提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法及装置与流程

本发明涉及锅炉集箱金属腐蚀防护，具体涉及一种提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法及装置。

背景技术：

1、目前正在设计研发的新一代650℃级锅炉集箱将采用高温强度、疲劳性能优异且性价比优势显著的fe-ni-cr基高温合金。由于这类γ′相析出强化型高温合金中fe的含量较高，cr含量通常限制在较低的水平(不高于20wt.％)，以避免富cr有害相的析出而削弱合金的力学性能。然而，当cr含量较低时，fe-ni-cr基合金在含水蒸汽的混合气氛中服役过程中，极易形成富fe的氧化物，其生长速率较快，缩短了合金在高温下的服役寿命。

2、众所周知，fe-ni-cr基合金在高温环境中服役时，往往依赖于其表面形成一层生长缓慢、致密、完整性好的cr2o3膜来提供防护。为了使fe-ni-cr基合金表面形成连续完整的cr2o3膜，通常采用表面处理的方式，包括施加涂层、细化晶粒(喷丸、机械研磨)、预氧化等。

3、但是，涂层制备工艺复杂且通常会污染环境，在高温服役过程中涂层还与基体之间发生元素互扩散，从而损害合金基体的力学性能。而细化晶粒仅能维持有限的时间，长时或高温条件下晶粒长大从而失去效用。对比而言，预氧化技术成本低廉且操作简单，仅需在真空热处理炉或惰性气体保护炉中进行，通过降低氧分压，从而降低合金元素选择性氧化的临界含量，促进cr2o3膜的形成。遗憾的是，受制于真空热处理设备技术，在实际生产中，对锅炉集箱进行预氧化形成cr2o3膜并不现实。如果能够在非真空气氛或非惰性气体保护下，而是结合生产实际或服役工况进行预氧化，将极大地拓宽预氧化理论的应用范围，对提高锅炉集箱的抗氧化性能，是非常有意义的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法及装置，能够结合生产实际或服役工况在非真空气氛或非惰性气体保护下对650℃级锅炉集箱进行预氧化，有效提高锅炉集箱的抗蒸汽氧化性能。

2、为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

3、一种提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法，包括以下步骤：

4、将密封的锅炉集箱及设置在集箱上的接管座作为气路的一部分，在纯水蒸汽条件下，提供中温区环境，采用预氧化的方法在集箱及接管座的内表面原位生成连续致密的cr2o3膜。

5、更进一步的，所述纯水蒸汽中的溶解氧的含量不高于6ppm。

6、更进一步的，所述中温区的温度范围高于650℃但低于750℃。

7、更进一步的，所述预氧化的处理时间为24h～48h。

8、优选的，在预氧化之前，对集箱及接管座的内表面进行除锈、除油，并清洗干燥。

9、在一种优选的方案中，所述在纯水蒸汽条件下，提供中温区环境，采用预氧化的方法在集箱及接管座的内表面原位生成连续致密的cr2o3膜的步骤具体包括：

10、s1、在室温下，向集箱及接管座中通入惰性气体，排尽集箱中的空气；

11、s2、对集箱及接管座加热，待温度达到中温区设定温度时，停止通入惰性气体；

12、s3、将同温度的水蒸汽泵入集箱及接管座中，并进行保温，完成预氧化反应。

13、更进一步的，在一种优选的方案中，完成预氧化反应之后，停止加热，使集箱及接管座自然冷却，回收集箱及接管座中的冷凝水。

14、更进一步的，所述集箱的材质为γ′相强化型fe-ni-cr基高温合金。

15、进一步的，所述γ′相强化型fe-ni-cr基高温合金中的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、一种用于实现所述提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法的装置，包括分别通过管路与集箱上的第一接管座密封连接的水蒸汽发生装置和除气装置，以及通过管路与集箱上的第二接管座密封连接的冷凝水回收装置；所述水蒸汽发生装置与集箱之间的管路上设置有水蒸汽阀门，所述除气装置与集箱之间的管路上设置有除气阀门，所述冷凝水回收装置与集箱之间的管路上设置有冷凝水回收阀门；将集箱上的除第一接管座与第二接管座以外的其余接管座均进行密封；在所述集箱以及接管座的外周设置有加热装置。

