專利名稱：用于在線監(jiān)測熔鹽腐蝕的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本主題大體涉及腐蝕監(jiān)測，并且尤其涉及用于在線監(jiān)測高溫構(gòu)件的熔鹽腐蝕的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電化學腐蝕是其中金屬原子發(fā)生氧化且失去電子的過程。在腐蝕用語中，金屬原子失去電子所處的位置被稱為陽極，而電子所轉(zhuǎn)移到的位置被稱為陰極。基底金屬內(nèi)的局部腐蝕包括產(chǎn)生與不腐蝕的陰極區(qū)域分開的主動腐蝕的陽極區(qū)域。因此，當基底金屬在陽極處氧化從而在陽極區(qū)域中形成坑時，留下的電子會流到陰極。另外，在金屬表面處，液相中的離子接收金屬所釋放的電子。這個電子和離子的流本質(zhì)上形成電路。因而，當電路閉合且在陽極和陰極之間存在電勢差時，電流就在陽極和陰極之間流動。一種特定類型的腐蝕-熔鹽引起的腐蝕或熱腐蝕，可為許多高溫應(yīng)用中的主要問題。例如，冷凝熔鹽環(huán)境可存在于渦輪發(fā)動機、航空器發(fā)動機、微型渦輪和各種工業(yè)化學過程中。在燃氣輪機中，具體而言，在熱氣路徑中流動的燃料雜質(zhì)(例如亞硫酸鹽、釩或氯化物)可在高溫下互相作用，在燃氣輪機內(nèi)的許多熱氣路徑構(gòu)件的表面上形成熔鹽。例如，熔鹽層可形成于燃氣輪機的渦輪區(qū)段中的輪葉或噴嘴的表面上。此熔鹽層可分解掉這種構(gòu)件的金屬氧化物表面層，從而使基底金屬暴露于來自在熱氣路徑中流動的氣體的氧氣，并且因此導致基底金屬迅速氧化。目前，用于監(jiān)測暴露于熔鹽腐蝕的大多數(shù)工業(yè)裝備僅有的手段之一是使裝備停機并對其進行檢查。尤其是對于燃氣輪機來說，停機時間代價可能非常高。另外，檢查通常必須拆開燃氣輪機的至少一部分，這需要另外的停機時間和費用?？赡苡衅渌x項可用于燃氣輪機操作者，例如燃料質(zhì)量監(jiān)測和過濾器維護，但是在需要采取這樣的措施時進行預測是困難的。因而，當過于頻繁或過于稀少地執(zhí)行這些措施中的任何措施時都會引起不必要的費用。因此，一種用于在線監(jiān)測高溫構(gòu)件的熔鹽腐蝕的系統(tǒng)和方法在本技術(shù)中將是受歡迎的。

發(fā)明內(nèi)容
將在以下描述中對本發(fā)明的各方面和優(yōu)點進行部分地闡述，或者根據(jù)該描述，本發(fā)明的各方面和優(yōu)點可為顯而易見的，或者可通過實踐本發(fā)明來了解本發(fā)明的各方面和優(yōu)
點ο在一方面，本主題提供了一種用于在線監(jiān)測設(shè)備的構(gòu)件的熔鹽腐蝕的方法。該方法大體包括使第一電極和第二電極的一部分暴露于設(shè)備的腐蝕性運行環(huán)境。第一電極和第二電極設(shè)置在構(gòu)件內(nèi)，并且通過絕緣材料而彼此電絕緣開。另外，第一電極和第二電極電耦聯(lián)，使得當在第一電極和第二電極之間存在電勢差時，電流會在第一電極和第二電極之間流動。該方法還包括測量和分析在第一電極和第二電極之間的電勢差或在第一電極和第二電極之間流動的電流其中至少一個，以便預測構(gòu)件的腐蝕特性，其中，第一電極和第二電極之間的電勢差是至少部分地基于第一電極或第二電極處的熔鹽腐蝕的。在另一方面，本主題提供了一種用于在線監(jiān)測設(shè)備的構(gòu)件的熔鹽腐蝕的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括設(shè)置在設(shè)備的構(gòu)件中的腐蝕感測裝置。腐蝕感測裝置大體包括在絕緣材料內(nèi)彼此電絕緣開的第一電極和第二電極。第一電極和第二電極布置在腐蝕感測裝置中而使得第一電極和第二電極中的各個的一部分暴露于設(shè)備內(nèi)的腐蝕性運行環(huán)境。另外，第一電極和第二電極電耦聯(lián)，使得當在第一電極和第二電極之間存在電勢差時，電流會在第一電極和第二電極之間流動。本主題的系統(tǒng)還包括腐蝕監(jiān)測裝置，腐蝕監(jiān)測裝置構(gòu)造成以便測量和分析在第一電極和第二電極之間的電勢差或在第一電極和第二電極之間流動的電流其中至少一個，使得可預測構(gòu)件的腐蝕特性，其中，第一電極和第二電極之間的電勢差是至少部分地基于第一電極或第二電極處的熔鹽腐蝕的。參照以下描述和所附權(quán)利要求書，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解。結(jié)合在此說明書中且構(gòu)成該說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，并且與描述一起用來闡明本發(fā)明的原理。


