一種監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置，該裝置包括：用于監(jiān)測發(fā)電機組汽水系統(tǒng)中省煤器入口、汽水分離器出口、過熱器出口、和再熱器出口的溶解氫含量的溶解氫分析儀表；監(jiān)測機組參數(shù)的儀表；監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表；用于采集來自所述溶解氫分析儀表和監(jiān)測機組參數(shù)的儀表以及監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表的監(jiān)測數(shù)據(jù)的工控系統(tǒng)；溶解氫分析儀表通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接至工控系統(tǒng)；監(jiān)測機組參數(shù)的儀表、監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表分別通過分散控制系統(tǒng)連接至工控系統(tǒng)。本實用新型的裝置可實時對機組發(fā)生的腐蝕及氧化情況進行跟蹤監(jiān)測；并進一步對機組啟停過程中的操作、機組運行工況進行優(yōu)化調(diào)整，降低機組腐蝕與氧化。
【專利說明】一種監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是關(guān)于一種監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著蒸汽溫度和壓力的提高，鍋爐的效率在大幅度提高，供電煤耗下降，但提高蒸汽參數(shù)的同時也遇到了一些技術(shù)難題，主要是金屬材料在高溫、高壓下的性能問題，尤其是材料的抗高溫腐蝕和高溫蒸汽氧化能力。在高溫蒸汽的作用下，金屬壁面的氧化不可避免，從而在金屬表面生成一層氧化皮。這些腐蝕和氧化產(chǎn)物會污染水汽品質(zhì)，進入凝結(jié)水系統(tǒng)，成為熱力設(shè)備易結(jié)垢部位的沉積物，此外，氧化皮快速增長后的剝落會造成堵管或引起超溫爆管泄漏事故，同時可能引發(fā)對汽輪機入口通流部分的固體顆粒侵蝕及損害汽輪機葉片。
[0003]對熱力系統(tǒng)腐蝕與氧化過程進行在線監(jiān)測，了解和掌握金屬材料高溫腐蝕與氧化的規(guī)律，運用這方面的知識以減少或抑制高溫腐蝕與氧化反應(yīng)，并對相關(guān)技術(shù)參數(shù)進行優(yōu)化，對機組的安全穩(wěn)定運行具有較大的指導(dǎo)意義。
[0004]超聲波檢測法是目前測量鍋爐管道內(nèi)氧化皮厚度的常用方法。其原理是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來進行厚度測量的，當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測物體到達材料分界面時，脈沖被反射回探頭通過精確測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度，該方法常用用于評估鍋爐管材的使用壽命。然而，超聲波檢測法測量的精度較低，對小于0.2mm的厚度通常不能精確測量。對于超臨界及以上參數(shù)的機組而言，其過熱器、再熱器通常采用的高鉻含量不銹鋼材料，氧化皮增長的速率較低，其運行中生成的厚度通常小于
0.2mm,若采用超聲波檢測氧化皮生成厚度，通常帶來較大誤差。
[0005]磁場檢測法是目前檢測機組過熱器、再熱器氧化皮有無剝離的最普遍方法，其原理是利用自身攜帶的永磁體，在鍋爐高溫管道上產(chǎn)生一個縱向磁場。若管內(nèi)有氧化皮，因其表現(xiàn)為順磁性，則磁力線發(fā)生變形，周圍磁場強度發(fā)生相應(yīng)改變。研究氧化皮與磁場強度的耦合關(guān)系，可以表征管內(nèi)氧化皮的狀況。然而，磁場檢測法也有其局限性。其一是只能用于奧氏體不銹鋼管材為原料生成的氧化皮檢測，對于其他非奧氏體管材的靈敏度低。二是只能待機組停機冷卻后，再對被檢測管樣進行逐根管檢測，不能夠?qū)崿F(xiàn)在機組運行中對氧化皮的增長速率進行實時監(jiān)測。