CN103123314A - 应力腐蚀监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于反应堆工程技术领域，公开了一种应力腐蚀监测系统，该系统包括主回路系统、旁路系统、水处理系统，采用热对流的方式使系统中水进行循环。在该系统中还有电化学监测系统，通过电化学工作站监测样品管在应力腐蚀作用下的电化学信号，并采用绝缘密封头将样品管与系统绝缘，该系统操作简单，结构紧凑，能够实现细长薄壁样品管应力腐蚀的在线监测及水质的在线监测和更换。

Description

应力腐蚀监测系统
技术领域
本发明属于反应堆工程技术领域，具体涉及一种应力腐蚀监测系统。 
背景技术
在反应堆高温高压高辐照的恶劣服役环境下，堆内构件材料如蒸汽发生器传热管、主管道材料等容易发生以应力腐蚀开裂（SCC）为主的腐蚀失效，严重影响反应堆的安全运行，传统的应力腐蚀开裂监测方法需要反应堆停堆，这样会造成很大的经济损失。如果能够实现反应堆中应力腐蚀的在线监测，将极大的提高反应堆的运行安全性，并且减少大量的经济损失。传统的应力腐蚀开裂监测方法都是通过监测样品在拉力作用下的腐蚀效应进而判断该样品材料的耐应力腐蚀性能的。 
电化学噪声法是具有在线监测前景的应力腐蚀监测方法之一，其监测的是电极界面发生不可逆电化学反应而引起的电极表面的电势和电流的自发变化。不锈钢SCC过程中，电化学噪声谱有一个突然增高和缓慢降低的过程，电流噪声和电位噪声反相发展，即在电流噪声增高的时候，电位噪声降低，这是由于在裂纹扩展过程中，裂纹尖端的钝化-溶解造成的。化学信号十分微弱，目前的实验装置结构复杂，背景噪声高，很容易对电化学噪声信号产生干扰，使获得的数据准确度降低。而且，传统的标准应力腐蚀样品不适用于模拟反应堆工况的细长薄壁管样品的制备。对于模拟反应堆工况的细长薄壁管样品来说，无法进行高温高压绝缘动态密封，因而不能制造出无干扰的工作电极，所以无法对细长薄壁管进行模拟反应堆工况的SCC实验及其在线监测技术的研究。 
发明内容
（一）发明目的
根据现有技术存在的问题，本发明提供了一种结构紧凑、操作简单、能够对细长薄管样品进行高温高压动态绝缘密封的应力腐蚀监测系统。
（二）技术方案
为了解决现有技术所存在的问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
应力腐蚀监测系统，该系统包括主回路系统、旁路系统、水处理系统，该系统是采用热对流的方式使系统中水进行循环。
所述的主回路系统由预加热炉、加热炉、冷却罐、运行罐组成，预加热炉将水介质加热到230℃，并且为水回路一侧提供足够的阻力，防止高温水倒流。加热炉是将水温加热到320℃，在高温状态下，水发生体积膨胀向低温方向流出至冷却罐冷却，与加热炉段形成热对流，推动整个应力腐蚀监测系统中水的流动。 
所述的旁路系统由预加热炉、加热炉、冷却罐、多功能罐组成，旁路系统主要用于主回路系统水质发生改变需要换水时，启动旁路系统，保证了整个系统的连续性； 
所述的水处理系统主要有水处理罐等组成，水处理罐中储存有水溶液，在系统水质发生变化需要换水时，可以通过与旁路系统连接实现在线换水。
在主回路系统中还有电化学监测系统，该系统是通过电化学工作站监测样品管在应力腐蚀作用下的电化学信号，样品管为细长薄壁且中间为空心、两端为实心的不锈钢管，位于加热炉中的高温高压管中，其中样品管的空心段为监测段。采用电化学工作站监测电化学信号时，样品管为工作电极，参比电极、辅助电极为Pt丝，监测过程中，工作电极、参比电极、辅助电极要与应力腐蚀监测系统绝缘。 
