CN104931410B - 一种热工模拟台架ecp在线监测电极及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高温高压水溶液体系在线腐蚀监测领域,具体是一种适用于模拟压水堆核电站运行结构的热工模拟台架ECP在线监测电极及其使用方法。该电极包括工作电极组件、参比电极组件、连接装置、固定绝缘装置四个部分,通过弯通与卡套密封方式将高温工作电极与高温参比电极合并为一体,使在线监测电极结构紧凑,减少了与大型台架接口的数量;利用聚四氟材料制备绝缘件,通过螺纹连接的方式,解决了测试试样在高温高速流体中的固定及绝缘问题,为热工模拟台架ECP的在线监测提供了设备基础,可实现常温~320℃、常压~11MPa的高温高压水溶液体系中的在线腐蚀监测。
Description
技术领域
本发明涉及高温高压水溶液体系在线腐蚀监测领域,具体是一种适用于热工模拟台架的ECP(Electrochemical Corrosion Potential)在线监测电极及其使用方法。
背景技术
我国商用核电站主要以压水堆为主,其二回路服役环境为高温高压水(温度180~291℃,压力1~7.6MPa)。服役过程中构件材料的环境腐蚀损伤问题对核电站的安全运行构成潜在威胁。国外核电站服役经验表明,在压水堆二回路进行ECP监测,对控制二回路碳钢管道的流动加速腐蚀速率及蒸汽发生器材料的应力腐蚀开裂速率效果显著。我国目前处在核电快速发展时期,发展在线腐蚀监检测和控制技术,对保障我国核电设备安全运行,促进核电关键技术自主化有重要意义。
在模拟热工模拟台架上进行ECP在线监测,可对监测系统的安全性、可靠性进行验证,是实现核电站真实环境内ECP在线监测的必要过程。由于监测环境条件苛刻,目前国内只有少数实验室内可以进行高温高压水溶液体系中的ECP测量,尚无热工模拟台架ECP在线监测的经验。由于操作空间的限制和安全方面的考虑,热工模拟台架ECP在线监测要求监测电极结构紧凑,尽量减少接口数量,而实验室内采用已有的ECP测试系统进行测量时至少需要两个电极接口,分别安装高温工作电极与高温参比电极。此外实验室测试时溶液流速远小于热工模拟台架管道中溶液流速,按现有高温工作电极中测试试样的固定方法进行热工模拟台架ECP在线监测时,存在测试试样的固定与绝缘问题。因此,目前高温高压水溶液体系中可用的ECP测试系统无法满足热工模拟台架ECP在线监测的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于模拟压水堆核电站运行结构的热工模拟台架ECP在线监测电极及其使用方法,解决现有技术中需要较多接口、占用空间大、溶液流速快时测试试样无法固定与绝缘的问题,为实现热工模拟台架ECP在线监测提供设备基础。
本发明的技术方案是:
一种热工模拟台架ECP在线监测电极,该电极包括工作电极组件、参比电极组件、连接装置、固定绝缘装置四个部分;
工作电极组件包括工作电极主体和工作电极主体下端连接的支撑管;
参比电极组件包括参比电极主体、参比电极主体下端连接的支撑连接头和支撑连接头下端连接的导液管,在导液管的末端加工螺纹,在距导液管末端一段处的侧壁上开一通孔,该孔与导液管的中心通孔相通;支撑连接头的下端与热工模拟台架管道螺纹连接,支撑连接头的下端面为环形凸台,环形凸台压设于热工模拟台架管道的电极孔处,通过旋紧螺纹使环形凸台与热工模拟台架管道之间产生压力,实现金属硬密封;在支撑连接头的侧壁钻孔,所述孔与支撑连接头的中心通孔相通且轴线垂直;
