CN104614308A - 一种模拟硫酸露点腐蚀的实验装置 - Google Patents
一种模拟硫酸露点腐蚀的实验装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，包括用于供应硫酸气体的第一部分和用于供应二氧化硫气体、二氧化碳气体及氮气的第二部分，所述模拟硫酸露点腐蚀的实验装置还包括用于模拟硫酸露点腐蚀的实验仓，该第一部分和该第二部分均与该实验仓连接。该实验装置采用同时向实验腔内注入H2SO4、H2O、SO2、CO2和N2五种气体，更加接近客观真实情况。同时，通过实验仓外壁进行定温水浴的方式控制实验仓内部的温度，使其整体达到既定的实验温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟硫酸露点腐蚀的实验装置。
背景技术
锅炉和工业加工炉常以煤、重油或含硫瓦斯为燃料，通常含有2％～3％的硫化物，由于燃烧生成二氧化硫，大约1％～2％的受烟灰和金属氧化物等的催化作用，生成三氧化硫，再与燃烧气体中所含的少量结合生成硫酸，当烟气中生成的硫酸在温度较低处凝聚而引起硫酸露点腐蚀。硫酸露点腐蚀是石油化工等行业最严重的腐蚀问题之一，常减压蒸馏设备、加热器、换热器、预热器、烟道等都有可能因为接触到硫酸而发生严重的腐蚀导致停工，产生巨大的经济损失和人员伤害。由于现实中生成硫酸露点腐蚀的环境与工业过程较为复杂，生成时间也较为漫长，因此往往不能采用原有工艺流程进行实验。而建立一款准确、高效、可靠的模拟装置是评价材料硫酸露点腐蚀的最佳方法。
中国专利CN 101876622 A，公开日期2010年11月3日，公开了《一种模拟硫酸露点腐蚀的实验装置及测试方法》，该装置包括加热装置，蒸发瓶，试验腔和回收装置；其中，加热装置包括电加热套；蒸发瓶置于电加热套内，蒸发瓶通过玻璃管与置于导热油箱内的加热管连接，再与试验腔连通；试验腔外壳的内部设有固定装置，固定装置设在所述试验腔内衬上端；试验腔内衬的顶部设有测试孔，试验腔外壳的出风口和连接所述试验腔内衬的排液口通过玻璃管连接至所述回收装置。实验时通过固定装置和密封垫片将样品固定在测试孔上，并通过加热蒸发瓶中的硫酸水溶液产生三氧化硫和水蒸气，制造硫酸了露点腐蚀模拟，并通过冷风持续吹扫实验腔外壳的试样背面降温达让试样表面发生露点腐蚀并进行实验目的。但是该发明至少存在三个严重的问题：其一是该发明未考虑其他气体组分。现实中硫酸露点腐蚀的环境气氛复杂，除了主要导致硫酸生成的三氧化硫，还有大量的二氧化硫、氮气和二氧化碳等等，而这些气体从体积分数来说远较三氧化硫为高，对硫酸露点腐蚀的影响也很大，不应该被忽略掉。其二是该发明采用冷风吹扫的方式降温达到露点腐蚀所需要的温度，这样仅仅能做到降到指定温度以下，实际温度并不可控，缺乏实验中应有的对温度精确控制的严谨性。其三是硫酸露点腐蚀虽然优先发生在初凝部位，但是由于下游各部位的选材不同，在连续降温的过程中腐蚀最严重的位置未必就是初凝点部位的材料，因此应该具有连续降温的装置来对不同温度下不同材料的腐蚀情况进行准确评估。
发明内容
为了解决目前硫酸露点腐蚀模拟实验装置气氛单一、压力不可控和温度控制不精确的问题，本发明提供了一种模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，该实验装置采用同时向实验腔内注入硫酸、水蒸气、二氧化硫、二氧化碳和氮气五种气体，更加接近客观真实情况。同时，通过实验仓外壁进行定温水浴的方式控制实验仓内部的温度，使其整体达到既定的实验温度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，包括用于供应硫酸气体的第一部分和用于供应二氧化硫气体、二氧化碳气体及氮气的第二部分，所述模拟硫酸露点腐蚀的实验装置还包括用于模拟硫酸露点腐蚀的实验仓，该第一部分和该第二部分均与该实验仓连接。