优选地，工作电极与系统的绝缘是通过绝缘密封头以及在实心段的表面涂有高温绝缘涂层实现的，绝缘密封头如图2所示，绝缘密封头由石墨垫圈3、聚酰亚胺4组成，其中石墨垫圈3、聚酰亚胺4均为圆台形，实际操作过程中将石墨垫圈3套在样品管7实心段外端，聚酰亚胺套4在石墨垫圈3外，将样品管7置入高温高压管6时，绝缘密封头放置于高温高压管内的样品台上，用压紧螺母5将绝缘密封头压紧，并将压紧螺母5与高温高压管螺纹连接固定，样品管7实心段的端部穿过压紧螺母5中间的孔露出高温高压管6，通过绝缘密封头使样品管7拉升过程中与系统绝缘密封。 
参比电极、辅助电极与Pt丝的绝缘主要是在Pt丝外边套上定制的ZrO2管，保证Pt电极与系统的不接触，参比电极、辅助电极通过高温高压管引出。 
（三）有益效果
采用本发明提供的应力腐蚀监测系统，具有以下有益效果：
（1）整个系统采取热对流的形式使水循环流动，而非采取泵提供动力的形式，避免了使用泵而带来水质的污染，同时也避免了系统中高腐蚀性的水对泵体的腐蚀，另外，泵的费用高且使用泵会带来测量系统的扰动，使测量谱图不精确。
（2）采用绝缘密封头将工作电极与整个系统绝缘，该绝缘密封头利用石墨具有的耐高温、密封性好及聚酰亚胺具有的绝缘、耐高温、密封性等特点，使样品管在拉升过程中与系统绝缘，保证了测量信号的准确性。 
（3）操作简单，结构紧凑，造价低廉，能够实现细长薄壁样品管应力腐蚀的在线监测及水质的在线监测和更换。 
附图说明
图1是应力腐蚀监测系统示意图； 
图2是绝缘密封头装配示意图： 
1.参比电极入口；2.辅助电极入口；3.聚酰亚胺密封环；4.石墨密封环；5.压紧螺母；6.高温高压管；7.样品管； 
图3是应力腐蚀电化学噪声图。 
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述。 
实施例
应力腐蚀监测系统，如图1所述，该系统包括主回路系统、旁路系统、水处理系统，该系统是采用热对流的形式使系统中水进行循环。 
所述的主回路系统由预加热炉、加热炉、冷却罐、运行罐组成，预加热炉将水介质加热到230℃，并且为水回路一侧提供足够的阻力，防止高温水倒流。加热炉是将水温加热到320℃，在高温状态下，水发生体积膨胀向低温方向流出至冷却罐冷却，与加热炉段形成热对流，推动整个应力腐蚀监测系统中水的流动。 
所述的旁路系统由预加热炉、加热炉、冷却罐、多功能罐组成，旁路系统主要用于主回路系统水质发生改变需要换水时，启动旁路系统，保证了整个系统的连续性； 
所述的水处理系统主要有水处理罐等组成，在水质不满足实验要求的情况下，进行补水。水处理罐中储存有水溶液，在系统水质发生变化需要换水时，可以通过与旁路系统连接实现在线换水。
在主回路系统中还有电化学监测系统，该系统是通过电化学工作站监测样品管在应力腐蚀作用下的电化学信号，样品管为细长薄壁且中间为空心、两端为实心的不锈钢管，位于加热炉中的高温高压管中，其中样品管的空心段为监测段。采用电化学工作站监测电化学信号时，样品管为工作电极，参比电极、辅助电极为Pt丝，监测过程中，工作电极、参比电极、辅助电极要与应力腐蚀监测系统绝缘。 
