本發(fā)明涉及鍋爐集箱金屬腐蝕防護(hù)，具體涉及一種提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、目前正在設(shè)計研發(fā)的新一代650℃級鍋爐集箱將采用高溫強(qiáng)度、疲勞性能優(yōu)異且性價比優(yōu)勢顯著的fe-ni-cr基高溫合金。由于這類γ′相析出強(qiáng)化型高溫合金中fe的含量較高，cr含量通常限制在較低的水平(不高于20wt.％)，以避免富cr有害相的析出而削弱合金的力學(xué)性能。然而，當(dāng)cr含量較低時，fe-ni-cr基合金在含水蒸汽的混合氣氛中服役過程中，極易形成富fe的氧化物，其生長速率較快，縮短了合金在高溫下的服役壽命。

2、眾所周知，fe-ni-cr基合金在高溫環(huán)境中服役時，往往依賴于其表面形成一層生長緩慢、致密、完整性好的cr2o3膜來提供防護(hù)。為了使fe-ni-cr基合金表面形成連續(xù)完整的cr2o3膜，通常采用表面處理的方式，包括施加涂層、細(xì)化晶粒(噴丸、機(jī)械研磨)、預(yù)氧化等。

3、但是，涂層制備工藝復(fù)雜且通常會污染環(huán)境，在高溫服役過程中涂層還與基體之間發(fā)生元素互擴(kuò)散，從而損害合金基體的力學(xué)性能。而細(xì)化晶粒僅能維持有限的時間，長時或高溫條件下晶粒長大從而失去效用。對比而言，預(yù)氧化技術(shù)成本低廉且操作簡單，僅需在真空熱處理爐或惰性氣體保護(hù)爐中進(jìn)行，通過降低氧分壓，從而降低合金元素選擇性氧化的臨界含量，促進(jìn)cr2o3膜的形成。遺憾的是，受制于真空熱處理設(shè)備技術(shù)，在實際生產(chǎn)中，對鍋爐集箱進(jìn)行預(yù)氧化形成cr2o3膜并不現(xiàn)實。如果能夠在非真空氣氛或非惰性氣體保護(hù)下，而是結(jié)合生產(chǎn)實際或服役工況進(jìn)行預(yù)氧化，將極大地拓寬預(yù)氧化理論的應(yīng)用范圍，對提高鍋爐集箱的抗氧化性能，是非常有意義的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法及裝置，能夠結(jié)合生產(chǎn)實際或服役工況在非真空氣氛或非惰性氣體保護(hù)下對650℃級鍋爐集箱進(jìn)行預(yù)氧化，有效提高鍋爐集箱的抗蒸汽氧化性能。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明有如下的技術(shù)方案：

3、一種提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法，包括以下步驟：

4、將密封的鍋爐集箱及設(shè)置在集箱上的接管座作為氣路的一部分，在純水蒸汽條件下，提供中溫區(qū)環(huán)境，采用預(yù)氧化的方法在集箱及接管座的內(nèi)表面原位生成連續(xù)致密的cr2o3膜。

5、更進(jìn)一步的，所述純水蒸汽中的溶解氧的含量不高于6ppm。

6、更進(jìn)一步的，所述中溫區(qū)的溫度范圍高于650℃但低于750℃。

7、更進(jìn)一步的，所述預(yù)氧化的處理時間為24h～48h。

8、優(yōu)選的，在預(yù)氧化之前，對集箱及接管座的內(nèi)表面進(jìn)行除銹、除油，并清洗干燥。

9、在一種優(yōu)選的方案中，所述在純水蒸汽條件下，提供中溫區(qū)環(huán)境，采用預(yù)氧化的方法在集箱及接管座的內(nèi)表面原位生成連續(xù)致密的cr2o3膜的步驟具體包括：

10、s1、在室溫下，向集箱及接管座中通入惰性氣體，排盡集箱中的空氣；

11、s2、對集箱及接管座加熱，待溫度達(dá)到中溫區(qū)設(shè)定溫度時，停止通入惰性氣體；

12、s3、將同溫度的水蒸汽泵入集箱及接管座中，并進(jìn)行保溫，完成預(yù)氧化反應(yīng)。

13、更進(jìn)一步的，在一種優(yōu)選的方案中，完成預(yù)氧化反應(yīng)之后，停止加熱，使集箱及接管座自然冷卻，回收集箱及接管座中的冷凝水。

14、更進(jìn)一步的，所述集箱的材質(zhì)為γ′相強(qiáng)化型fe-ni-cr基高溫合金。

15、進(jìn)一步的，所述γ′相強(qiáng)化型fe-ni-cr基高溫合金中的cr含量不低于12％但不高于19％，fe含量不低于30％但不高于42％。

16、一種用于實現(xiàn)所述提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法的裝置，包括分別通過管路與集箱上的第一接管座密封連接的水蒸汽發(fā)生裝置和除氣裝置，以及通過管路與集箱上的第二接管座密封連接的冷凝水回收裝置；所述水蒸汽發(fā)生裝置與集箱之間的管路上設(shè)置有水蒸汽閥門，所述除氣裝置與集箱之間的管路上設(shè)置有除氣閥門，所述冷凝水回收裝置與集箱之間的管路上設(shè)置有冷凝水回收閥門；將集箱上的除第一接管座與第二接管座以外的其余接管座均進(jìn)行密封；在所述集箱以及接管座的外周設(shè)置有加熱裝置。