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻“蒸汽對鋼表面的氧化機理探討及溶解氫監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用”(劉智龍，哈希公司，北京)公開了一種溶解氫監(jiān)測技術(shù)，其中闡述了采用電化學(xué)法監(jiān)測溶解氫的思路，在汽水循環(huán)系統(tǒng)中的四個點(過熱器出口、鍋爐出口、再熱器1、再熱器2)監(jiān)測氫含量，并分析了測量準確性的影響因素。該現(xiàn)有技術(shù)還公開了氫濃度變化的測量與金屬腐蝕率有關(guān)，測量蒸汽和給水中的氫濃度能夠用于反映爐前和鍋爐系統(tǒng)中的腐蝕活性。該文獻主要對蒸汽中溶解氫的測量意義、原理及方法進行了論述，并沒有一套完整的金屬腐蝕氧化監(jiān)測系統(tǒng)，并且，僅僅得到溶解氫含量并不能準確地揭示金屬的腐蝕與氧化狀態(tài)，因此該文獻公開的技術(shù)在實際中很少有應(yīng)用。實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型的一個目的在于提供一種改進的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置，對運行機組蒸汽系統(tǒng)中的溶解氫含量機組參數(shù)(特別是機組負荷)、水工況(特別是溶解氧)等參數(shù)進行實時在線監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，建立起機組各項操作所帶來的溶解氫的變化關(guān)系，實時對機組發(fā)生的腐蝕及氧化情況進行跟蹤監(jiān)測；并進一步根據(jù)腐蝕氧化監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析，對機組啟停過程中的操作、機組運行工況進行優(yōu)化調(diào)整，最大限度降低機組的腐蝕與氧化。
[0008]為達上述目的，本案分析研究了發(fā)電機組熱力系統(tǒng)氧化機理，機組在運行過程中，金屬壁面與高溫水蒸汽中時刻伴隨著極微量腐蝕的發(fā)生，并產(chǎn)生極微量的溶解氫。通過對系統(tǒng)特定部位溶解氫的監(jiān)測，結(jié)合對機組參數(shù)(特別是機組負荷)的監(jiān)測、水工況(特別是溶解氧)的監(jiān)測，將機組汽水系統(tǒng)中溶解氫含量、機組負荷、溶解氧等參數(shù)進行數(shù)據(jù)集成，可以有效地判定金屬壁面形成的氧化膜是否完整，進而提醒專業(yè)人員對熱力系統(tǒng)腐蝕很快做出正確的評估，找出腐蝕原因所在。
[0009]關(guān)于不銹鋼水蒸氣腐蝕與氧化的機理，Schikorr提出，在溫度大于450°C下的水蒸氣中，鐵與水蒸氣反應(yīng)生成四氧化三鐵并放出氫氣，如下式所示:
[0010]3Fe + 4H20 = Fe3O4 + 4Η2 ?
[0011]與鐵發(fā)生氧化的氧來源于H2O, H2O與O2和H2存在著如下平衡關(guān)系:
[0012]H2O=H2+1/202
[0013]因此，水蒸氣的氧化性強弱取決于P (H2)/P(H2O)的比值。在600°C下，與FeO平衡W P (H2)/p(H2O)值約為7，對應(yīng)的平衡氧分壓為10_26atm左右。在鍋爐實際工況下，水蒸氣的流量很大，生產(chǎn)的氫很少，而且氫會隨著水蒸氣跑掉，因此P (H2)/P(H2O)要遠遠低于7的數(shù)值，促使反應(yīng)向右進行，導(dǎo)致鐵的繼續(xù)氧化。從熱力學(xué)角度分析，鐵的高溫水蒸氣氧化是自然過程，不可避免。
[0014]蒸汽與鋼表面的反應(yīng)速率受動力學(xué)控制,它用Arrhenius公式表示:
[0015]P=B.eQ/ET
[0016]P氫產(chǎn)量(mg/s)，T取樣點的蒸汽溫度(K)，B常數(shù)，Q活化能，R氣體常數(shù)。
[0017]從理論上來講，通過監(jiān)測系統(tǒng)反應(yīng)產(chǎn)物氫含量的監(jiān)測，可以揭示金屬在高溫水蒸汽下的氧化速率及復(fù)雜性因素的影響。然而，本案在實際研究中發(fā)現(xiàn)，溶解氫含量受到機組參數(shù)(例如金屬溫度、機組負荷、流量、壓力等，特別是機組負荷)、水工況(例如pH值、溶解氧、電導(dǎo)率等，特別是溶解氧)等因素的影響，僅僅得到氫含量并不能準確揭示金屬的腐蝕與氧化狀態(tài)。本案中對機組汽水系統(tǒng)中溶解氫含量、機組參數(shù)、水工況等參數(shù)進行監(jiān)測，將各組數(shù)據(jù)集成，通過實時的數(shù)據(jù)監(jiān)測分析、解析出金屬材料的腐蝕狀況，從而指導(dǎo)生產(chǎn)運行。所監(jiān)測的機組在一整天中按某種負荷模式運行。機組通常在夜間以非常低的負荷方式運行，在早晨和晚上的用電高峰期以高負荷方式運行。負荷的變化引起了蒸汽流量、溫度和壓力的變化，因而導(dǎo)致了蒸汽中氫含量隨時間復(fù)雜的變化。