在說明書中(參照附圖)對針對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言本發(fā)明的完整和能夠?qū)嵤┑墓_-包括其最佳模式進行了闡述，其中圖1示出了燃氣輪機系統(tǒng)的示意圖；圖2示出了具有用于在線監(jiān)測熔鹽腐蝕的、根據(jù)本主題的一方面安裝的系統(tǒng)的一個實施例的燃氣輪機的渦輪區(qū)段的截面?zhèn)纫晥D；以及圖3示出了根據(jù)本主題的一方面的、耦聯(lián)到腐蝕監(jiān)測裝置上的腐蝕感測裝置的一個實施例的截面?zhèn)纫晥D。部件列表10燃氣輪機12壓縮機區(qū)段14燃燒器區(qū)段16渦輪區(qū)段18 軸20渦輪護罩21第一級噴嘴22第一級輪葉23第二級噴嘴24第二級輪葉25第三級噴嘴26第三級輪葉28熱氣路徑30腐蝕感測裝置32腐蝕監(jiān)測裝置
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34 (渦輪)構(gòu)件35構(gòu)件的暴露表面36運行環(huán)境38絕緣材料40 電極42暴露面/端面
具體實施例方式現(xiàn)在將對本發(fā)明的實施例進行詳細參照，在圖中示出了實施例的一個或多個實例。各個實例是以闡明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的方式提供的。實際上，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見的是，可在不偏離本發(fā)明的范圍或精神的情況下在本發(fā)明中作出各種修改和改變。例如，被示為或描述為一個實施例的一部分的特征可與另一個實施例一起使用，以產(chǎn)生另外又一個實施例。因此，意圖的是本發(fā)明覆蓋屬于所附權(quán)利要求書及其等效物的范圍內(nèi)的這樣的修改和改變。大體上，本主題公開了一種用于在線監(jiān)測熔鹽腐蝕的系統(tǒng)和方法。特別地，公開了一種使用腐蝕感測裝置和腐蝕監(jiān)測裝置來探測和監(jiān)測設(shè)備的高溫構(gòu)件的熔鹽腐蝕的系統(tǒng)。 例如，燃氣輪機的熱氣路徑構(gòu)件可由于熔鹽形成于其表面上的原因而經(jīng)受熔鹽腐蝕。因而， 本主題可為燃氣輪機的操作者提供關(guān)于渦輪構(gòu)件的腐蝕速率的實時信息，以容許在燃氣輪機上執(zhí)行積極的或反應(yīng)式的修正措施，以便防止構(gòu)件損害。應(yīng)當理解，將大體參照渦輪機的渦輪構(gòu)件-尤其是參照工業(yè)燃氣輪機的渦輪區(qū)段內(nèi)的構(gòu)件來對本主題進行描述。但是，應(yīng)當理解，本主題的系統(tǒng)和方法可適于用于在推進應(yīng)用以及其中可能存在熔鹽腐蝕的各種其它應(yīng)用中使用的燃氣輪機。此外，應(yīng)當容易地理解， 本系統(tǒng)和方法可大體用來對任何高溫構(gòu)件的熔鹽腐蝕提供在線監(jiān)測。例如，熔鹽腐蝕可發(fā)生在其中設(shè)備的構(gòu)件暴露于高于腐蝕性鹽的熔點的溫度的各種高溫應(yīng)用中。大體上，當熔鹽在金屬構(gòu)件的表面上形成、從而溶解掉任何金屬氧化物表面層且使該構(gòu)件的基底金屬暴露于氧化劑(例如氧氣)時會發(fā)生熔鹽腐蝕。例如，當熔融堿鹽在渦輪構(gòu)件，例如由鎳基或鈷基超合金形成的一個渦輪構(gòu)件的表面上形成時可發(fā)生熔鹽腐蝕。 現(xiàn)有文獻將熔鹽腐蝕的腐蝕機制描述為其中金屬構(gòu)件的氧化物表面層的溶解容許存在于熔鹽中的氧離子和亞硫酸鹽離子使金屬迅速氧化的一種機制。特別地，目前本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解的是，由于熔鹽形成的原因而出現(xiàn)的氧化局限于熔鹽和在金屬構(gòu)件的表面處的金屬原子之間的交接處。因而，相信不存在由于腐蝕而造成的通過金屬構(gòu)件的大量電子傳送。