所述模拟硫酸露点腐蚀的实验装置还包括用于气体均匀混合的气体混合罐，该第一部分和该第二部分均通过气体混合罐与该实验仓连接。
该第一部分包括原料罐和蒸馏装置，原料罐内含有硫酸水溶液，原料罐能够通过输液管线向蒸馏装置的蒸馏瓶中供应该硫酸水溶液，蒸馏装置的蒸馏瓶还连接有用于将该蒸馏瓶内废液排出的排液管线和用于将硫酸气体排出的第一排气管线，该第一排气管线与气体混合罐连接，该第一排气管线上设有原料气泵、原料气体减压阀和原料气体导热油箱，该排液管线上设有原料废液泵，原料废液泵能够在将该蒸馏瓶中的废液排出的同时将原料罐中的硫酸水溶液抽吸至该蒸馏瓶中并使该蒸馏瓶中的硫酸水溶液中的硫酸浓度保持稳定。
该第二部分包括二氧化硫气瓶、二氧化碳气瓶及氮气气瓶，该第二部分还包括一级混合气体减压阀和第二排气管线，二氧化硫气瓶、二氧化碳气瓶及氮气气瓶均与一级混合气体减压阀连接，一级混合气体减压阀通过该第二排气管线与气体混合罐连接，该第二排气管线上设有二级气体减压阀和混合气体导热油箱。
气体混合罐包括内筒和外筒，该内筒设置在该外筒内，该内筒和该外筒之间形成环形的恒温液腔，该内筒的一端设有与该第一部分和该第二部分连接的气体混合罐进气管，该内筒的另一端设有与该实验仓连接的气体混合罐出气管，该外筒上设有用于向恒温液腔内供水的气体混合罐进水管和用于将恒温液腔内的水排出的气体混合罐出水管。
在该内筒中，沿气体混合罐进气管向气体混合罐出气管的方向依次设置四个气体挡板，每个气体挡板上均设置有用于气体通过的多个气孔，沿气体混合罐进气管向气体混合罐出气管的方向该多个气孔在该四个气体挡板的中心与边缘交替分布。
沿气体混合罐进气管向气体混合罐出气管的方向，该多个气孔在四个气体挡板上的过流面积逐渐减小且相邻两个所述气体挡板之间的距离逐渐增大。
该实验仓包括多个依次连接的实验腔，该实验仓内含有一个用于承装试样的密封空腔，每个所述实验腔的侧壁内均含有独立的用于水浴或油浴的环形恒温腔，相邻的两个所述实验腔之间通过塑料隔热圈密封连接固定。
相邻的两个所述实验腔的连接处分别为带有楔形螺纹的内圆锥面和外圆锥面，相邻的两个所述实验腔之间通过圆锥筒形的聚四氟乙烯隔热圈密封连接固定，该聚四氟乙烯隔热圈的内表面和外表面分别设有与所述相邻的两个实验腔相匹配的内螺纹和外螺纹。
所述模拟硫酸露点腐蚀的实验装置还包括有用于收集该实验仓和该第一部分排出的实验废物的废液废气收集罐。
本发明的有益效果是，该实验装置采用同时向实验腔内注入H2SO4、H2O、SO2、CO2和N2五种气体，更加接近客观真实情况。同时，通过实验仓外壁进行定温水浴的方式控制实验仓内部的温度，使其整体达到既定的实验温度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
图1为模拟硫酸露点腐蚀的实验装置的整体示意图。
图2为气体混合罐的示意图。
图3为图2中沿A-A方向的剖视图。
图4为图2中沿B-B方向的剖视图。
图5为图2中沿C-C方向的剖视图。
图6为图2中沿D-D方向的剖视图。
图7为图2中沿E-E方向的剖视图。
图8为实验腔的剖视示意图。
图9为图8中沿F-F方向的剖视图。
图10为图8中沿G-G方向的剖视图。
