CN104458400A - 一种高温高压水汽环境结构材料试验装置 - Google Patents

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Abstract

一种高温高压水汽环境结构材料试验装置，其具有内外流动高温水的管子，该试验装置包括高压釜、试验管加载系统、试验管内回路系统、试验管外回路系统、控制测量系统、数据采集和处理系统。可以模拟温度、压力、流速、水化学条件和载荷等高温高压水汽环境结构材料的试验装置，适用于复杂流动和复杂载荷耦合作用下管子试样的腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳和流动促进腐蚀等方面的测试。特别的，可以模拟核反应压水堆中蒸汽发生器热交换管中不同流动、不同内外侧温度、不同压力和不同水化学的工况，对热交换管进行相关测试和研究。

Description

一种高温高压水汽环境结构材料试验装置
 
技术领域
本发明属于模拟高温高压水汽环境的试验装置领域，涉及一种可以模拟温度、压力、流速、水化学条件和载荷等高温高压水汽环境结构材料的试验装置，适用于复杂流动和复杂载荷耦合作用下管子试样的腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳和流动促进腐蚀等方面的测试，特别的，可以模拟核反应压水堆中蒸汽发生器热交换管中不同流动、不同内、外侧温度、不同压力和不同水化学的工况，对热交换管进行相关测试和研究。
背景技术
随着我国核电和火电工业的迅速发展，它们的安全性已成为国家和民众广泛关注的重要问题。高温高压水汽环境下的腐蚀、应力腐蚀，以及这一特殊环境下的疲劳、蠕变、磨损等成为影响核电、热电运行安全性和经济性的主要问题之一。但它们在机理研究方面的局限性是20年来之所以尚未解决应力腐蚀、高温腐蚀破裂和其他失效方式的主要原因。因此，需要一种实验装置来研究材料在高温高压水环境下的腐蚀和应力腐蚀开裂问题。
目前国际上比较通用的手段是在高温高压釜内进行慢拉伸，主要是模拟轻水核反应堆服役的高温高压循环水环境，通过单回路系统控制水化学环境，通过控制加载模式，测试标准试样（紧凑拉伸试样、圆棒状试样等）在高温水环境中的力学性能，积累基本数据，并以此进行材料的寿命预测。但电站（核电站和火电站）中服役的关键材料大多数以管子的形式存在，由于形状效应，通用的高压釜慢拉伸设备无法对管子试样作出较为准确的测试和评价，特别地，迄今为止全世界还没有建立一套对蒸汽发生器热交换管的应力腐蚀的高温高压水汽环境试验平台，从而限制了对相应构件进行比较准确的寿命预测。因此，以电力工业安全为背景，配备先进的准对管子试样特别是热交换管的高温高压水汽环境装置，进行相关材料在高温高压水汽环境的服役行为和弱化机理研究，可以大幅提高我国在相关领域的研究水平，并为国家电力工业的安全、经济运行提供技术支撑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全新的具有内外部流动的管子试样的高温高压水汽环境结构材料试验装置。
一种高温高压水汽环境结构材料试验装置，该试验装置能够对具有内外流动高温水的管子进行试验，该试验装置包括高压釜、试验管加载系统、试验管内回路系统、试验管外回路系统、控制测量系统、数据采集和处理系统，其中，所述高压釜用来形成高温高压水汽环境，所述试验管加载系统在高温高压水汽环境下对管状试样进行静、动态加载；所述试验管内回路系统与实验样管内侧相连，用来形成试验管内侧的高温高压水环境；所述试验管外回路系统连接高压釜内部，用来形成试验管外侧的高温高压水环境；所述控制测量系统用来对高压釜、试验管加载系统、试验管内回路系统和试验管外回路系统的相关参数进行测量和控制；所述数据采集和处理系统对高压釜、试验管加载系统、试验管内回路系统和试验管外回路系统的相关参数进行采集和处理。
其中，所述试验管加载系统对试验管进行相应加载模式的加载，完成对相应流动环境中的管道试验件进行静、动态及复合加载，用来研究构件老化、腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀蠕变以及其耦合行为和机理。
其中，所述相应加载模式是指恒载、慢拉伸和低频疲劳加载模式，相应流动环境是指亚临界和超临界水汽环境。
其中，在所述试验管内和外侧都存在流体流动，或在所述试验管内侧或外侧单侧存在流体流动。
附图说明
图1是本发明试验装置的结构示意图；
具体实施方式
该试验装置具有内外流动高温水的管子，该试验装置包括高压釜、试验管内回路系统、试验管外回路系统、管子试样加载系统、控制测量系统、数据采集和处理系统，其中，试管管内回路系统与实验样管内侧相连，用来形成试验管内侧的高温高压水环境；试验管外回路系统连接高压釜内部，用来在高压釜中形成试验管外侧的高温高压水环境；试验管加载系统用来完成在高温高压水汽环境下对管状试样进行静、动态加载（恒载荷、慢拉伸和低频疲劳加载）；控制测量系统用来对高压釜加载系统、试验管内回路系统和试验管外回路系统的相关参数进行测量和控制；数据采集和处理系统对高压釜加载系统、试验管内回路系统和试验管外回路系统的相关参数进行采集和处理。
本系统中，试验管壁的内外侧的高温水的温度、压力和水化学环境可以不同，因此本装置可研究亚临界水环境条件下具有内外温度梯度、不同压力和不同水汽环境下管道的应力腐蚀、腐蚀疲劳和蠕变等行为，也可研究单独管内通水或管外通水的工况。
以上所述仅是本发明优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应该视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高温高压水汽环境结构材料试验装置，其特征在于，该试验装置能够对具有内外流动高温水的管子进行试验，该试验装置包括高压釜、试验管加载系统、试验管内回路系统、试验管外回路系统、控制测量系统、数据采集和处理系统，其中，所述高压釜用来形成高温高压水汽环境，所述试验管加载系统在高温高压水汽环境下对管状试样进行静、动态加载；所述试验管内回路系统与实验样管内侧相连，用来形成试验管内侧的高温高压水环境；所述试验管外回路系统连接高压釜内部，用来形成试验管外侧的高温高压水环境；所述控制测量系统用来对高压釜、试验管加载系统、试验管内回路系统和试验管外回路系统的相关参数进行测量和控制；所述数据采集和处理系统对高压釜、试验管加载系统、试验管内回路系统和试验管外回路系统的相关参数进行采集和处理。
2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述试验管加载系统对试验管进行相应加载模式的加载，完成对相应流动环境中的管道试验件进行静、动态及复合加载，用来研究构件老化、腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀蠕变以及其耦合行为和机理。
3.如权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述相应加载模式是指恒载、慢拉伸和低频疲劳加载模式，相应流动环境是指亚临界和超临界水汽环境。
4.如权利要求2所述的试验装置，其特征在于，在所述试验管内和外侧都存在流体流动，或在所述试验管内侧或外侧单侧存在流体流动。
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