连接装置使工作电极组件与参比电极组件连接为一体,包括弯通、卡套I、卡套II和连接管;弯通的一端朝上,与工作电极组件中支撑管的下端通过卡套I连接在一起,弯通的另一端与连接管的一端通过卡套II连接在一起;连接管的另一端垂直焊接在支撑连接头的侧壁上,连接管的管腔与支撑连接头侧壁的孔同轴;
固定绝缘装置包括绝缘转接头、电极导线、测试试样、绝缘隔片和固定螺帽,绝缘转接头与参比电极组件中导液管的末端通过螺纹连接,测试试样通过螺纹连接方式固定在绝缘转接头的缩径段;当有两个以上测试试样时,测试试样之间用绝缘隔片间隔,固定螺帽与绝缘转接头缩径段的末端螺纹连接。
所述的热工模拟台架ECP在线监测电极,支撑连接头的开孔位置位于中部六棱柱的任一侧壁,所述孔的孔径比连接管的内径小。
所述的热工模拟台架ECP在线监测电极,绝缘转接头为变径结构,自上而下依次为扩径段、变径段、缩径段,外径逐段减小,扩径段中心开有螺纹孔,螺纹尺寸与导液管末端螺纹一致,缩径段为螺纹杆。
所述的热工模拟台架ECP在线监测电极,测试试样中心开有螺纹通孔,螺纹尺寸与绝缘转接头的缩径段一致,测试试样的一角开有直径为1mm的小孔。
所述的热工模拟台架ECP在线监测电极,绝缘转接头、绝缘隔片、固定螺帽均用聚四氟材料。
所述的热工模拟台架ECP在线监测电极,导液管的外径、绝缘转接头扩径段的外径、固定螺帽的外径、被测试样的对角线长度均小于热工模拟台架电极孔的内径。
所述的热工模拟台架ECP在线监测电极的使用方法,具体过程如下:
(1)将高温工作电极除去堵嘴与压帽,在高温参比电极的支撑连接头的侧壁上开孔,将连接管的一端垂直焊接在支撑连接头的侧壁上,连接管的管腔与孔同轴;
(2)将电极导线的下端穿过测试试样的小孔,弯折到测试试样的侧面并点焊连接,将测试试样固定在绝缘转接头的缩径段,当有两个以上测试测试试样时,试样之间用绝缘隔片间隔,将固定螺帽与绝缘转接头缩径段的末端螺纹连接;
(3)将一端带弯钩的工具自连接管穿过支撑连接头侧壁上的孔,伸入支撑连接头的中心通孔,将电极导线的上端穿入支撑连接头的中心通孔,并穿入弯钩一段距离,用弯钩工具将电极导线自支撑连接头侧壁的孔中拉出,经由连接管,伸至连接管的外侧,将导液管穿过支撑连接头的中心通孔放置,旋转导液管,将导液管的末端与绝缘转接头螺纹连接,根据测试试样的位置调整电极导线位置,然后将其上端依次穿过卡套II、弯通、卡套I、支撑管、工作电极主体的中心通孔,伸至ECP在线监测电极的外侧,将弯通的右端通过卡套II与连接管连接,将弯通的上端通过卡套I与支撑管连接;
(4)依次安装工作电极组件与参比电极组件,然后将安装好的ECP在线监测电极放至热工模拟台架待测管道处的电极孔,旋紧支撑连接头,使之与热工模拟台架管道实现金属硬密封。
本发明的优点及有益效果是:
1、本发明通过焊接、卡套连接的方式,将工作电极与参比电极连接为一体,改动范围小,连接方式可靠、易实施,使ECP在线监测电极在确保密封性能的前提下,减少了接口数量,电极结构紧凑占用空间小。
2、本发明利用导液管对测试试样进行固定,并采用螺纹连接的方式,用耐高温水溶液腐蚀的聚四氟材料制备绝缘转接头,将测试试样与导液管连接且电隔离,用聚四氟材料制备的绝缘隔片将多个测试试样间隔,解决了高温高速溶液中ECP测试时测试试样的固定与绝缘难题。
3、本发明的绝缘转接头采用变径结构,减小了测试试样所需尺寸及固定绝缘装置所占空间。
附图说明