图11为塑料隔热圈的剖视示意图。
图12为图11中沿H-H方向的剖视图。
其中1.蒸馏装置；2.原料罐；3.原料气泵；4.原料气体减压阀；5.原料气体导热油箱；6.原料废液泵；7.二氧化硫气瓶；8.二氧化碳气瓶；9.氮气气瓶；10.一级混合气体减压阀；11.二级气体减压阀；12.混合气体导热油箱；13.气体混合罐；14.第一级实验腔；15.第二级实验腔；16.第三级实验腔；17.第四级实验腔；18.第一级隔热连接塞；19.第二级隔热连接塞；20.第三级隔热连接塞；21.废液废气吸收罐；22.气体混合罐进气管；23.气体混合罐进水管；24.气体混合罐出水管；25.恒温液腔；26.第一级气体挡板；27.第二级气体挡板；28.第三级气体挡板；29.第四级气体挡板；30.气体混合罐出气管；31.第一级气体挡板气孔；32.第一级气体挡板隔板；33.第二级气体挡板气孔；34.第二级气体挡板隔板；35.第三级气体挡板气孔；36.第三级气体挡板隔板；37.第四级气体挡板气孔；38.第四级气体挡板隔板；39.实验腔进水管；40.实验腔出水管；41.腔口进口螺纹；42.腔口出口螺纹；43.隔热连接圈进口螺纹；44.隔热连接圈出口螺纹；45.内部空腔；46.实验仓；47.环形恒温腔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，包括用于供应硫酸气体及水蒸气的第一部分和用于供应二氧化硫气体、二氧化碳气体及氮气的第二部分，所述模拟硫酸露点腐蚀的实验装置还包括用于模拟硫酸露点腐蚀的实验仓46，该第一部分和该第二部分均与该实验仓46连接并向该实验仓46内供应上述5种实验气体，如图1所示。
所述模拟硫酸露点腐蚀的实验装置还包括用于气体均匀混合的气体混合罐13，该第一部分和该第二部分均通过气体混合罐13与该实验仓46连接，即如图1所示，该第一部分和该第二部分均与气体混合罐13连接，气体混合罐13再与该实验仓46连接，即该第一部分和该第二部分供应的H2SO4、H2O、SO2、CO2和N2五种气体在气体混合罐13内进行均匀混合，混合后的气体在进入该实验仓46中进行实验。
该第一部分由蒸馏装置1、原料罐2、原料气泵3、原料气体减压阀4、原料气体导热油箱5和原料废液泵6组成，原料罐2内含有一定配比的硫酸水溶液，原料罐2能够通过输液管线向蒸馏装置1的蒸馏瓶中供应该硫酸水溶液，蒸馏装置1的蒸馏瓶还连接有用于将该蒸馏瓶内废液排出的排液管线和用于将硫酸气体排出的第一排气管线，该第一排气管线与气体混合罐13连接，该第一排气管线上设有原料气泵3、原料气体减压阀4和原料气体导热油箱5。蒸馏装置1采用油浴或者电热炉加热蒸馏，温度控制在60℃～200℃，分离出的气相成分主要为H2SO4和H2O的混合蒸气，底部剩余为废液。由于不同浓度的液态硫酸溶液在同温度下的蒸气成分有所不同，为了保证原料的浓度恒定，采用原料废液泵6将原料罐2中的溶液以低速持续抽送至蒸馏装置1中对其进行新鲜溶液置换，保持蒸馏装置1中的溶液成分稳定。即该排液管线上设有原料废液泵6，原料废液泵6能够在将该蒸馏瓶中的废液排出的同时将原料罐2中的硫酸水溶液抽吸至该蒸馏瓶中并使该蒸馏瓶中的硫酸水溶液中的硫酸浓度保持稳定。蒸馏出的气体保持恒温经原料气泵3的输送和原料气体减压阀4减压后给定至0.1Mpa左右送入原料气体导热油箱5进行控温，其温度稍高于露点温度保证其为气态，再进入气体混合罐13。