17、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有如下的有益效果：

18、本發(fā)明提供的一種提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法，通過將密封的鍋爐集箱以及設(shè)置在集箱上的接管座作為氣路的一部分，在純水蒸汽條件、中溫區(qū)環(huán)境下進(jìn)行預(yù)氧化，可以實現(xiàn)在集箱及接管座的內(nèi)表面原位生成連續(xù)致密的cr2o3膜，預(yù)生成的cr2o3膜在后續(xù)的更高的純水蒸汽中長期穩(wěn)定，能夠有效阻礙集箱進(jìn)一步發(fā)生氧化，從而降低集箱的氧化速率，提高集箱的抗蒸汽氧化性能。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)氧化處理不適用于在非真空或非惰性氣體保護(hù)下提高集箱的抗蒸汽氧化性能的問題。同時，也克服了在低溫區(qū)、同樣氣氛條件下對650℃級鍋爐集箱合金材料進(jìn)行預(yù)氧化無法形成連續(xù)cr2o3膜的弊端。

19、進(jìn)一步的，本發(fā)明提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法在純水蒸汽條件、中溫區(qū)環(huán)境下進(jìn)行預(yù)氧化時，中溫區(qū)的溫度范圍為高于650℃但低于750℃。預(yù)氧化的機(jī)理通常是利用元素的活性，使合金在低氧分壓環(huán)境下優(yōu)先發(fā)生活性較高的元素的氧化，然而，通常的預(yù)氧化都是在真空或惰性環(huán)境下形成cr2o3膜或al2o3膜，申請人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，對于650℃級鍋爐集箱所采用的γ′相強(qiáng)化型fe-ni-cr基高溫合金，在水蒸汽中的氧化速率與溫度之間出現(xiàn)了“倒鐘型”的關(guān)系特性，將650℃級鍋爐集箱置于純水蒸汽條件、中溫區(qū)環(huán)境下進(jìn)行預(yù)氧化，對加熱裝置的要求極低，尤其適用于鍋爐集箱這一類大尺寸構(gòu)件的預(yù)氧化。

技術(shù)特征：

1.一種提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，所述純水蒸汽中的溶解氧的含量不高于6ppm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，所述中溫區(qū)的溫度范圍高于650℃但低于750℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，所述預(yù)氧化的處理時間為24h～48h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，在預(yù)氧化之前，對集箱及接管座的內(nèi)表面進(jìn)行除銹、除油，并清洗干燥。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，所述在純水蒸汽條件下，提供中溫區(qū)環(huán)境，采用預(yù)氧化的方法在集箱及接管座的內(nèi)表面原位生成連續(xù)致密的cr2o3膜的步驟具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，完成預(yù)氧化反應(yīng)之后，停止加熱，使集箱及接管座自然冷卻，回收集箱及接管座中的冷凝水。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，所述集箱的材質(zhì)為γ′相強(qiáng)化型fe-ni-cr基高溫合金。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，所述γ′相強(qiáng)化型fe-ni-cr基高溫合金中的cr含量不低于12％但不高于19％，fe含量不低于30％但不高于42％。

10.一種用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1至9中任意一項所述提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法的裝置，其特征在于，包括分別通過管路與集箱(1)上的第一接管座(3)密封連接的水蒸汽發(fā)生裝置(5)和除氣裝置(6)，以及通過管路與集箱(1)上的第二接管座(4)密封連接的冷凝水回收裝置(7)；所述水蒸汽發(fā)生裝置(5)與集箱(1)之間的管路上設(shè)置有水蒸汽閥門(10)，所述除氣裝置(6)與集箱(1)之間的管路上設(shè)置有除氣閥門(8)，所述冷凝水回收裝置(7)與集箱(1)之間的管路上設(shè)置有冷凝水回收閥門(9)；將集箱(1)上的除第一接管座(3)與第二接管座(4)以外的其余接管座均進(jìn)行密封；在所述集箱(1)以及接管座的外周設(shè)置有加熱裝置(2)。

技術(shù)總結(jié)
一種提高650℃級鍋爐集箱抗蒸汽氧化性能的方法及裝置，方法包括以下步驟：將密封的鍋爐集箱及設(shè)置在集箱上的接管座作為氣路的一部分，在純水蒸汽條件下，提供中溫區(qū)環(huán)境，采用預(yù)氧化的方法在集箱及接管座的內(nèi)表面原位生成連續(xù)致密的Cr<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;膜。集箱的材質(zhì)為γ′相強(qiáng)化型Fe?Ni?Cr基高溫合金。裝置包括分別通過管路與集箱上的第一接管座密封連接的水蒸汽發(fā)生裝置和除氣裝置，以及通過管路與集箱上的第二接管座密封連接的冷凝水回收裝置；管路上均設(shè)置有控制閥門，集箱上的除第一接管座與第二接管座以外的其余接管座均密封；在集箱以及接管座的外周設(shè)置有加熱裝置。本發(fā)明能夠結(jié)合生產(chǎn)實際或服役工況提高鍋爐集箱的抗蒸汽氧化性能。

技術(shù)研發(fā)人員：楊珍,陳鋒,劉艷貴,解繼剛,沈正華,陳勝軍,屠亮,楊輝,袁勇,王俊,李來春,錢榮財,王春林,熊偉,蔣金忠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國華能集團(tuán)公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12