通過實驗，本主題的發(fā)明人已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)，當基底金屬的一部分在存在熔鹽的情況下發(fā)生氧化時，與熔鹽腐蝕相關(guān)聯(lián)的氧化實際上確實產(chǎn)生了可探測且可測量的流動電子。特別地，實驗室實驗表明，當熔鹽與金屬感測電極和金屬構(gòu)件兩者接觸或與兩個金屬感測電極接觸時，可在電極和構(gòu)件之間(或者在兩個電極之間)探測到電流。因此，本主題的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，熔鹽腐蝕的腐蝕機制類似于許多類型的電化學腐蝕的腐蝕機制。因而， 當金屬構(gòu)件由于該金屬構(gòu)件的氧化物表面層在存在熔鹽的情況下分解的原因而暴露于氧化劑時，基底金屬就轉(zhuǎn)化成金屬氧化物，從而留下這樣的電子其不是被傳送到熔鹽表面層中，而是可流到基底金屬的其它部分(即陰極區(qū)域)。然后可測量這個電子流，以確定基底金屬的腐蝕特性。如本文所用，用語“腐蝕特性”或“多種腐蝕特性”大體指的是金屬典型地如何對腐蝕起反應(yīng)，例如由于腐蝕而引起的點蝕速率或點蝕深度。大體上，腐蝕所形成的坑會隨著時間的持續(xù)而繼續(xù)增長，并且可破壞金屬構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性，這可導致構(gòu)件失效。因此，為了容許探測高溫構(gòu)件(例如熱氣路徑構(gòu)件)的熔鹽腐蝕，腐蝕感測裝置可安裝在該構(gòu)件中，以感測由于高溫腐蝕而出現(xiàn)的電子流。大體上，腐蝕感測裝置可構(gòu)造成以便例如通過模擬基底金屬的陽極和陰極區(qū)域和通過具有類似于該構(gòu)件的腐蝕特征的腐蝕特性來模擬構(gòu)件的基底金屬。因此，在一個實施例中，腐蝕感測裝置可包括尤其適于在高溫應(yīng)用中使用的耦聯(lián)多電極陣列傳感器，耦聯(lián)多電極陣列傳感器使用電極陣列來模擬腐蝕的金屬的陽極和陰極區(qū)域。電極可耦聯(lián)在一起，使得當電極之間存在電勢差時，電流在陽極電極和陰極電極之間流動。然后這個電勢差和/或電流可由本主題的腐蝕監(jiān)測裝置測量和分析，以預測高溫構(gòu)件的腐蝕特性，例如點蝕速率和點蝕深度，并且由此確定何時需要在構(gòu)件或其中安裝了該構(gòu)件的設(shè)備上執(zhí)行修正措施。因此，本主題的系統(tǒng)可容許高溫構(gòu)件的熔鹽腐蝕得到持續(xù)的監(jiān)測，以便為操作者提供關(guān)于腐蝕構(gòu)件(一個或多個)的狀況的實時信息，而無需頻繁地停機進行檢查。因此， 系統(tǒng)可提供必要的輸入，以用于確定何時需要執(zhí)行修正措施以及需要執(zhí)行何種修正措施， 使得可更加準確地預測對修正措施的需要。例如，在一個實施例中，可基于燃氣輪機內(nèi)發(fā)生的腐蝕的程度來為燃氣輪機操作者提供一個或多個建議的或要求的修正措施。現(xiàn)在參照附圖，圖1示出了燃氣輪機10的示意圖。燃氣輪機10大體包括壓縮機區(qū)段12、在燃燒器區(qū)段14內(nèi)的多個燃燒器，以及渦輪區(qū)段16。壓縮機區(qū)段12和渦輪區(qū)段 16可由軸18聯(lián)接。軸18可為單個軸或聯(lián)接在一起形成軸18的多個軸段。在燃氣輪機10 的運行期間，壓縮機區(qū)段12將壓縮空氣供應(yīng)給燃燒器區(qū)段14的燃燒器?？諝夂腿剂显诟鱾€燃燒器內(nèi)混合和燃燒，并且熱的燃燒氣體在從燃燒器區(qū)段14到渦輪區(qū)段16的熱氣路徑中流動，在渦輪區(qū)段16中，從燃燒氣體中提取能量來做功。參照圖2，燃氣輪機10的渦輪區(qū)段16可包括任何數(shù)量的渦輪級。在一個實施例中，渦輪區(qū)段16可包括三個級。渦輪區(qū)段16的第一級可包括多個沿周向隔開的噴嘴21和輪葉22。例如，第一級噴嘴21可沿周向彼此隔開且繞著轉(zhuǎn)子的軸線固定。另外，第一級輪葉22也可沿周向彼此隔開，并且聯(lián)接到軸18上以隨其旋轉(zhuǎn)。類似地，渦輪區(qū)段16的第二級可包括多個沿周向隔開的噴嘴23和輪葉M。還示出了渦輪區(qū)段16的第三級，且該第三級可包括多個沿周向隔開的噴嘴25和輪葉26。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，渦輪區(qū)段 16的各級大體設(shè)置在從燃燒器區(qū)段14流出的燃燒產(chǎn)物的熱氣路徑觀中。