[0018]本實用新型中，在發(fā)電機組汽水系統(tǒng)中設(shè)置了至少四個溶解氫濃度的監(jiān)測點，分別為省煤器入口、汽水分離器出口、過熱器出口、和再熱器出口，各監(jiān)測點參見圖1所示。
[0019]通過所述四個監(jiān)測點溶解氫濃度的監(jiān)測，能夠比較全面的反映汽水系統(tǒng)中溶解氫的含量變化，結(jié)合機組參數(shù)、水工況等參數(shù)的監(jiān)測，分析氫含量受機組參數(shù)、水工況等因素的影響程度，進而揭示金屬的氧化速率，評估金屬材質(zhì)氧化快慢，進而對機組熱力參數(shù)及水工況進行優(yōu)化，最大程度上降低機組腐蝕與氧化的速率。
[0020]從而，本實用新型提供了一種監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置，該裝置包括:
[0021]用于監(jiān)測發(fā)電機組汽水系統(tǒng)中省煤器入口、汽水分離器出口、過熱器出口、和再熱器出口的溶解氫含量的溶解氫分析儀表；
[0022]監(jiān)測機組參數(shù)的儀表；
[0023]監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表；
[0024]用于采集來自所述溶解氫分析儀表和監(jiān)測機組參數(shù)的儀表以及監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表的監(jiān)測數(shù)據(jù)的工控系統(tǒng)(工控單元);
[0025]其中，所述溶解氫分析儀表通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)連接至工控系統(tǒng)；
[0026]所述監(jiān)測機組參數(shù)的儀表、監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表分別通過分散控制系統(tǒng)(DCS)連接至工控系統(tǒng)。
[0027]利用本實用新型的監(jiān)測裝置，通過對所述監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，建立機組參數(shù)、水工況參數(shù)與溶解氫的變化之間的關(guān)系，能夠比較全面的反映汽水系統(tǒng)中溶解氫的含量變化，分析氫含量受機組參數(shù)、水工況等因素的影響程度，進而揭示金屬的氧化速率，可實時對機組發(fā)生的腐蝕及氧化情況進行跟蹤監(jiān)測。
[0028]本實用新型中的各儀表、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、分散控制系統(tǒng)、工控系統(tǒng)等儀器設(shè)備均可采用現(xiàn)有技術(shù)。根據(jù)本實用新型的具體實施方案，所述的工控系統(tǒng)可自動分析所收集的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并建立機組參數(shù)、水工況參數(shù)與溶解氫的變化之間的關(guān)系。
[0029]另外，由于氫氣含量還可能受到其他參數(shù)(如金屬材質(zhì)等)的影響。因此，根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置進一步包括監(jiān)測其他參數(shù)(機組鍋爐管材及壁溫度等)的儀表，該儀表可通過分散控制系統(tǒng)連接至工控系統(tǒng)，以便所述的工控系統(tǒng)同時采集這些監(jiān)測儀表的數(shù)據(jù)進行分析診斷。從而能夠綜合各監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析診斷后，評估金屬材質(zhì)氧化快慢，進而對機組熱力參數(shù)及水工況進行優(yōu)化，最大程度上降低機組腐蝕與氧化的速率。