工作电极与系统的绝缘是通过绝缘密封头以及在实心段的表面涂有高温绝缘涂层实现的，绝缘密封头如图2所示，绝缘密封头由石墨垫圈3、聚酰亚胺4组成，其中石墨垫圈3、聚酰亚胺4均为圆台形，实际操作过程中将石墨垫圈3套在样品管7实心段外端，聚酰亚胺套4在石墨垫圈3外，将样品管7置入高温高压管6时，绝缘密封头放置于高温高压管内的样品台上，用压紧螺母5将绝缘密封头压紧，并将压紧螺母5与高温高压管螺纹连接固定，样品管7实心段的端部穿过压紧螺母5中间的孔露出高温高压管，用恒荷载系统对样品管拉升过程中，恒荷载系统与样品管7两端部接触，由于石墨的润滑密封作用及聚酰亚胺的绝缘作用，使样品管7拉升过程中与系统绝缘。 
参比电极、辅助电极与Pt丝的绝缘主要是在Pt丝外边套上定制的ZrO2管，保证Pt电极与系统的不接触，参比电极、辅助电极通过高温高压管引出。 
采用该应力腐蚀监测系统对样品管在高温（320℃）高压（15MPa）高氧（100ppm）高Cl-（1000ppm）条件下进行恒载荷应力腐蚀实验，并对应力腐蚀进行了电化学噪声在线监测，如图3所示，可以看到其中电流和电压信号的突变，其中电流和电位在突变位置附近出现了反相变化，说明装置灵敏度高，能监测到实验样品上细微的电流和电位变化。 

Claims (9)

1.应力腐蚀监测系统，该系统包括主回路系统、旁路系统、水处理系统，其特征在于，该系统采用热对流的方式使系统中水进行循环。
2.根据权利要求1所述的所述的应力腐蚀监测系统，其特征在于，所述的主回路系统由预加热炉、加热炉、冷却罐、运行罐组成，预加热炉将水加热到230℃，加热炉是将水加热到320℃。
3.根据权利要求1所述的所述的应力腐蚀监测系统，其特征在于，所述的旁路系统由预加热炉、加热炉、冷却罐、多功能罐组成，主回路系统水质发生改变需要换水时，启动旁路系统。
4.根据权利要求1所述的所述的应力腐蚀监测系统，其特征在于，所述的水处理系统主要有水处理罐等组成，水处理罐中储存有水溶液。
5.根据权利要求1所述的所述的应力腐蚀监测系统，其特征在于，在主回路系统中还有电化学监测系统，该电化学监测系统通过电化学工作站监测样品管在应力腐蚀作用下的电化学信号，样品管为细长薄壁且中间为空心、两端为实心的不锈钢管，位于加热炉中的高温高压管中，其中样品管的空心段为监测段。
6.根据权利要求5所述的所述的应力腐蚀监测系统，其特征在于，采用电化学工作站监测电化学信号时，样品管为工作电极，参比电极、辅助电极为Pt丝，监测过程中，工作电极、参比电极、辅助电极与应力腐蚀监测系统绝缘。
7.根据权利要求6所述的所述的应力腐蚀监测系统，其特征在于，工作电极与系统的绝缘是通过绝缘密封头以及在样品管实心段的表面涂有高温绝缘涂层实现的，绝缘密封头由石墨垫圈3、聚酰亚胺4组成，其中石墨垫圈3、聚酰亚胺4均为圆台形，石墨垫圈3套在样品管7实心段外端，聚酰亚胺套4在石墨垫圈3外部，将样品管7置入高温高压管6时，绝缘密封头放置于高温高压管6内的样品台上，用压紧螺母5将绝缘密封头压紧，并将压紧螺母5与高温高压管螺纹连接密封，样品管7实心段的端部穿过压紧螺母5中间的孔并露出高温高压管6。
8.根据权利要求6所述的所述的应力腐蚀监测系统，其特征在于，在 Pt丝外套上ZrO2管，使Pt电极与系统的不接触，参比电极、辅助电极通过高温高压管引出。
9.根据权利要求7所述的应力腐蚀监测系统，其特征在于，所述的样品管实心段的表面涂有的高温绝缘涂层为聚酰亚胺。
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