17、相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：

18、本发明提供的一种提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法，通过将密封的锅炉集箱以及设置在集箱上的接管座作为气路的一部分，在纯水蒸汽条件、中温区环境下进行预氧化，可以实现在集箱及接管座的内表面原位生成连续致密的cr2o3膜，预生成的cr2o3膜在后续的更高的纯水蒸汽中长期稳定，能够有效阻碍集箱进一步发生氧化，从而降低集箱的氧化速率，提高集箱的抗蒸汽氧化性能。本发明解决了现有技术中预氧化处理不适用于在非真空或非惰性气体保护下提高集箱的抗蒸汽氧化性能的问题。同时，也克服了在低温区、同样气氛条件下对650℃级锅炉集箱合金材料进行预氧化无法形成连续cr2o3膜的弊端。

19、进一步的，本发明提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法在纯水蒸汽条件、中温区环境下进行预氧化时，中温区的温度范围为高于650℃但低于750℃。预氧化的机理通常是利用元素的活性，使合金在低氧分压环境下优先发生活性较高的元素的氧化，然而，通常的预氧化都是在真空或惰性环境下形成cr2o3膜或al2o3膜，申请人经过研究发现，对于650℃级锅炉集箱所采用的γ′相强化型fe-ni-cr基高温合金，在水蒸汽中的氧化速率与温度之间出现了“倒钟型”的关系特性，将650℃级锅炉集箱置于纯水蒸汽条件、中温区环境下进行预氧化，对加热装置的要求极低，尤其适用于锅炉集箱这一类大尺寸构件的预氧化。

技术特征：

1.一种提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，所述纯水蒸汽中的溶解氧的含量不高于6ppm。

3.根据权利要求1所述提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，所述中温区的温度范围高于650℃但低于750℃。

4.根据权利要求1所述提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，所述预氧化的处理时间为24h～48h。

5.根据权利要求1所述提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，在预氧化之前，对集箱及接管座的内表面进行除锈、除油，并清洗干燥。

6.根据权利要求1所述提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，所述在纯水蒸汽条件下，提供中温区环境，采用预氧化的方法在集箱及接管座的内表面原位生成连续致密的cr2o3膜的步骤具体包括：

7.根据权利要求6所述提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，完成预氧化反应之后，停止加热，使集箱及接管座自然冷却，回收集箱及接管座中的冷凝水。

8.根据权利要求1所述提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，所述集箱的材质为γ′相强化型fe-ni-cr基高温合金。

9.根据权利要求8所述提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法，其特征在于，所述γ′相强化型fe-ni-cr基高温合金中的cr含量不低于12％但不高于19％，fe含量不低于30％但不高于42％。

10.一种用于实现如权利要求1至9中任意一项所述提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法的装置，其特征在于，包括分别通过管路与集箱(1)上的第一接管座(3)密封连接的水蒸汽发生装置(5)和除气装置(6)，以及通过管路与集箱(1)上的第二接管座(4)密封连接的冷凝水回收装置(7)；所述水蒸汽发生装置(5)与集箱(1)之间的管路上设置有水蒸汽阀门(10)，所述除气装置(6)与集箱(1)之间的管路上设置有除气阀门(8)，所述冷凝水回收装置(7)与集箱(1)之间的管路上设置有冷凝水回收阀门(9)；将集箱(1)上的除第一接管座(3)与第二接管座(4)以外的其余接管座均进行密封；在所述集箱(1)以及接管座的外周设置有加热装置(2)。

技术总结一种提高650℃级锅炉集箱抗蒸汽氧化性能的方法及装置，方法包括以下步骤：将密封的锅炉集箱及设置在集箱上的接管座作为气路的一部分，在纯水蒸汽条件下，提供中温区环境，采用预氧化的方法在集箱及接管座的内表面原位生成连续致密的Cr<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;膜。集箱的材质为γ′相强化型Fe‑Ni‑Cr基高温合金。装置包括分别通过管路与集箱上的第一接管座密封连接的水蒸汽发生装置和除气装置，以及通过管路与集箱上的第二接管座密封连接的冷凝水回收装置；管路上均设置有控制阀门，集箱上的除第一接管座与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设置有加热装置。本发明能够结合生产实际或服役工况提高锅炉集箱的抗蒸汽氧化性能。技术研发人员：杨珍,陈锋,刘艳贵,解继刚,沈正华,陈胜军,屠亮,杨辉,袁勇,王俊,李来春,钱荣财,王春林,熊伟,蒋金忠受保护的技术使用者：中国华能集团公司技术研发日：技术公布日：2024/12/12