该第二部分由二氧化硫气瓶7、二氧化碳气瓶8、氮气气瓶9、一级混合气体减压阀10、二级气体减压阀11、混合气体热油箱12和第二排气管线组成，二氧化硫气瓶7、二氧化碳气瓶8及氮气气瓶9并联后与一级混合气体减压阀10连接，一级混合气体减压阀10采用三通道模式，对二氧化硫气瓶7、二氧化碳气瓶8和氮气气瓶9的三种气体分别控压，按所需的分压比并确定最终的总压约为2Mpa。一级混合气体减压阀10通过该第二排气管线与气体混合罐13连接，该第二排气管线设有二级气体减压阀11，SO2、CO2和N2的混合气体经过二级气体减压阀11减压至0.1Mpa后进入混合气体热油箱12加热至与第一部分的原料气体(即上述H2SO4和H2O的混合蒸气)相同的温度，然后送入气体混合罐13。
气体混合罐13包括内筒和外筒，该内筒设置在该外筒内，该内筒和该外筒之间形成环形的恒温液腔25，该内筒的一端设有与该第一部分和该第二部分分别连接的两个气体混合罐进气管22，该内筒的另一端设有与该实验仓连接的气体混合罐出气管30，该外筒上设有用于向恒温液腔25内供水的气体混合罐进水管23和用于将恒温液腔25内的水排出的气体混合罐出水管24。
为了使不同种类的气体能够在气体混合罐13中均匀混合，在该内筒中，沿气体混合罐进气管22向气体混合罐出气管30的方向(如图2所示从左向右)依次设置四个气体挡板，每个气体挡板上均设置有用于气体通过的多个气孔，沿气体混合罐进气管22向气体混合罐出气管30的方向该多个气孔在该四个气体挡板的中心与边缘交替分布。具体的，如图2至图7所示，气体混合罐13采用内外双层结构，外部通入恒的液体(水或者油)起到对气体混合罐13内部保温和控温的作用，其温度控制可稍高于露点温度防止气体在气体混合罐13内液化。恒温液体从下部的气体混合罐进水管23进入，由上部的气体混合罐出水管24排出。气体混合罐13的内部采用四级气体挡板对通入的混合气体产生折流进行均匀混合，每一级气体挡板都分为气体挡板隔板和气体挡板气孔两部分。其中第一级气体挡板26的第一级气体挡板气孔31开设在第一级气体挡板隔板32以中心为圆心的45°、135°、225°和315°四个方向，采用与气体混合罐13同圆心的实心圆形厚板在上述4个方向开孔的方法，并将0°、90°、180°和270°四个方向保留部分原始尺寸便于其与气体混合罐13的内部连接，使得混合气体从气体混合罐进气管22进入后经第一级气体挡板气孔31处排出至第二级气体挡板27处。第二级气体挡板27的第二级挡板气孔33设置在二级气体挡板27中心部分，便于混合气体进入后经第二级气体挡板隔板32折流。同时第二级挡板气孔33为十几个圆形小孔，便于将进入的混合气体破碎并均匀混合。混合气体从第二级挡板气孔33处通过后至第三级气挡板28处。第三级气挡板28和第一级气体挡板26形状相同，但是与气体混合罐13内部链接时逆时针旋转45°。第三级气挡板28和第一级气体挡板26的第三级挡板隔板36和第三级气体挡板气孔35互换位置，使得通过的气体混合更加均匀。第四级气体挡板29的第四级气体挡板隔板38设置在四周，混合气体经最终混合后从中间位置的第四级气体挡板隔板气孔37排除时已为混合均匀的气体，经气体混合罐进气管出气管30注入实验仓46的第一级实验腔14。另外，为了进一步便于气体在气体混合罐19中均匀混合，沿气体混合罐进气管22向气体混合罐出气管30的方向，该多个气孔在四个气体挡板上的过流面积逐渐减小且相邻两个所述气体挡板之间的距离逐渐增大，以利于气体均匀混合。