[0030]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置中，所述監(jiān)測機組參數(shù)的儀表包括監(jiān)測機組負荷的儀表。
[0031]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置中，所述監(jiān)測機組參數(shù)的儀表還包括監(jiān)測金屬溫度、流量或壓力的儀表。
[0032]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置中，所述監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表包括監(jiān)測溶解氧的儀表。
[0033]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本實用新型的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置中，所述監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表還包括監(jiān)測PH值或電導(dǎo)率的儀表。
[0034]利用本實用新型的裝置監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況時，具體可按照以下方法進行操作:
[0035]對發(fā)電機組啟動時及運行過程中汽水系統(tǒng)中省煤器入口、汽水分離器出口、過熱器出口、和再熱器出口的溶解氫含量進行實時在線監(jiān)測；并監(jiān)測機組參數(shù)、水工況參數(shù)；[0036]采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析建立機組參數(shù)、水工況參數(shù)與溶解氫的變化之間的關(guān)系，實時對機組發(fā)生的腐蝕及氧化情況進行跟蹤監(jiān)測。
[0037]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，具體應(yīng)用時，還可進一步根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及機組參數(shù)、水工況參數(shù)與溶解氫的變化之間的關(guān)系分析，對機組啟停過程中的操作、機組運行工況進行優(yōu)化調(diào)整，以最大限度降低機組的腐蝕與氧化。
[0038]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，其中，可根據(jù)機組啟動時主蒸汽、再熱蒸汽溶解氫含量監(jiān)測數(shù)據(jù)評估水汽品質(zhì)及機組啟動前防腐蝕效果(機組啟動時主蒸汽、再熱蒸汽溶解氫含量的低高可從一定程度反映水汽品質(zhì)好壞及機組啟動前防腐蝕效果信息好壞)。當(dāng)機組啟動時主蒸汽溶解氫含量大于10 μ g/kg左右、和/或再熱蒸汽溶解氫含量大于20 μ g/kg左右時，水汽品質(zhì)不佳，或是機組啟動前的停機期間的防腐蝕保護效果較差。根據(jù)本實用新型的優(yōu)選具體實施方案，當(dāng)機組啟動時主蒸汽溶解氫含量大于10 μ g/kg左右、和/或再熱蒸汽溶解氫含量大于20μ g/kg左右時，對機組啟停過程中的操作、機組運行工況進行如下優(yōu)化調(diào)整:
[0039]加強機組停機期間防腐保護措施、加強機組啟動時的沖洗，和/或
[0040]適當(dāng)提高給水pH值。
[0041]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，其中，在機組運行過程中，省煤器入口、汽水分離器處溶解氫含量在I μ g/kg以下，說明給水系統(tǒng)、省煤器、水冷壁處發(fā)生的腐蝕較少；主蒸汽和再熱蒸汽中溶解氫含量在2.0 μ g/kg以下，說明過熱器、再熱器氧化皮較完整，剝離和破碎量較小，氧化皮增長速率慢。
[0042]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，其中，當(dāng)機組運行過程中主蒸汽、和/或再熱蒸汽中溶解氫含量大于2.0μ g/kg，對機組啟停過程中的操作、機組運行工況進行如下優(yōu)化調(diào)整:
