基于极化曲线的锅炉烟气侧腐蚀检测方法与流程

1.本发明属于锅炉燃烧诊断领域，与锅炉安全运行密切相关，具体涉及基于极化曲线的锅炉烟气侧腐蚀检测方法，用于实现锅炉运行过程中受热面烟气侧腐蚀在线监测的目的。


背景技术：

2.在锅炉事故中，受热面管的泄漏损坏事故最为严重和常见，占到锅炉事故的70％以上。锅炉受热面的服役条件较为苛刻。一方面，由于靠近火焰中心管壁温度较高；另一方面，天然气、煤粉、垃圾等物质燃烧后会释放出大量硫化物、氯化物等腐蚀性气体。受热面管道在长期在这种环境下工作极易发生高温腐蚀。
3.金属的高温腐蚀一般是指金属材料在高温环境下与沉积在其表面的盐发生氧化反应或硫化反应而形成的高温腐蚀状态。腐蚀层的成分往往十分复杂，具有多个层次，包括以多种硫酸盐、硅酸盐为主的焦渣，燃料燃烧后的飞灰，以及相对致密的氧化物，腐蚀后的管壁外层非常疏松，很难起到保护作用。在不同的工业服役环境，关键部件发生高温腐蚀反应的严重程度也不尽相同，所用燃料的类别、纯度以及燃烧时空气的质量对其影响非常大。金属材料发生高温腐蚀时，氧化和硫化反应剧烈，部件腐蚀程度随着服役时间的增加急剧增加，极易造成由腐蚀引发的失效问题。因此，需要对锅炉腐蚀情况进行监测。
4.目前，锅炉腐蚀普遍采用通过定期割管和无损检测技术进行监测，割管后利用金相或者电镜技术判断腐蚀减薄量，该方法需要对锅炉进行切割取样，实验及换装费用较高；无损检测技术包含超声波检测、磁粉检测、涡流检测等方法。然而，超声波检测方法由于测量前需做管外壁除垢、涂抹耦合剂等准备工序，速度慢、检测效率低；磁粉检测只能用来检测外表面缺陷，无法检测管内壁腐蚀缺陷；涡流检测只适用于检测表面缺陷,检测速度慢。这些方法均存在一个问题：无法对腐蚀情况进行实时连续监测。现有可实现高温腐蚀在线监测的装置主要通过实时测量烟气中co、o2、h2s、so2等气体浓度来实现炉膛高温腐蚀速率在线监测。例如专利cn200810195414.9《锅炉水冷壁高温腐蚀监测系统》中提及了一种包括采样系统与采样控制与处理系统的腐蚀监测系统，系统通过采样探管采集烟气后经过陶瓷过滤器过滤灰分随后经过加热冷凝得到脱水的烟气样气，最终通过对样气气体成分的分析建立数学模型，对腐蚀情况进行预测；专利cn201720461005.3《电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统》通过安装在待测环境中的取样单元抽取服役环境中的粉尘与还原性气氛的混合物，同时利用安装在取样探头尾部的三通球阀反吹取样探头防止探头堵塞，冷却单元将还原性气氛中的水蒸气凝并去除，通过加装的二级微粒过滤器对细小颗粒进行去除，随后通过气氛分析单元分析气氛，最终利用数学模型预测腐蚀程度。但是，这些连续监测的技术都是通过间接途径(腐蚀气氛浓度)反映腐蚀减薄量，考虑到受热面材质的不同，无法给出具体材质锅炉管的腐蚀减薄。目前，电化学腐蚀监测系统主要用于含有液态水的高温高压水环境，例如专利cn202020828076.4《一种热网循环水碳钢管道腐蚀速率在线测量装置》提及的腐蚀在线监测装置，可通过安装在热网循环水中的探头，采用线性极化法测量瞬时腐蚀
速率。然而，此类装置无法应用于不含液态水且温度较高的锅炉环境。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于可以提供基于极化曲线的锅炉烟气侧腐蚀检测方法，以解决无法评估不同材质锅炉管的腐蚀程度问题，可为锅炉燃烧优化及受热面服役性能评价提供依据。
6.本发明采用如下技术方案来实现的：
7.基于极化曲线的锅炉烟气侧腐蚀检测方法，包含以下步骤：
8.步骤一：将适用于高温腐蚀环境且采用与待监测面合金相同材质的合金制备的腐蚀监测装置安装至待测位置，使用电化学工作站读取电化学信号；
9.步骤二：选择开路电位模式对开路电位进行测量；
10.步骤三：待开路电位稳定后，转为极化曲线模式，以开路电位为基准，以设定的扫描速率对极化曲线进行测量；
11.步骤四：利用塔费尔直线外推法测定腐蚀电流；
12.步骤五：利用如下公式将腐蚀电流转化为腐蚀速率：
[0013][0014]
其中，v为年腐蚀速率、a为合金摩尔质量、n为转移电子数、d为合金密度。
[0015]
本发明进一步的改进在于，还包括以下步骤：
[0016]
步骤六：每隔设定时间，重复上述步骤进行锅炉烟气侧腐蚀检测。
[0017]
本发明进一步的改进在于，采用适用于高温腐蚀环境的腐蚀监测装置，实现高温腐蚀情况进行实时监控。
[0018]
本发明进一步的改进在于，待开路电位稳定后再进行极化曲线测量。
[0019]
本发明进一步的改进在于，步骤四的具体操作如下：
[0020]
用δe-lg|i|作图，得到塔费尔直线，分别阴极极化、阳极极化塔费尔直线的斜率，带入如下公式得到表观传递系数α和β，将两条阴极、阳极塔费尔直线外推至交点，交点横坐标为lgi
corr
，纵坐标为δe，由此得到腐蚀电流i
