專利名稱：鍋爐管道酸洗過程低應(yīng)力脆性斷裂危險性探測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鍋爐/管道酸洗安全檢測裝置。
國內(nèi)外的鍋爐數(shù)量很多，由于鍋爐給水中含有雜質(zhì)，在爐內(nèi)熱交換界面上會生成各種沉積物(水垢)。同時，鍋爐及管道鋼在高溫水中的腐蝕也會產(chǎn)生程度不同的銹層。這些水垢及銹層的產(chǎn)生使得鍋爐的能耗增加，受熱面的過熱會導(dǎo)致金屬強(qiáng)度降低，使用壽命縮短，且易于發(fā)生爆炸事故。因此，鍋爐/管道系統(tǒng)的酸洗除銹除垢是降低能耗，延長其使用壽命，保證安全生產(chǎn)的主要技術(shù)措施。
在酸洗過程中，鍋爐/管道的鋼鐵本體也將不同程度地受到腐蝕。腐蝕的陰極過程產(chǎn)生的氫原子會在濃度梯度作用下滲入鋼鐵內(nèi)部，向深處擴(kuò)散。即使當(dāng)金屬晶格中的氫原子濃度很低時，在三軸應(yīng)力區(qū)的原子氫也會引起鋼鐵的韌性下降，脆性增加和在張應(yīng)力作用下的滯后斷裂。因此，在酸洗時，既要防止鋼鐵本體產(chǎn)生顯著的全面腐蝕，更重要的是防止由于氫原子滲透而導(dǎo)致鋼鐵結(jié)構(gòu)發(fā)生氫致腐蝕裂開(HIC)這類低應(yīng)力脆性斷裂。后者是比前者危險性更大的一種腐蝕破壞，它可以使鋼材在低于其設(shè)計(jì)應(yīng)力和許用應(yīng)力的情況下發(fā)生斷裂。由于緩蝕劑選用不當(dāng)或添加量不合適而產(chǎn)生的不良酸洗，常常會引起鍋爐/管道的酸洗致裂并導(dǎo)致對簿公堂的嚴(yán)重后果。
由此可見，針對鍋爐/管道系統(tǒng)在酸洗過程中發(fā)生氫致腐蝕裂開的危險性，研究發(fā)展在線檢測的智能化新技術(shù)，對于調(diào)優(yōu)控制工藝參數(shù)，保障鍋爐的安全運(yùn)行，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，國內(nèi)、外尚無專門用于檢測鍋爐/管道系統(tǒng)酸洗過程中HIC危險性的儀器。國際上已有的一些通用型的商品氫探測儀，如“補(bǔ)釘式”氫探測儀，“藤壺式”氫探測儀等，存在著許多不足之處信號水平低(2-6微安/厘米2)、響應(yīng)時間長(48小時)、使用麻煩。更為嚴(yán)重的缺點(diǎn)在于它們大都在設(shè)備或管道的外壁使用，對氫致裂開敏感的材料而言，一旦測得較高的滲氫電流，設(shè)備或管道往往已造成了無可挽回的氫致操作。它們的探頭并不直接接觸腐蝕介質(zhì)，測量給出的僅僅是滲氫電流，沒有與特定的鋼種在所在腐蝕介質(zhì)中的強(qiáng)度/脆性聯(lián)系起來，因而沒有明確的物理意義。其測量結(jié)果也無法用以評價判斷材料發(fā)生這類破壞危險性的敏感程度。
為解決以上之不足，本發(fā)明的目的提供一種鍋爐/管道系統(tǒng)酸洗過程中低應(yīng)力脆性斷裂危險性探測儀，利用微機(jī)，對探頭傳感器直接測得的信號加以處理，從而獲得從酸洗液中測得鍋爐/管道酸洗脆性斷裂危險性的信息，為適時采取措施，防止由此而引起的惡性破壞事故，提供科學(xué)技術(shù)根據(jù)。
本發(fā)明探測儀結(jié)構(gòu)是這樣設(shè)計(jì)的本裝置由裝有信號傳感器的探頭和控制電路兩部份組成，控制電路由電流電壓轉(zhuǎn)換器、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、8031單片機(jī)、超微型打印機(jī)、工況指示器、恒流源及電源組成。其連接是信號傳感器探頭與電流/電壓轉(zhuǎn)換器連接，電流電壓轉(zhuǎn)換器與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器連接，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)8031連接。8031單片機(jī)分別與工況指示器、超微型打印機(jī)、電源相接、恒流源直接連接信號傳感器(如

圖1所示)。
信號傳感器為密封式鈕扣形狀(如圖6所示)，其結(jié)構(gòu)是上面為內(nèi)鍍催化劑層的雙面電極，電極內(nèi)為隔膜(浸透堿液)、堿液下為氧化物，最下面為金屬后蓋，后蓋與雙面電極之間加有密封、絕緣墊圈。其中雙面電極的內(nèi)層敏感箔為電鍍了催化劑活性層的08F優(yōu)質(zhì)碳素鋼經(jīng)冷軋一氬氣氛光亮退火的箔帶。厚度為0.3毫米，陰極為氧化物粉末電極，分別參雜了少量其它氧化物;兩電極表面之間有浸透了堿液的隔膜與電極表面相接觸。整個傳感器由專用沖床沖壓密封，電極間采用熱塑性聚乙烯墊圈密封絕緣。信號傳感器固定在探頭的前端。探頭則固定在中空的承壓絲杠上。傳感器之信號線從承壓絲杠中間引出。
鍋爐/管道系統(tǒng)酸洗過程中低應(yīng)力脆性斷裂敏感性探測儀的工作原理信號元件以原子氫滲透速率測量傳感器作為信號元件，確定了傳感器在含有不同種類和濃度緩蝕劑的酸洗溶液中的信號水平。
傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6所示，其工作過程是利用內(nèi)側(cè)鍍有Ni催化劑層的敏感箔(0.3mm厚并經(jīng)氬氣氛光亮退火的08F優(yōu)質(zhì)碳素鋼帶)作為雙面電極，當(dāng)其外側(cè)與腐蝕性介質(zhì)相接觸時，就發(fā)生充氫(指氫離子還原成原子狀態(tài)的氫吸附于其外側(cè))。在敏感箔兩側(cè)原子氫濃度梯度(差)的推動下，發(fā)生原子氫由外向內(nèi)的擴(kuò)散(滲透)，由此到達(dá)鍍有催化劑層的敏感箔的內(nèi)表面。當(dāng)傳感器的兩個電極短路時，就發(fā)生原子氫的陽極氧化和金屬氧化物的陰極還原，并保持傳感器內(nèi)KOH的總濃度不變，由此而給出的傳感器的短路電流就可以作為原子氫滲透速率的直接表征。
信號標(biāo)定確定了兩種鍋爐用鋼及其帶焊縫材料在上述酸洗溶液中的強(qiáng)度/脆性，并以此對傳感器信號輸出水平進(jìn)行標(biāo)定，確定了傳感器的信號與鍋爐/管道用鋼發(fā)生這種低應(yīng)力脆性斷裂危險性之間的對應(yīng)關(guān)系，從而賦予測得的信號以相應(yīng)的數(shù)值。
例如，假設(shè)鍋爐鋼A在酸洗時，通過仿真試驗(yàn)確定，當(dāng)傳感器在酸液中的信號(滲氫電流，I)大于30μA時，鍋爐鋼對上述低應(yīng)力脆性斷裂敏感;當(dāng)I小于20μA時，鍋爐鋼處于安全狀態(tài);當(dāng)I位于20-30μA時，處于有潛在危險的狀態(tài)。如果在現(xiàn)場進(jìn)行檢測時，傳感器在酸洗溶液中的信號輸出為15μA，則鍋爐鋼A沒有發(fā)生上述低應(yīng)力脆性斷裂的危險性，酸洗過程處于安全狀態(tài);若信號輸出值為25μA，則鍋爐鋼A對這種脆性斷裂有潛在的危險;而當(dāng)信號輸出值為40μA時，則鍋爐鋼A對這種脆性斷裂相當(dāng)敏感。對于后面兩種情況，均應(yīng)重新調(diào)整酸洗溶液的配方(酸及緩蝕劑的種類與濃度)，以保證鍋爐在酸洗過程中的絕對安全。
利用微機(jī)及軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鍋爐/管道在酸洗過程中低應(yīng)力脆性斷裂敏感性的現(xiàn)場檢測和就地評價判斷。
微機(jī)系統(tǒng)和打印輸出機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、結(jié)果的評價與低應(yīng)力脆性斷裂敏感性判斷的微機(jī)系統(tǒng)以及打印輸出機(jī)構(gòu)由下列組件與線路組成帶有電流信號放大的零阻電流表、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D)、8031單片機(jī)、恒流電源、工作電源、超微型打印機(jī)和工況顯示器等。
借助于上述系統(tǒng)，將來自傳感器的電流信號放大、A/D轉(zhuǎn)換，存儲在8031單片機(jī)中?？繉ｉT設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)，將評價和判斷結(jié)果打印輸出。庫存數(shù)據(jù)打印輸出包括下列諸項(xiàng)內(nèi)容(1)原子氫滲透速率隨時間的變化;
(2)在腐蝕介質(zhì)中傳感器內(nèi)原子氫的最大滲透速率;
(3)對鍋爐鋼及其帶焊縫材料在上述介質(zhì)中發(fā)生上述低應(yīng)力脆性斷裂的危險性按“安全”、“危險”或“敏感”分別作出判斷。
所有結(jié)果全部在TPμP-40A超微型打印機(jī)的寬度為55mm的打印紙上自動制表打印輸出。
本發(fā)明與已有技術(shù)比較有如下優(yōu)點(diǎn)借助于控制電路和傳感器在酸洗時的滲氫電流值與鍋爐鋼的強(qiáng)度/脆性之間的對應(yīng)關(guān)系，賦予測量信號(滲氫電流)以特定的物理意義。從而使測得的滲氫電流值可直接用來評價鍋爐鋼的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生上述低應(yīng)力脆性斷裂的敏感性;
帶有信號傳感器的探頭直接接觸酸洗溶液。信號水平和響應(yīng)速度均比一些商品儀器高約1.5～2個數(shù)量級。因此，可及時預(yù)報鋼材在酸洗液中發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂的敏感性，從而避免了某些對這種脆斷敏感的鋼材在用商品儀器檢測時由于信號滯后而發(fā)生的不可逆的氫致?lián)p傷。
本發(fā)明之詳細(xì)結(jié)構(gòu)由以下實(shí)施例及附圖給出。
圖1為鍋爐/管道酸洗過程低應(yīng)力脆性斷裂危險性探測儀控制方框圖;