[0043]首先檢查汽水品質(zhì)有無異常，尤其是系統(tǒng)pH值有無下降(若pH值有下降，可適當(dāng)提高給水PH值)；
[0044]若汽水品質(zhì)無異常，檢查機組負荷的升降速率(機組負荷高時，溶解氫含量隨之迅速上升);
[0045]如機組負荷的升降速率符合正常運行情況，檢查溫度、流量變化等其他機組參數(shù)情況(如溫度、流量不在機組正常運行范圍內(nèi)，進行相應(yīng)調(diào)整);
[0046]如機組參數(shù)符合正常運行情況，最后應(yīng)檢查機組鍋爐管材及壁溫度測點，核定有無超過該材質(zhì)最大抗氧化溫度。
[0047]根據(jù)本實用新型的具體實施方案，本案在研究中發(fā)現(xiàn)溶解氫含量還受到水工況特別是溶解氧的影響，具體可反映在主蒸汽中氧含量對于主蒸汽和再熱蒸汽中的溶解氫含量會造成一定影響。主蒸汽氧含量高，主蒸汽和再熱蒸汽溶解氫含量低；反之，主蒸汽氧含量低，溶解氫含量就會上升。從而，根據(jù)本實用新型的具體實施方案，還可進一步對機組啟停過程中的操作、機組運行工況進行如下優(yōu)化調(diào)整:對機組給水進行加氧處理。這樣的優(yōu)化措施對于防止機組受熱面的腐蝕有著積極的作用，有利于受熱面保護膜的形成。特別是當(dāng)機組運行過程中主蒸汽、和/或再熱蒸汽中溶解氫含量明顯偏高，例如大于2.0 μ g/kg時，可說明系統(tǒng)加氧量的不足，提示運行人員可適當(dāng)提高給水的加氧量。
[0048]本實用新型技術(shù)方案的有益效果:[0049]對于部分超臨界及以上機組而言，過熱器及再熱器氧化皮大面積脫落是一個非常突出的問題，現(xiàn)在大多數(shù)電廠采用的“逢停必檢測”的措施，即只要有停機機會，都需要過熱器及再熱器管材氧化皮的剝離情況進行逐根排查，這需要大量的人力、物力，以每次檢查80萬元計，平均每臺機組停機3次計，每臺機組檢查氧化皮費用近240萬元。若發(fā)生了大面積氧化皮脫落導(dǎo)致的堵管停機事故，其清理費用及因停機導(dǎo)致的損失至少在千萬元以上。另夕卜，機組熱力系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物及氧化皮脫落的顆粒會對主蒸汽門、汽水系統(tǒng)的各調(diào)速門及汽輪機葉片產(chǎn)生沖蝕，一方面，會導(dǎo)致相關(guān)閥門的卡澀，給機組的安全穩(wěn)定運行帶來隱患。另一方面，腐蝕顆粒會在熱力系統(tǒng)內(nèi)沉積，影響了機組的效率。利用本實用新型，通過汽水系統(tǒng)溶解氫含量以及機組參數(shù)、水工況參數(shù)的監(jiān)測，可以實現(xiàn)對機組發(fā)生的金屬腐蝕及氧化情況進行跟蹤監(jiān)測，獲得高溫氧化皮增長速率的有效信息。并根據(jù)該信息結(jié)果對機組運行工況進行優(yōu)化調(diào)整，從而避免因氧化皮快速增長后的剝落會造成堵管或引起超溫爆管泄漏事故的發(fā)生，最大限度降低機組金屬材料的腐蝕與氧化。改裝置一次性投資約50萬元，維護費用幾乎為零，其經(jīng)濟效益非常明顯。
[0050]利用本實用新型，通過對溶解氫分析儀讀數(shù)的觀察，結(jié)合機組參數(shù)、水工況參數(shù)情況，對熱力系統(tǒng)中發(fā)生的腐蝕有了最為直接的判斷，從而積極采取相關(guān)措施，減小溶解氫含量，降低腐蝕的發(fā)生。本實用新型中，還可進一步對溶解氫含量、機組參數(shù)、水工況參數(shù)進行實時監(jiān)測，建立起機組各項操作所帶來的溶解氫的變化關(guān)系，從而對機組啟停過程中的操作、機組運行工況進行優(yōu)化調(diào)整，最大限度降低機組的腐蝕與氧化，保證機組的安全穩(wěn)定運行。在線溶解氫分析儀安裝方便，日常使用維護簡單，不會對原有系統(tǒng)造成安全隱患。
[0051]綜上所述，本實用新型提供了一種監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對機組發(fā)生的金屬腐蝕及氧化情況進行跟蹤監(jiān)測，獲得高溫氧化皮增長速率的有效信息。并根據(jù)該信息結(jié)果對機組運行工況進行優(yōu)化調(diào)整，從而避免因氧化皮快速增長后的剝落會造成堵管或引起超溫爆管泄漏事故的發(fā)生，最大限度降低機組金屬材料的腐蝕與氧化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0052]圖1為顯示本實用新型的監(jiān)測點的熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I凝汽器，2凝結(jié)水泵，3低壓加熱器，4除氧器，5給水泵，6高壓加熱器，7省煤器，8水冷壁，9汽水分離器，10過熱器，11再熱器，12高壓缸，13中壓缸，14低壓缸，15溶解氫表H1，16溶解氫表H2，17溶解氫表H3，18溶解氫表H4。