corr
；
[0021]
阴极极化：
[0022][0023]
阳极极化：
[0024][0025]
其中δe为腐蚀电流极化值、i为电流密度、r为热力学常数、t为热力学温度、n为转移电子数、f为法拉第常数、i
corr
为腐蚀电流。
[0026]
本发明进一步的改进在于，通过腐蚀电流-腐蚀速率转换公式，将腐蚀电流转化为腐蚀速率。
[0027]
本发明至少具有如下有益的技术效果：
[0028]
本发明利用极化曲线测量方法，采用高温腐蚀环境的腐蚀监测装置，实现高温腐蚀情况进行实时监控。本发明将极化曲线数据通过塔费尔直线外推法得到腐蚀电流，利用腐蚀电流-腐蚀速率转换公式将腐蚀电流转化为腐蚀速率，从而达到真实反应锅炉受热面高温合金腐蚀速率的目的。
附图说明
[0029]
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
[0030]
为更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0031]
步骤一：将适用于高温腐蚀环境且采用与待监测面合金相同材质的合金制备的腐蚀监测装置安装至待测位置，采集待测位置沉积的煤灰均匀粉碎后覆盖于装置测试端表面，使用电化学工作站读取电化学信号。
[0032]
步骤二：选择开路电位模式对开路电位进行测量。
[0033]
步骤三：待开路电位稳定后，转为极化曲线模式，以开路电位为基准，以设定的扫描速率对极化曲线进行测量。
[0034]
步骤四：利用塔费尔直线外推法测定腐蚀电流，具体操作如下：
[0035]
用δe-lg|i|作图，得到塔费尔直线，可分别阴极极化、阳极极化塔费尔直线的斜率，带入如下公式可得到表观传递系数α和β，将两条阴极、阳极塔费尔直线外推至交点，交点横坐标为lgi
corr
，纵坐标为δe。由此可得腐蚀电流i
corr
。
[0036]
阴极极化：
[0037][0038]
阳极极化：
[0039][0040]
其中δe为腐蚀电流极化值、i为电流密度、r为热力学常数、t为热力学温度、n为转移电子数、f为法拉第常数、i
corr
为腐蚀电流。
[0041]
步骤五：利用如下公式将腐蚀电流转化为腐蚀速率：
[0042][0043]
其中，v为年腐蚀速率、a为合金摩尔质量、n为转移电子数、d为合金密度。
[0044]
步骤六：每隔设定时间，重复上述步骤。
[0045]
实施例一
[0046]
以锅炉水冷壁管p92材质为例。以p92制备的腐蚀监测装置。对开路电位、极化曲线进行测量。待开路电位稳定后开路电位为-0.6v，进行极化曲线测量，电位扫描范围选择相对于开路电位的-1v～ 1v即为-1.6v～0.4v，扫描速率为0.2mv
·
s-1
。用δe-lg|i|作图，得
到塔费尔直线，可分别阴极极化、阳极极化塔费尔直线的斜率bc＝-6.105、ba＝5.061，带入如下公式可得到表观传递系数α＝3.90
×
10-3
和β＝4.70
×
10-3
，将两条阴极、阳极塔费尔直线外推至交点，交点横坐标为lgi
corr
，对数处理得到腐蚀电流为1.151
×
10-3
a，转化可得年腐蚀速率为5.3mm/a。
[0047]
实施例二
[0048]
以锅炉过热器管super304h材质为例。以super304h制备的腐蚀监测装置。对开路电位、极化曲线进行测量。待开路电位稳定后开路电位为-0.4v，进行极化曲线测量，电位扫描范围选择相对于开路电位的-1v～ 1v即为-1.4v～0.6v，扫描速率为0.2mv
·
s-1
。用δe-lg|i|作图，得到塔费尔直线，可分别阴极极化、阳极极化塔费尔直线的斜率bc＝-4.554、ba＝4.593，带入如下公式可得到表观传递系数α＝5.22
×
10-3
和β＝5.18
×
10-3
，将两条阴极、阳极塔费尔直线外推至交点，交点横坐标为lgi
corr
，对数处理得到腐蚀电流为4.418
×
10-5
a，转化可得年腐蚀速率为0.2mm/a。
[0049]
实施例三
[0050]
以锅炉过热器管inconel625材质为例。以inconel625制备的腐蚀监测装置。对开路电位、极化曲线进行测量。待开路电位稳定后开路电位为-0.1v，进行极化曲线测量，电位扫描范围选择相对于开路电位的-1v～ 1v即为-1.1v～0.9v，扫描速率为0.2mv
·
s-1
。用δe-lg|i|作图，得到塔费尔直线，可分别阴极极化、阳极极化塔费尔直线的斜率bc＝-5.843、ba＝4.067，带入如下公式可得到表观传递系数α＝4.07
×
10-3
和β＝5.85
×
10-3
，将两条阴极、阳极塔费尔直线外推至交点，交点横坐标为lgi
corr
，对数处理得到腐蚀电流为4.204
×
10-6
a，转化可得年腐蚀速率为0.02mm/a。
[0051]
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。