另外，應(yīng)當理解， 環(huán)形護罩20可包圍渦輪輪葉22、24J6的尖端，以限定通過各個級的熱氣路徑的外邊界。根據(jù)本主題的一方面，圖2還示出了用于在線監(jiān)測燃氣輪機10內(nèi)的熔鹽腐蝕的系統(tǒng)的一個實施例。該系統(tǒng)大體包括設(shè)置在燃氣輪機10的渦輪區(qū)段16的熱氣路徑構(gòu)件 34(圖幻內(nèi)的腐蝕感測裝置30和耦聯(lián)到該腐蝕感測裝置30上的腐蝕監(jiān)測裝置32。監(jiān)測裝置32可構(gòu)造成以便測量和分析來自感測裝置30的輸出，以預測其中安裝了感測裝置30 的構(gòu)件34的腐蝕特性?；陬A測的腐蝕特性(一個或多個)，監(jiān)測裝置32然后可確定何時建議或要求在燃氣輪機10上執(zhí)行修正措施(一個或多個)，以便防止由于過度腐蝕而引起的構(gòu)件和/或渦輪損害。
如圖2所示，腐蝕感測裝置30可設(shè)置在沿著燃氣輪機10的熱氣路徑觀的各種位置處。例如，在一個實施例中，腐蝕感測裝置30可安裝在渦輪區(qū)段16的渦輪護罩20中。如圖所示，腐蝕感測裝置30可通過線路耦聯(lián)到腐蝕監(jiān)測裝置32上。另外，在備選實施例中， 腐蝕感測裝置30可安裝在渦輪區(qū)段16的各級的噴嘴21、23、25或輪葉22、24J6中的一個中。在這種實施例中，腐蝕感測裝置30可通過線路或者通過無線發(fā)射機(例如射頻發(fā)射機) 與腐蝕監(jiān)測裝置32通訊。但是，大體上，應(yīng)當理解，腐蝕感測裝置30可安裝在可能由于熔鹽的形成而易于受熔鹽腐蝕的影響的任何高溫構(gòu)件中，且因此感測裝置30的應(yīng)用無需限于燃氣輪機10的構(gòu)件34。還應(yīng)當理解，多個腐蝕感測裝置30可設(shè)置在燃氣輪機10內(nèi)，在單個渦輪構(gòu)件內(nèi)或在任何其它高溫構(gòu)件內(nèi)。圖3示出了大體設(shè)置在燃氣輪機10的熱氣路徑構(gòu)件34中的腐蝕感測裝置30的截面圖。但是，應(yīng)當理解，在備選實施例中，構(gòu)件34無需為熱氣路徑構(gòu)件，而是可大體包括經(jīng)受熔鹽腐蝕的任何高溫設(shè)備的任何高溫構(gòu)件。如圖所示，腐蝕感測裝置30安裝或固定在構(gòu)件；34內(nèi)，使得感測裝置30的一端暴露于燃氣輪機10內(nèi)的腐蝕性運行環(huán)境36。例如，在一個實施例中，構(gòu)件34可包括渦輪區(qū)段16的渦輪護罩20，使得腐蝕感測裝置30的一端暴露于在燃氣輪機10的熱氣路徑中流動的燃燒產(chǎn)物，并且相對端從護罩20的外側(cè)延伸。在一個備選實施例中，構(gòu)件34可包括渦輪輪葉22、24J6或渦輪噴嘴21、23、25，使得感測裝置30的一端暴露于熱的燃燒氣體，而相對端延伸到輪葉22、24J6或噴嘴21、23、25的內(nèi)部中。另外，應(yīng)當理解，可使用任何適當?shù)氖侄螌⒏g感測裝置30安裝在構(gòu)件34內(nèi)。如圖所示，感測裝置30由接頭鎖緊螺母型壓擠配件固定在構(gòu)件34中。但是，在備選實施例中，可使用螺紋配件、通過焊接或通過本領(lǐng)域已知的任何其它手段來將腐蝕感測裝置30安裝在構(gòu)件；34內(nèi)。由于發(fā)現(xiàn)熔鹽腐蝕的腐蝕機制會引起可探測的電子流，所以腐蝕感測裝置30可大體包括能夠探測由于高溫腐蝕而產(chǎn)生的電子流的任何機構(gòu)或裝置。因此，在一個實施例中，本主題的腐蝕感測裝置30可包括用于探測熔鹽腐蝕的耦聯(lián)多電極陣列傳感器且可這樣來構(gòu)造。例如，腐蝕感測裝置30可包括絕緣材料38和多個電極40。絕緣材料38可大體由阻擋電流流動以便使感測裝置30內(nèi)的電極40電絕緣的任何材料制成。在一個實施例中，絕緣材料38可包括能夠經(jīng)受住燃氣輪機10的渦輪區(qū)段16內(nèi)的高溫的材料。例如，絕緣材料38可包括高溫陶瓷或涂有高溫材料的一些其它適當?shù)碾娊^緣體。腐蝕感測裝置30的電極40可包括小塊金屬或線材。大體上，電極40可設(shè)置在腐蝕感測裝置30內(nèi)，使得絕緣材料38使各個電極40與其它電極40電絕緣開。另外，雖然在圖3中示出了單排電極40，但是應(yīng)當理解，電極40可在腐蝕感測裝置30內(nèi)布置成二維陣列。另外，相鄰的電極40之間的間隔可大體上有所改變。但是，應(yīng)當理解，最佳間隔可為能夠通過常規(guī)實驗來確定的。