管8，酸洗处理其表面，使其表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求；
(2)将表面处理好的Super304H锅炉管8放置在工件支架9上，关闭密封盖6；
(3)打开冷却水装置，使循环冷却水由进水孔4流入密封盖6内的螺旋盘管3，并由出水孔5流出，防止由于密封盖6受热引发密封垫圈老化；
(4)打开与抽真空接口11外接的抽真空装置进行抽真空，使腔内的真空度维持10- 3Pa；
(5)设定交流电源的频率为200kHz，接通交流电源，使设置在反应室外周的感应加热线圈1通电以加热锅炉管8至800℃，进行预氧化；
(6)预氧化进行20min后，关闭电源，使锅炉管8冷却至室温，打开抽真空接口11使空气进入内腔7，开启密封盖6，取出预氧化的锅炉管8；
(7)通过预氧化反应，在Super304H锅炉管8的表面形成一层致密的Cr2O3预氧化膜。
以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
-对锅炉管(8)进行表面处理；
-在真空环境中，对表面处理后的锅炉管(8)进行加热，使其发生预氧化反应；
-将预氧化反应之后的锅炉管(8)进行冷却，然后通入空气，得到内表面和外表面同时发生选择性氧化产生致密预氧化膜的锅炉管(8)。
2.根据权利要求1所述同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的方法，其特征在于：加热过程中使锅炉管(8)内表面和外表面的轴向温度分布均匀。
3.根据权利要求1所述同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的方法，其特征在于：所述的锅炉管(8)采用奥氏体耐热钢制成，所述的致密预氧化膜为Cr2O3膜。
4.根据权利要求1所述同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的方法，其特征在于：所述的表面处理使锅炉管(8)的表面质量满足GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求。
5.根据权利要求1或4所述同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的方法，其特征在于：
所述表面处理的具体方式为吹砂处理或酸洗处理。
6.根据权利要求1所述同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的方法，其特征在于：
所述真空环境的真空度在10-2～10-4Pa的范围内。
7.根据权利要求1所述同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的方法，其特征在于：所述预氧化反应的温度不高于锅炉管(8)的管材回火温度，预氧化反应的时间为10～60min。
8.一种同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的装置，其特征在于：包括由壳体(2)与密封盖(6)组成的反应室，反应室的外周设有加热装置；反应室的内腔(7)中设有用于放置锅炉管(8)的工件支架(9)以及用于测量锅炉管(8)表面温度的测温装置，壳体(2)上开设抽真空接口(11)；密封盖(6)的盖体内部设有螺旋盘管(3)，密封盖(6)上开设有进水孔(4)和出水孔(5)，进水孔(4)和出水孔(5)与螺旋盘管(3)的进水口和出水口相接。
9.根据权利要求8所述同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的装置，其特征在于：所述的加热装置为感应加热线圈(1)，锅炉管(8)通过若干个间隔布置的工件支架(9)水平悬空支撑在内腔(7)中，感应加热线圈(1)沿锅炉管(8)轴向均匀布置在反应室的外周。
10.根据权利要求8所述同时提高电站锅炉管内外壁耐蚀性能的装置，其特征在于：所述的测温装置为设置在锅炉管(8)的内表面和外表面的测温热电偶(10)。
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