该实验仓包括多个依次连接的实验腔，该实验仓内含有一个用于承装试样的密封空腔45，每个所述实验腔的侧壁内均含有独立的用于水浴或油浴的环形恒温腔47，相邻的两个所述实验腔之间通过塑料隔热圈密封连接固定。具体的，如图1和图8所示，该实验仓采用四级设计，即该实验仓为第一级实验腔14、第二级实验腔15、第三级实验腔16和第四级实验腔17串联，相邻的两个实验腔通过带楔形螺纹的接头连接，该实验仓与气体混合罐13一样均采用外部通入恒温液体的方法对各实验腔的内部进行保温。由于各级实验腔独立设置，每个该实验腔的环形恒温腔47内可以通入不同温度的恒温液体从而模拟实际工况中的温降过程。同时，由于各级实验腔的内径一致，可以放入尺寸较长的大型试样。为了保证各级实验腔通入的溶液温度互不影响，采用耐高温的塑料隔热圈(例如聚四氟乙烯类塑料制作的隔热连接圈)连接两个相邻的该实验腔，使得两个相邻的实验腔不直接接触以隔绝相互间的温度干扰。具体如第一级实验腔14和第二级实验腔15之间通过第一级隔热连接圈18相互连接并隔热；第二级实验腔15和第三级实验腔16之间通过第二级隔热连接圈19相互连接并隔热；第三级实验腔16和第四级实验腔17通过第三级隔热连接圈20相互连接并隔热。
相邻的两个所述实验腔的连接处分别为带有楔形螺纹的内圆锥面和外圆锥面，相邻的两个所述实验腔之间通过圆锥筒形的聚四氟乙烯隔热圈密封连接固定，该聚四氟乙烯隔热圈的内表面和外表面分别设有与所述相邻的两个实验腔相匹配的内螺纹和外螺纹。具体的，如图8至图12所示，该实验腔的左侧的腔口进口螺纹41为外螺纹，能够旋入为内螺纹的隔热连接圈出口螺纹44，再由为外螺纹的隔热连接圈进口螺纹43，旋入上一级为内螺纹的腔口出口螺纹42，从而将各级实验腔从左向右依次以塑料隔热圈(分别为第一级隔热连接圈18、第二级隔热连接圈19和第三级隔热连接圈20)通过中间隔断的方法连接起来。
另外，恒温液体从每个实验腔下部的实验腔进水管39进入每个实验腔的环形恒温腔47，再从位于实验腔上部的实验腔出水管40流出，以对该实验腔内部进行保温及控温。所述模拟硫酸露点腐蚀的实验装置还包括有用于收集该实验仓和该第一部分排出的实验废物的废液废气收集罐21。如图1所示，经第四级实验腔17后排出的气体和液体为废气废液，直接排入装盛10％氢氧化钠吸收液的废液废气吸收罐21。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (10)
1.一种模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，其特征在于，所述模拟硫酸露点腐蚀的实验装置包括用于供应硫酸气体的第一部分和用于供应二氧化硫气体、二氧化碳气体及氮气的第二部分，所述模拟硫酸露点腐蚀的实验装置还包括用于模拟硫酸露点腐蚀的实验仓，该第一部分和该第二部分均与该实验仓连接。
2.根据权利要求1所述的模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，其特征在于，所述模拟硫酸露点腐蚀的实验装置还包括用于气体均匀混合的气体混合罐(13)，该第一部分和该第二部分均通过气体混合罐(13)与该实验仓连接。
3.根据权利要求2所述的模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，其特征在于，该第一部分包括原料罐(2)和蒸馏装置(1)，原料罐(2)内含有硫酸水溶液，原料罐(2)能够通过输液管线向蒸馏装置(1)的蒸馏瓶中供应该硫酸水溶液，蒸馏装置(1)的蒸馏瓶还连接有用于将该蒸馏瓶内废液排出的排液管线和用于将硫酸气体排出的第一排气管线，该第一排气管线与气体混合罐(13)连接，该第一排气管线上设有原料气泵(3)、原料气体减压阀(4)和原料气体导热油箱(5)，该排液管线上设有原料废液泵(6)，原料废液泵(6)能够在将该蒸馏瓶中的废液排出的同时将原料罐(2)中的硫酸水溶液抽吸至该蒸馏瓶中并使该蒸馏瓶中的硫酸水溶液中的硫酸浓度保持稳定。