圖2為鍋爐/管道酸洗過程低應(yīng)力脆性斷裂危險性探測儀電流電壓轉(zhuǎn)換器及電壓放大電路原理圖;
圖3為鍋爐/管道酸洗過程低應(yīng)力脆性斷裂危險性探測儀測試管路外連接圖;
圖4為鍋爐/管道酸洗過程低應(yīng)力脆性斷裂危險性探測儀微機(jī)控制連接圖;
圖5為鍋爐/管道酸洗過程低應(yīng)力脆性斷裂危險性探測儀探頭結(jié)構(gòu)圖;
圖6為鍋爐/管道酸洗過程低應(yīng)力脆性斷裂危險性探測儀信號傳感器結(jié)構(gòu)圖。其結(jié)構(gòu)由圖1所示，(1)為信號傳感器，(2)為電流/電壓轉(zhuǎn)換器，(3)為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，(4)8031單片機(jī)，(5)超微型打印機(jī)，(6)工況指示器，(7)(8)電源和恒流源，其工作過程，傳感器測量信號I(0～250μA)首先經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷毫?，后?jīng)電壓放大電路(圖2)轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒┠?數(shù)轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(0～5V)，此電壓由ADC0801進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，變?yōu)榭晒?031單片機(jī)進(jìn)行處理的數(shù)字量，進(jìn)入CPU。固化在存貯器EPROM2764中的系統(tǒng)程序，通過74LS373鎖存器與8031單片機(jī)之間進(jìn)行傳輸，數(shù)字量在單片機(jī)中經(jīng)過比較，判斷處理后，其結(jié)果由打印機(jī)輸出。圖6所示傳感器的結(jié)構(gòu)圖，(1)為內(nèi)鍍催化劑層的雙面電極，(2)為隔膜，(3)為粉末氧化物陰極，(4)為金屬后蓋，(5)為密封墊圈，傳感器(6)裝在探頭上(如圖5所示)，圖3為傳感器安裝圖，(10)為傳感器，通過承壓絲框可直接插入管路中，也可由旁路測量。
權(quán)利要求
1.一種鍋爐/管道酸洗過程低應(yīng)力脆性斷裂危險性探測儀，其特征在于探測儀由信號傳感器和控制電路兩部分組成，控制電路由電流電壓轉(zhuǎn)換器(2)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(3)、8031單片機(jī)(4)、超微型打印機(jī)(5)、工況顯示器(6)及電源、恒流源組成，其連接是傳感器(1)、電流/電壓轉(zhuǎn)換器(2)、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(3)與8031單片機(jī)(4)依次連接，電源(7)、工況顯示(6)和打印機(jī)(5)分別與單片機(jī)(4)連接，恒流源直接與傳感器(1)連接。
2.按權(quán)利要求1所述之探測儀，其特征是傳感器(1)上面為內(nèi)鍍催化劑層的雙面電極(11)，電極(11)內(nèi)為隔模(12)(浸透堿液)，堿液(12)下為氧化物，最下面為金屬后蓋(14)，后蓋(14)與雙面電極(11)之間加有密封墊圈(15)。
3.按權(quán)利要求2所述之探測儀，其特征在于傳感器(1)雙面電極(11)內(nèi)之敏感箔為電鍍了催化劑活性層的08F優(yōu)質(zhì)碳素鋼經(jīng)冷軋一氬氣氛光亮退火的箔帶，其厚度為0.3毫米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鍋爐/管道酸洗安全檢測裝置，其結(jié)構(gòu)由傳感器和控制電路兩部分組成，控制電路由電流電壓轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、外圍設(shè)備，包括工況顯示，打印機(jī)和供電電源組成。傳感器將管路酸洗液所測之?dāng)?shù)值通過電路傳輸輸入給單片機(jī)，由單片機(jī)軟件處理后，將評價和判斷結(jié)果打印輸出。優(yōu)點(diǎn)是檢測結(jié)果直接反映出鍋爐/管道在酸洗過程中發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂的危險性，并且可避免現(xiàn)有商品型探測儀測量滯后可能引起不可逆的氫致?lián)p傷。此外利用傳感器和微機(jī)處理，測量精度高，速度快，電路結(jié)構(gòu)簡單，可在工程中直接測量。
文檔編號G01N27/416GK1094162SQ9311101
公開日1994年10月26日 申請日期1993年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月29日
發(fā)明者杜元龍, 程玉峰, 魏煒, 杜鵬, 李桂芝 申請人:中國科學(xué)院金屬腐蝕與防護(hù)研究所