用于寿命评价的新型测温技术

　　1　引言

　　温度是工质和过程的重要参数,化工、石化、炼油、发电等行业有大量设备运行在高温下,即运行在构件的材料蠕变温度范围内,然而在实际生产中,出于经济等众多方面的考虑,除了对某些重要生产过程、重要设备的瞬态温度进行跟踪监控外,对其它设备的温度少有监控。近期国外针对设备的预测维修、寿命评价等方面的研究活跃,提出了许多方案。我国建于70年代的一大批石油化工厂以及一些电厂都已陆续到达设计寿命期,而由于经济、环保等种种原因,不可能将它们全部更换或重建,所以希望对这些设备进行延寿处理^[1]

　　设备的延寿一般分为以下几个步骤:

　　(1)分析影响设备寿命的众多因素,诸如腐蚀、疲劳、蠕变、热冲击等等,综合各因素与设备寿命的关系,确定寿命评定的本构关系;

　　(2)收集设备的材料、结构、制造等信息,建立设备的基本信息库;

　　(3)针对评定的设备,收集从服役开始影响寿命的各历史参数,并将这些参数汇总;

　　(4)对设备进行分析评定,给出设备优化处理措施和继续服役的分析结果。

　　对处于高温下服役的设备,材料的蠕变是影响寿命的主导因素。材料的蠕变取决于材料在工作应力下原子的扩散,所以蠕变损伤的积累主要取决于构件长时服役温度而不是偶然发生的温度瞬间波动的峰值温度,这便对掌握设备服役期的历史平均温度提出了要求。常规测温方法如热电偶、铂电阻温度计等一般用来监测操作温度,出于实际考虑,例如测温计的持久性、温度空间分布的测量等,发展一些新型测温技术作为常规方法的补充是很有必要的。根据目的的不同,温度测量大体可分为瞬态温度测量、平均温度测量、峰值温度测量等,实际生产中以瞬态温度测量居多。按照测量手段可分为直接测量和间接测量。

　　2　平均温度测量技术

　　平均温度测量方法的近期研究方向主要有以下几种:

　　PETIT:也叫作扩散偶技术,最初南非的VanZy1 F. H从事该技术的研究[4],后来英国ERA公司的B. J. Cane也在该技术上做了深入的工作[5]。它是利用某些特定材料的扩散与温度和时间之间稳定的关系来测定构件的平均有效服役温度。对双金属的扩散研究已相对成熟,扩散系数与温度之间存在稳定的关系,符合Arrhenius公式。目前开发的双金属扩散偶有效测温范围在400~700℃,温度精度为±5℃。

　　Feroplug: J. K. L. Lai和他的同事研制开发了该项技术,其采用双相不锈钢在不同温度下的不同相变结果原理,用于测定构件的有效服役温度[6、7]。该测温仪原理主要为双相不锈钢中的α铁素体向σ相和二次奥氏体的转变,转化结果与温度和时间存在一定的关系。目前该技术已在英国、美国和欧洲申请了专利。Feroplug的测温范围在400~700℃,目前正在研制使用温度更高的Sigmaplug测量仪[8]。