4.根据权利要求2所述的模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，其特征在于，该第二部分包括二氧化硫气瓶(7)、二氧化碳气瓶(8)及氮气气瓶(9)，该第二部分还包括一级混合气体减压阀(10)和第二排气管线，二氧化硫气瓶(7)、二氧化碳气瓶(8)及氮气气瓶(9)均与一级混合气体减压阀(10)连接，一级混合气体减压阀(10)通过该第二排气管线与气体混合罐(13)连接，该第二排气管线上设有二级气体减压阀(11)和混合气体导热油箱(12)。
5.根据权利要求2所述的模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，其特征在于，气体混合罐(13)包括内筒和外筒，该内筒设置在该外筒内，该内筒和该外筒之间形成环形的恒温液腔(25)，该内筒的一端设有与该第一部分和该第二部分连接的气体混合罐进气管(22)，该内筒的另一端设有与该实验仓连接的气体混合罐出气管(30)，该外筒上设有用于向恒温液腔(25)内供水的气体混合罐进水管(23)和用于将恒温液腔(25)内的水排出的气体混合罐出水管(24)。
6.根据权利要求5所述的模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，其特征在于，在该内筒中，沿气体混合罐进气管(22)向气体混合罐出气管(30)的方向依次设置四个气体挡板，每个气体挡板上均设置有用于气体通过的多个气孔，沿气体混合罐进气管(22)向气体混合罐出气管(30)的方向该多个气孔在该四个气体挡板的中心与边缘交替分布。
7.根据权利要求6所述的模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，其特征在于，沿气体混合罐进气管(22)向气体混合罐出气管(30)的方向，该多个气孔在四个气体挡板上的过流面积逐渐减小且相邻两个所述气体挡板之间的距离逐渐增大。
8.根据权利要求1所述的模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，其特征在于，该实验仓包括多个依次连接的实验腔，该实验仓内含有一个用于承装试样的密封空腔(45)，每个所述实验腔的侧壁内均含有独立的用于水浴或油浴的环形恒温腔，相邻的两个所述实验腔之间通过塑料隔热圈密封连接固定。
9.根据权利要求8所述的模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，其特征在于，相邻的两个所述实验腔的连接处分别为带有楔形螺纹的内圆锥面和外圆锥面，相邻的两个所述实验腔之间通过圆锥筒形的聚四氟乙烯隔热圈密封连接固定，该聚四氟乙烯隔热圈的内表面和外表面分别设有与所述相邻的两个实验腔相匹配的内螺纹和外螺纹。
10.根据权利要求1所述的模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，其特征在于，所述模拟硫酸露点腐蚀的实验装置还包括有用于收集该实验仓和该第一部分排出的实验废物的废液废气收集罐(21)。
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