[0053]圖2為本實用新型的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置(系統(tǒng))的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0054]圖3為本實用新型的一具體實施例的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置(系統(tǒng))的示意圖。
[0055]圖4為本實用新型一具體實施例中機組啟動階段汽水系統(tǒng)溶解含量測定曲線圖。
[0056]圖5為本實用新型一具體實施例中機組負荷與汽水系統(tǒng)溶解氫含量的關(guān)系曲線圖。
[0057]圖6為本實用新型一具體實施例中機組汽水系統(tǒng)溶解氫含與過熱蒸汽溶解氧含量的關(guān)系曲線圖?！揪唧w實施方式】
[0058]以下通過具體實施例詳細說明本實用新型的實施過程和產(chǎn)生的有益效果，旨在幫助閱讀者更好地理解本實用新型的實質(zhì)和特點，不作為對本案可實施范圍的限定。
[0059]實施例1
[0060]在發(fā)電機組停機期間，在機組汽水系統(tǒng)中安裝溶解氫分析儀。所述的汽水系統(tǒng)按照流體上下游方向依次主要包括再熱器11、中壓缸13、低壓缸14、凝汽器1、凝結(jié)水泵2、低壓加熱器3、除氧器4、給水泵5、高壓加熱器6、省煤器7、水冷壁8、汽水分離器9、過熱器10、高壓缸12，如圖1所示。按照圖1所示選取四個點安裝溶解氫分析儀(溶解氫表)來進行溶解氫的監(jiān)測，分別是省煤器入口、汽水分離器出口、過熱器出口和再熱器出口。
[0061]其中，監(jiān)測省煤器入口的溶解氫表Hl測得的溶解氫主要反映給水系統(tǒng)中的綜合信息，由于爐前系統(tǒng)溫度較低，氫含量的析出量較低，可以將其作為背景值；溶解氫表H2用于檢測汽水分離器出口的氫濃度，利用溶解氫表H2溶解氫監(jiān)測值與溶解氫表Hl溶解氫監(jiān)測值比較，結(jié)合其他參數(shù)可以反映省煤器和水冷壁的腐蝕與氧化情況；溶解氫表H3用于監(jiān)測過熱器出口溶解氫，利用溶解氫表H3溶解氫監(jiān)測值與溶解氫表H2溶解氫監(jiān)測值比較，結(jié)合其他參數(shù)可以反映過熱器系統(tǒng)腐蝕與氧化情況；溶解氫表用于監(jiān)測再熱器出口溶解氫，利用溶解氫表H4溶解氫監(jiān)測值與溶解氫表H3溶解氫監(jiān)測值比較，結(jié)合其他參數(shù)可以反映省再熱器系統(tǒng)的氧化狀況。
[0062]從上述四個監(jiān)測點的氫電導(dǎo)率表排水，用耐壓軟管引水樣接至溶解氫分析儀箱子后部的NPT管子，進入分析儀。水樣的溫度必須在211:至381:，壓力固定在5?50psi 土 10%之間(如水樣壓力變化超過10%，使用壓力調(diào)節(jié)器)。氫分析儀可選用現(xiàn)有技術(shù)中任何可實現(xiàn)所述監(jiān)測溶解氫含量的功能的儀表，優(yōu)選可選用基于熱導(dǎo)原理的測量池，以增加測量的穩(wěn)定性，并減少日常維護工作量，同時應(yīng)具有法拉第電解校準功能，方便儀表校準。更優(yōu)選分析儀電源要求為300W/220V/50或60Hz，就近取電源給分析儀供電。分析儀量程為O?5(或O?20) μ g/kg，輸出信號為直流O?20 (或4?20) mA，將分析儀輸出信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后引至工控系統(tǒng)。