此外，電極40可布置在腐蝕感測裝置30中，使得各個電極40的一部分暴露于燃氣輪機10內(nèi)的腐蝕性運行環(huán)境36。例如，如圖3所示，各個電極的端面42可暴露于燃氣輪機10的運行環(huán)境36，并且可與構(gòu)件34的暴露表面35基本對齊。因此，在一個實施例中，端面42可暴露于在渦輪區(qū)段16的熱氣路徑觀(圖幻中流動的燃燒產(chǎn)物，而且特別地，可暴露于在構(gòu)件34的表面35上的形成的任何熔鹽。大體上，腐蝕感測裝置30可構(gòu)造成以便探測高溫構(gòu)件上發(fā)生的腐蝕。特別地，在一個實施例中，腐蝕感測裝置30可基于在電極40的暴露面42處發(fā)生的電化學反應(yīng)來探測燃氣輪機10的渦輪區(qū)段16內(nèi)的局部熔鹽腐蝕。例如，由于感測裝置30布置在構(gòu)件34中， 所以電極40可暴露于在構(gòu)件35上形成的熔鹽，并且因此，經(jīng)受類似于構(gòu)件34的腐蝕的腐蝕。腐蝕感測裝置30中的電極40中的一些將具有類似渦輪構(gòu)件34的基底金屬中的陽極部位的屬性，而電極中的一些將具有類似基底金屬的陰極部位的屬性。因此，當電極40在絕緣材料38內(nèi)彼此電絕緣開但在絕緣材料38的外部-例如在腐蝕監(jiān)測裝置32內(nèi)電耦聯(lián)在一起時，可作為陽極操作的電極40可模擬陽極區(qū)域，而可作為陰極操作的電極40可模擬基底金屬的陰極區(qū)域。因而，當電極之間存在電勢差時，由于陽極電極40中的一個或多個處發(fā)生的熔鹽腐蝕的原因，電流可在電極40之間流動。因此，可作為陽極操作的電極40可釋放流到可作為陰極操作的電極40的電子。陽極電極40和陰極電極40之間的所產(chǎn)生的電勢差和/或電流然后可由腐蝕監(jiān)測裝置32測量和分析，以預測在構(gòu)件34上發(fā)生的腐蝕的程度，且從而確定何時可能需要在構(gòu)件34、燃氣輪機10或其中安裝了腐蝕感測裝置30的任何其它設(shè)備上執(zhí)行修正措施(如果有的話)。仍然參照圖3，應(yīng)當理解，電極40可由具有類似于用來形成構(gòu)件34的材料的腐蝕特性的腐蝕特性的材料形成。在一個實施例中，電極40可由具有基本類似于構(gòu)件34的腐蝕特性的腐蝕特性的材料形成。因而，電極40可呈現(xiàn)基本類似于構(gòu)件34的腐蝕行為的腐蝕行為，而且更具體而言，對腐蝕性熔鹽(是燃氣輪機10的渦輪區(qū)段16內(nèi)的許多腐蝕的原因)呈現(xiàn)類似的反應(yīng)。例如，在一個實施例中，電極40可由與構(gòu)件34相同的材料-例如與渦輪輪葉22、對、26、渦輪噴嘴21、23、25或渦輪區(qū)段16的渦輪護罩20相同的材料-形成。 因此，從腐蝕感測裝置30中得到的測量結(jié)果不僅可表示電極40的腐蝕特性，而且通過適當?shù)剡x擇電極材料，該測量結(jié)果還可用來準確地預測在構(gòu)件34的表面35處發(fā)生的腐蝕的程度。應(yīng)當理解，在一些實施例中，電極40可由比用來形成構(gòu)件34的材料對腐蝕劑(諸如熔鹽)更敏感的材料形成，以便提高腐蝕感測裝置30的信號輸出。此外，在另外的實施例中，實際電極40可由顯著地不同的材料形成，以容許使用單個腐蝕感測裝置30來獲得多個渦輪構(gòu)件34的腐蝕測量結(jié)果，以及/或者允許收集與在燃氣輪機10內(nèi)或在構(gòu)件34上發(fā)生的腐蝕有關(guān)的附加信息。例如，在一個實施例中，腐蝕感測裝置30的第一組電極40可由與特定的渦輪構(gòu)件34相同的材料形成，而第二組可由與不同的構(gòu)件相同的材料形成。因而，可測量跨過第一組電極和第二組電極40的電勢差和/或在第一組電極和第二組電極40之間流動的電流，以便預測在兩個構(gòu)件34上發(fā)生的腐蝕的程度，而無需使用不止一個感測裝置30。在另一個實施例中，腐蝕感測裝置30的電極40可各自由不同的金屬形成，取決于引起腐蝕的特定的熔鹽或熔鹽的組合，各種金屬呈現(xiàn)不同的腐蝕特性。在這種實施例中，可測量跨過不同材料的電極40的電勢差和/或在不同材料的電極40之間流動的電流，而且還開發(fā)了特定的傳遞函數(shù)，以便準確地預測什么熔鹽(一種或多種)可在構(gòu)件34上引起局部腐蝕。在一個備選實施例中，兩個或更多個感測裝置30 可設(shè)置在諸如燃氣輪機10的設(shè)備中，至少一個感測裝置30包括由基本類似于構(gòu)件34 (該至少一個感測裝置30安裝在其中)的材料的材料形成的電極40，而至少一個其它感測裝置 30包括由不同的材料制成的電極40。如以上所指明的那樣，本主題的腐蝕監(jiān)測裝置32可大體構(gòu)造成以便測量和分析來自腐蝕感測裝置30的輸出(例如跨過電極40的電勢差和/或在電極40之間流動的電流)。因此，在一個實施例中，腐蝕監(jiān)測裝置32可用來預測渦輪構(gòu)件34的腐蝕特性，且從而為渦輪操作者指明何時可建議或要求執(zhí)行修正措施。這樣做時，應(yīng)當理解，在各種實施例中，腐蝕感測裝置30的電極40可在腐蝕監(jiān)測裝置32內(nèi)電耦聯(lián)，使得監(jiān)測裝置32能夠測量在任何兩個電極40之間的電勢差和/或在任何兩個電極40之間流動的電流，或在設(shè)置在腐蝕感測裝置30內(nèi)的多個電極40之間的電勢差和/或在該多個電極40之間流動的電流。大體上，腐蝕監(jiān)測裝置32可包括能夠測量和分析跨過電極40的電勢差和/或在電極40之間流動的電流的任何裝置或裝置的組合。例如，腐蝕監(jiān)測裝置32可包括電壓表、 電流表或與渦輪控制系統(tǒng)的渦輪控制器、一些其它計算機或任何其它適當?shù)奶幚硌b備通訊的任何其它適當?shù)碾姕y量儀器。因此，在一個實施例中，各個電極40可電連接到公共的導線(未示出)上，小電阻器(未示出)連接在各個電極和公共的導線之間。來自各個電極 40的輸出可被輸送到多通道電壓表，使得可測量跨過電阻器的電勢差或電壓降。電壓測量結(jié)果然后可傳輸?shù)饺魏芜m當?shù)奶幚硌b備，例如計算機，以分析該測量結(jié)果。在一個備選實施例中，腐蝕監(jiān)測裝置32可包括與適當?shù)奶幚硌b備通訊的多電極腐蝕監(jiān)測器，使得可測量和分析電極40之間的電勢差和/或電流。適當?shù)目缮虡I(yè)獲得的多電極腐蝕監(jiān)測器可包括來自CORRINSTRUMENTS (德克薩斯州圣安東尼奧)的NAN0C0RR。在一個另外的實施例中，腐蝕感測裝置30可直接耦聯(lián)到能夠既測量又分析來自感測裝置30的輸出的處理裝備上，以便預測構(gòu)件；34的腐蝕特性。應(yīng)當理解，與本主題的系統(tǒng)一起使用的任何處理裝備，例如任何與計算機有關(guān)的裝備，可構(gòu)造成以便運行任何適當?shù)能浖噶罴?，以分析電極40之間的電勢差和/或電流。如以上所指明的那樣，腐蝕感測裝置30可大體構(gòu)造成以便模擬高溫構(gòu)件的腐蝕的基底金屬，例如燃氣輪機10的熱氣路徑構(gòu)件34。因此，腐蝕監(jiān)測裝置32可用來通過分析電極40之間的電流和/或跨過電極40的電勢差來預測構(gòu)件34的腐蝕特性，例如點蝕速率和深度。應(yīng)當理解，可開發(fā)適當?shù)膫鬟f函數(shù)來使電極40之間的電勢差、在電極40之間流動的電流或兩者與構(gòu)件34的腐蝕特性相關(guān)聯(lián)。這種傳遞函數(shù)的開發(fā)在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力之內(nèi)，并且因此本文將不會對其進行任何詳細的論述。但是，大體上，可基于陽極和陰極電極40之間的電流的平均值來預測構(gòu)件34的平均腐蝕或點蝕速率，而且可基于腐蝕最快的電極40 (即以最高速率從中損失電子的最陽極電極)來預測局部腐蝕速率。另外，可通過借助于測量電流對陽極電極40處的基底金屬損失進行逆向計算來預測腐蝕或點蝕深度。腐蝕監(jiān)測裝置32還可能能夠操縱、存儲和/或顯示預測的腐蝕特性和/或腐蝕測量結(jié)果，使得這種數(shù)據(jù)可被操作者或維護工作人員訪問和理解。例如，腐蝕監(jiān)測裝置32可包括顯示裝置33，例如計算機屏幕，顯示板或其它適當?shù)囊曈X顯示器，顯示裝置33為操作者提供在構(gòu)件34上發(fā)生的腐蝕的程度的視覺指示。因此，在一個實施例中，腐蝕監(jiān)測裝置 32可構(gòu)造成以便在顯示裝置33上顯示大體上描繪對于特定渦輪構(gòu)件34、多個渦輪構(gòu)件或?qū)τ谌細廨啓C10的預測的點蝕深度和/或點蝕速率(隨著時間)的表格或圖表。在這種實施例中，燃氣輪機操作者然后可確定需要何種修正措施(如果有的話)來響應(yīng)所顯示的點蝕速率和/或點蝕深度。備選地，腐蝕監(jiān)測裝置32可編程有適當?shù)能浖噶睿员慊诶缣囟?gòu)件34 ( 一個或多個)的點蝕深度和/或點蝕速率的預定極限來自動地確定修正措施是否是必要的。