[0063]參見圖2和圖3所示，本實用新型的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置(系統(tǒng))包括用于監(jiān)測發(fā)電機組汽水系統(tǒng)中省煤器入口、汽水分離器出口、過熱器出口、和再熱器出口的溶解氫含量的溶解氫分析儀表(監(jiān)測所述四個點溶解氫濃度的溶解氫表)101、監(jiān)測機組參數(shù)的儀表102、監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表103，還包括對各儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)采集的工控系統(tǒng)(工控單元)104，其中，所述溶解氫分析儀表是通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D連接至工控系統(tǒng)；所述監(jiān)測機組參數(shù)的儀表、監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表分別通過分散控制系統(tǒng)DCS (圖3中未顯示DCS)連接至工控系統(tǒng)。通過所述監(jiān)測，能夠比較全面的反映汽水系統(tǒng)中溶解氫的含量變化，分析氫含量受機組參數(shù)、水工況參數(shù)等因素的影響程度，進而揭示金屬的氧化速率。另外，氫氣含量還可能受到其他參數(shù)(金屬材質(zhì)等)的影響，因此，本實用新型的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置還可進一步包括監(jiān)測其他參數(shù)(機組鍋爐管材材質(zhì)及壁溫度等)的監(jiān)測儀表105，該儀表通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器DCS連接至工控系統(tǒng)，以便所述的工控系統(tǒng)可同時采集這些監(jiān)測儀表的數(shù)據(jù)進行分析診斷，綜合各監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析診斷后，評估金屬材質(zhì)氧化快慢，進而對機組熱力參數(shù)及水工況進行優(yōu)化，最大程度上降低機組腐蝕與氧化的速率。[0064]圖4反映了某電廠3號機組2月份啟動期間，各監(jiān)測點溶解氫含量的變化情況。從圖中可以看出，機組啟動時，主蒸汽、再熱蒸汽溶解氫含量均處于較高的水平，分別達到了10 μ g/kg和20 μ g/kg左右。這主要是由于機組在剛啟動時,水汽品質(zhì)不佳,達不到正常運行時的水平，造成機組受熱面的腐蝕；此外，機組經(jīng)過上一次的停機，以及停機后的備用階段，會對機組受熱面在正常運行階段形成的保護膜造成部分的破壞，在這些保護膜被破壞的區(qū)域，腐蝕更易發(fā)生。
[0065]由以上分析知，機組正常運行時，省煤器入口、汽水分離器、過熱器出口、再熱器出口溶解氫維持在較低水平，含量均在2 μ g/kg以下。機組啟動時，汽水水系統(tǒng)氫含量明顯上升，達到10μ g/kg?20μ g/kg說明金屬的腐蝕速率加快。通過機組啟動階段汽水系統(tǒng)溶解氫的監(jiān)測，能夠反映出金屬材質(zhì)在啟動階段的腐蝕程度，同時一定程度上可以對停機期間停爐保護的效果進行評估，例如，可以對歷次機組啟動后的水質(zhì)及氫含量進行統(tǒng)計分析，在工況大致相同的情況下，溶解氫含量明顯偏高時說明機組停用期間防腐蝕效果不好；反之，若溶解氫含量偏低，說明機組停用期間防腐蝕效果較好。可見，通過氫含量指標(biāo)指導(dǎo)運行人員對停爐保護工藝進行優(yōu)化；當(dāng)啟動階段氫含量明顯高于正常值時，提示運行人員應(yīng)加強機組啟動的沖洗，并適當(dāng)提高給水pH值。
[0066]圖5主要顯示了各取樣點溶解氫含量隨機組負荷的變化關(guān)系。從圖中可以看出，省煤器入口、汽水分離器處溶解氫含量較低，均在I μ g/kg以下波動，說明給水系統(tǒng)、省煤器、水冷壁處發(fā)生的腐蝕較少，而主蒸汽和再熱蒸汽中含量略高，說明過熱器和再熱器中高溫蒸汽與鐵基體的腐蝕反應(yīng)時刻在進行，從變化趨勢看，腐蝕反應(yīng)程度隨機組負荷的波動變化明顯，負荷高時，溶解氫含量隨之上升，儀表響應(yīng)迅速。但就整體變化量來看，主蒸汽和再熱蒸汽中氫含量較低，基本在2.0yg/kg以下，說明過熱器、再熱器氧化皮較完整，剝離和破碎量較小，氧化皮增長速率慢。
[0067]根據(jù)氫含量的大小，可以對機組運行過程中異常情況進行預(yù)警分析，同時對于氫含量明顯偏高的機組，可以依據(jù)氫含量的變化提出熱力參數(shù)及水工況優(yōu)化措施。例如，若機組在正常運行中蒸汽溶解氫含量突然上升，明顯高于2.0 μ g/kg,說明金屬腐蝕速率加快。這時運行人員應(yīng)該首先檢查汽水品質(zhì)有無異常，尤其是系統(tǒng)PH值有無下降；若汽水品質(zhì)無異常，應(yīng)檢查機組的操作情況，如符合機組負荷的升降速率，溫度、流量的變化情況。最后應(yīng)檢查機組鍋爐管材及壁溫度測點，核定有無超過該材質(zhì)最大抗氧化溫度的發(fā)生。
[0068]圖6藍線(線條四)表示的是主蒸汽中氧含量的變化，從圖中可以看出，主蒸汽中氧含量對于主蒸汽和再熱蒸汽中的溶解氫含量會造成影響。主蒸汽氧含量高，主蒸汽和再熱蒸汽溶解氫含量低；反之，主蒸汽氧含量低，溶解氫含量就會上升。這也說明，機組給水加氧處理對于防止機組受熱面的腐蝕有著積極的作用，有利于受熱面保護膜的形成。
[0069]對于加氧機組，若過熱蒸汽溶解氫含量明顯偏高，說明系統(tǒng)加氧量的不足，提示運行人員應(yīng)適當(dāng)提高給水的加氧量。若過熱蒸汽溶解氫含量明顯加長時間偏高，說明過熱器氧化皮處于快速增長態(tài)，或伴隨有氧化皮的破碎與脫落，這時應(yīng)注意機組有氧化皮堵塞蒸汽管的風(fēng)險。可見根據(jù)過熱蒸汽氫含量的大小來優(yōu)化指標(biāo)參數(shù)，使機組處于最優(yōu)工況運行。
【權(quán)利要求】
1.一種監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置，其特征在于，該裝置包括: 用于監(jiān)測發(fā)電機組汽水系統(tǒng)中省煤器入口、汽水分離器出口、過熱器出口、和再熱器出口的溶解氫含量的溶解氫分析儀表； 監(jiān)測機組參數(shù)的儀表； 監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表； 用于采集來自所述溶解氫分析儀表和監(jiān)測機組參數(shù)的儀表以及監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表的監(jiān)測數(shù)據(jù)的工控系統(tǒng)； 其中，所述溶解氫分析儀表通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接至工控系統(tǒng)； 所述監(jiān)測機組參數(shù)的儀表、監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表分別通過分散控制系統(tǒng)連接至工控系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置，其特征在于，該裝置進一步包括監(jiān)測機組鍋爐管材及壁溫度的儀表，該儀表通過分散控制系統(tǒng)連接至工控系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置，其特征在于，所述監(jiān)測機組參數(shù)的儀表包括監(jiān)測機組負荷的儀表。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置，其特征在于，所述監(jiān)測機組參數(shù)的儀表還包括監(jiān)測金屬溫度、流量或壓力的儀表。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置，其特征在于，所述監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表包括監(jiān)測溶解氧的儀表。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測發(fā)電機組高溫氧化皮情況的裝置，其特征在于，所述監(jiān)測水工況參數(shù)的儀表還包括監(jiān)測pH值或電導(dǎo)率的儀表。
【文檔編號】F22B37/38GK203478191SQ201320627048
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】李志成, 王應(yīng)高, 余安國, 李永立, 張秀麗 申請人:國家電網(wǎng)公司, 華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司