因而，腐蝕監(jiān)測裝置32可通過顯示裝置33自動將任何建議的或要求的修正措施通知燃氣輪機操作者或維護工作人員，以容許操作者采取任何必要的行動。因此，通過使電勢差測量結(jié)果和/或電流測量結(jié)果與構(gòu)件34的腐蝕特性相關(guān)聯(lián)， 腐蝕監(jiān)測裝置32本身還可用來表示何時應(yīng)當在燃氣輪機10或構(gòu)件34上執(zhí)行修正措施。 這可允許對燃氣輪機10進行預測性的/積極的維護兩者，以及基于例如腐蝕水平的突然或意外的升高來執(zhí)行反應(yīng)式的修正措施。所采取的修正措施大體可為涉及防止或減少構(gòu)件 34上發(fā)生的熔鹽腐蝕的量的任何措施，或者涉及監(jiān)測和/或檢查構(gòu)件34的狀況的任何措施。例如，修正措施可包括使燃氣輪機10的部分停機并對其進行檢查，或者改變機器運行參數(shù)，例如降低或提高燃燒溫度，轉(zhuǎn)換燃料類型，添加燃料腐蝕抑制劑和/或調(diào)節(jié)機器的調(diào)低(turndown)。應(yīng)當理解，各種其它修正措施對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可為顯而易見的，因此，潛在的修正措施無需限于以上論述的措施。另外，應(yīng)當理解，所采取的特定的修正措施可取決于針對特定的渦輪構(gòu)件34所預測到的腐蝕的類型和/或程度。例如，可能合乎需要的是使某些修正措施或修正措施的組合與特定的腐蝕條件/速率/狀況相關(guān)聯(lián)和/或?qū)⒛承┬拚胧┗蛐拚胧┑慕M合分配給特定的腐蝕條件/速率/狀況，以使得燃氣輪機操作者(或腐蝕監(jiān)測裝置3 能夠迅速確定應(yīng)當采取何種措施。因此，在一個實施例中，如果構(gòu)件34的預測點蝕速率超過預定的點蝕速率，則修正措施可包括執(zhí)行任何可用的減輕策略，例如改變某些機器運行參數(shù)。類似地， 如果構(gòu)件；34的預測點蝕深度超過預定的點蝕深度，則可使機器停機且對其進行檢查，以防止構(gòu)件失效。另外，如果對從腐蝕感測裝置30得到的測量結(jié)果的分析表示構(gòu)件34的預測點蝕速率在較短的一段時間里有顯著地提高，則操作者可調(diào)查這種提高(例如燃料質(zhì)量變化或過濾器裝備故障)的具體原因。此外，應(yīng)當理解，通過使來自腐蝕監(jiān)測裝置32的測量結(jié)果與其它可用數(shù)據(jù)(例如渦輪運行小時數(shù)、構(gòu)件運行小時數(shù)、運行溫度等等)結(jié)合，還可預測渦輪構(gòu)件34的工作壽命。例如，應(yīng)當理解，可開發(fā)適當?shù)膫鬟f函數(shù)，以至少部分地基于腐蝕監(jiān)測裝置32所提供的腐蝕測量結(jié)果來準確地預測構(gòu)件壽命。本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求書限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。如果這樣的其它實例包括不異于權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果它們包括與權(quán)利要求書的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這種其它實例意圖處于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于設(shè)備(10)的高溫構(gòu)件(34)的熔鹽腐蝕的在線監(jiān)測的方法，該方法包括使第一電極00)和第二電極00)的一部分暴露于設(shè)備(10)的腐蝕性運行環(huán)境(36)，其中，所述第一電極GO)和所述第二電極GO)設(shè)置在該設(shè)備(10)的構(gòu)件(34)內(nèi)，并且通過絕緣材料(38)而彼此電絕緣開，所述第一電極和第二電極GO)電耦聯(lián)，使得當在所述第一電極GO)和所述第二電極GO)之間存在電勢差時，電流會在所述第一電極GO)和所述第二電極(40)之間流動；測量所述第一電極G0)和所述第二電極G0)之間的電勢差或在所述第一電極G0) 和所述第二電極G0)之間流動的電流中的至少一個；以及分析所測量的電勢差或所測量的電流中的該至少一個，以預測所述構(gòu)件(34)的腐蝕特性，其中，所述第一電極G0)和所述第二電極G0)之間的電勢差至少部分地基于所述第一電極G0)或所述第二電極G0)處的熔鹽腐蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法包括基于所述構(gòu)件(34)的預測的腐蝕特性確定何時在該設(shè)備(10)上執(zhí)行修正措施。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，該方法包括基于所述構(gòu)件 (34)的預測的腐蝕特性來在該設(shè)備(10)上執(zhí)行修正措施。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該設(shè)備(10)包括燃氣輪機(10)，并且所述修正措施包括使該燃氣輪機(10)停機以及檢查該燃氣輪機(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該設(shè)備(10)包括燃氣輪機(10)，并且所述修正措施包括調(diào)節(jié)該燃氣輪機(10)的一個或多個機器運行參數(shù)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，該方法包括在視覺上顯示所述構(gòu)件(34)的預測的腐蝕特性。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述構(gòu)件(34)的腐蝕特性包括點蝕深度或點蝕速率中的至少一個。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一電極和第二電極 (40)由具有與所述構(gòu)件(34)的腐蝕特性基本類似的腐蝕特性的材料形成。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一電極和第二電極 (40)形成腐蝕感測裝置(30)的一部分，所述腐蝕感測裝置(30)包括多個電極00)。
10.一種用于設(shè)備(10)的構(gòu)件(34)的熔鹽腐蝕的在線監(jiān)測的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括腐蝕感測裝置(30)，其設(shè)置在設(shè)備(10)的構(gòu)件(34)中，所述腐蝕感測裝置(30)包括在絕緣材料(38)內(nèi)彼此電絕緣開的第一電極G0)和第二電極(40)，所述第一電極和第二電極G0)布置成使得所述第一電極和第二電極G0)中的各個的一部分暴露于該設(shè)備(10) 內(nèi)的腐蝕性運行環(huán)境(36)，所述第一電極和第二電極00)電耦聯(lián)，使得當在所述第一電極 (40)和所述第二電極G0)之間存在電勢差時，電流會在所述第一電極G0)和所述第二電極G0)之間流動，所述第一電極G0)和所述第二電極G0)之間的電勢差至少部分地基于所述第一電極G0)或所述第二電極G0)處的熔鹽腐蝕；以及腐蝕監(jiān)測裝置(32)，其構(gòu)造成以便測量和分析所述第一電極00)和所述第二電極 (40)之間的電勢差或在所述第一電極G0)和所述第二電極G0)之間流動的電流中的至少一個，使得可預測所述構(gòu)件的腐蝕特性。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在線監(jiān)測熔鹽腐蝕的系統(tǒng)和方法。公開了一種用于在線監(jiān)測設(shè)備(10)的構(gòu)件(34)的熔鹽腐蝕的系統(tǒng)和方法。第一和第二電極(40)在構(gòu)件(34)內(nèi)彼此電絕緣開且暴露于設(shè)備(10)的腐蝕性運行環(huán)境(36)。第一和第二電極(40)電耦聯(lián)，使得當在第一和第二電極(40)之間存在電勢差時，電流在第一電極(40)和第二電極(40)之間流動。第一電極(40)和第二電極(40)之間的電勢差至少部分地基于第一電極(40)或第二電極(40)處的熔鹽腐蝕。測量和分析第一電極(40)和第二電極(40)之間的電勢差或在第一電極(40)和第二電極(40)之間流動的電流中的至少一個，使得可預測構(gòu)件(34)的腐蝕特性。
文檔編號G01N17/00GK102235966SQ20111009882
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者P·S·迪馬斯喬, R·E·赫夫納 申請人:通用電氣公司