图1为本发明热工模拟台架ECP在线监测电极的结构示意图。
图2为本发明使用的测试试样的结构示意图。其中,(a)为主视图;(b)为俯视图。
图3为本发明在热工模拟台架上测得的ECP曲线。其中,上图为测试得到的ECP曲线,下图为测试过程中的温度、溶解氧曲线。
图1、图2中,1-工作电极主体;2-参比电极主体;3-支撑管;4-卡套I;5-弯通;6-卡套II;7-连接管;8-支撑连接头;9-导液管;10-绝缘转接头;11-电极导线;12-测试试样;13-绝缘隔片;14-固定螺帽;15-环形凸台;16-扩径段;17-变径段;18-缩径段;19-孔;20-螺纹通孔;21-小孔;22-通孔。
具体实施方式
如图1、图2所示,本发明提供一种适用于模拟压水堆核电站运行结构的热工模拟台架的ECP在线监测电极及其使用方法。该电极由工作电极组件、参比电极组件、连接装置、固定绝缘装置等部分组成,主要包括:工作电极主体1、参比电极主体2、支撑管3、卡套I4、弯通5、卡套II6、连接管7、支撑连接头8、导液管9、绝缘转接头10、电极导线11、测试试样12、绝缘隔片13、固定螺帽14等,具体结构如下:
工作电极组件包括工作电极主体1和工作电极主体1下端连接的支撑管3,为已有高温工作电极除去压帽、堵嘴以外的其余部件。
参比电极组件包括参比电极主体2、参比电极主体2下端连接的支撑连接头8和支撑连接头8下端连接的导液管9,是在已有高温参比电极的基础上进行以下改动得到:将导液管9的末端加工长度为2cm的外螺纹,在距导液管9末端3cm处的侧壁上开一通孔22,所述通孔22与导液管9的中心通孔相通,确保溶液的导通;在支撑连接头8中部六棱柱的任一侧壁上钻孔19,孔19与支撑连接头8的中心通孔相通且轴线垂直。支撑连接头8的下端与热工模拟台架管道螺纹连接,支撑连接头8的下端面为环形凸台15,环形凸台15压设于热工模拟台架管道的电极孔处,通过旋紧螺纹使环形凸台15与热工模拟台架管道之间产生压力,实现金属硬密封。
连接装置将工作电极组件与参比电极组件连接为一体,包括卡套I4、弯通5、卡套II6和连接管7。弯通5的一端朝上,与支撑管3的下端通过卡套I4连接在一起。弯通5的另一端朝右,与连接管7的左端通过卡套II6连接在一起。连接管7的右端垂直焊接在支撑连接头8有孔19的侧壁上,连接管7的管腔与支撑连接头8侧壁上的孔19同轴,且连接管7的内径略大于孔19的孔径。
固定绝缘装置包括绝缘转接头10、电极导线11、测试试样12、绝缘隔片13和固定螺帽14。如图2所示,测试试样12的中心开有螺纹通孔20,测试试样12的一角开有直径为1mm的小孔21。电极导线11的一端自小孔21穿过后弯折,焊接在测试试样12的侧面,电极导线11的另一端依次穿过支撑连接头8的中心通孔、孔19、连接管7、卡套II6、弯通5、卡套I4、支撑管3、工作电极主体1,伸至ECP在线监测电极的外侧,该端与测试仪器的夹头连接,实现测试回路的电子导通。绝缘转接头10为变径结构,自上而下依次为扩径段16、变径段17、缩径段18。扩径段16中心开有螺纹孔,与导液管9的末端螺纹连接。变径段17将扩径段16、缩径段18过渡相连。缩径段18为3cm长的螺纹杆,通过螺纹连接的方式将测试试样12固定,缩径段18的末端与固定螺帽14螺纹连接。当有多个测试试样12时,测试试样12之间用绝缘隔片13间隔。
如图1、图2所示,本发明热工模拟台架ECP在线监测电极的安装步骤如下:
1、在热工模拟台架待监测处管道的管壁上开电极孔,螺纹尺寸与支撑连接头8下部分一致。
2、在支撑连接头8六棱柱部位的任一侧壁上开孔19,孔19与支撑连接头8中心的轴向通孔相通且轴线垂直。将连接管7的一端垂直焊接在支撑连接头8有孔19的侧壁上,连接管7的管腔与孔19同轴。
3、截取一定长度、直径为0.5mm的金属丝,将长度小于金属丝的PTFE热缩管套在金属丝上,在350℃下保温10分钟,使热缩管在金属丝上收缩,作为电极导线11,其中电极导线11两端各裸露金属丝约1cm。将电极导线11的下端穿过测试试样12的小孔21,弯折到测试试样12的侧面并点焊连接。
4、将测试试样12固定在绝缘转接头10的缩径段18,当有多个测试试样12时,两两之间用绝缘隔片13间隔。
5、将前端带弯钩的工具自连接管7穿过支撑连接头8侧壁上的孔19,伸入支撑连接头8的中心通孔内。将电极导线11的上端穿入支撑连接头8的中心通孔,并穿过弯钩约5cm距离,用工具将电极导线11自孔19中拉出,经由连接管7,使电极导线11上端伸至连接管7的外侧。
6、将导液管9穿过支撑连接头8的中心通孔放置,旋转导液管9,将导液管9的末端与绝缘转接头10螺纹连接。
7、将电极导线11上端依次穿过卡套II6、弯通5、卡套I4、支撑管3、工作电极主体1的中心通孔,伸至ECP在线监测电极的外侧。
8、将弯通5的右端通过卡套II6与连接管7连接,将弯通5的上端通过卡套I4与支撑管3连接。
9、依次安装工作电极主体1、参比电极主体2。
10、将安装好的ECP在线监测电极放至热工模拟台架待测管道处的电极孔,旋紧支撑连接头8,使之与热工模拟台架管道实现金属硬密封。
实施例
本实施例中,分别以尺寸为1cm×1cm×0.3cm的奥氏体304SS、316SS、镍基合金690为测试试样,按图2加工后,将试样打磨至2000#,用酒精清洗,冷风吹干。取一段不锈钢丝,长度约为40cm,外面包裹热缩管,在350℃空气中保温10分钟,使热缩管在不锈钢丝上收缩,作为电极导线,将电极导线的一端与试样焊接。在中核集团核动力运行研究所大型热工模拟台架上安装ECP在线监测电极进行ECP在线监测,测试仪器为晨华电化学工作站604E。
热工模拟台架ECP在线监测电极自安装时间起共1年6个月,经历21个测试周期,累计运行时间279h,测试过程中ECP在线监测电极的密封性能完好,用万用表测试发现测试试样与ECP在线监测电极的外壳、热工模拟台架管道的绝缘性均完好,表明热工模拟台架ECP监测电极可靠性高,能满足长期监测的需要。
图3为一个测试周期内监测得到的ECP曲线,可以看出在升降温过程中,ECP与温度的变化呈反相关关系;在恒温阶段,由于被测材料表面氧化物质的形成,ECP呈缓慢上升的趋势。这与现有实验结果一致。
实施例结果表明,本发明ECP在线监测电极通过弯通与卡套密封方式将高温工作电极与高温参比电极合并为一体,使在线监测电极结构紧凑,减少与大型台架接口的数量;利用聚四氟材料制备绝缘件,通过螺纹连接解决测试试样在高温高速流体中的固定及绝缘问题,为热工模拟台架ECP的在线监测提供设备基础。
Claims (7)
1.一种热工模拟台架ECP在线监测电极,其特征在于,该电极包括工作电极组件、参比电极组件、连接装置、固定绝缘装置四个部分;
工作电极组件包括工作电极主体和工作电极主体下端连接的支撑管;
参比电极组件包括参比电极主体、参比电极主体下端连接的支撑连接头和支撑连接头下端连接的导液管,在导液管的末端加工螺纹,在距导液管末端一段处的侧壁上开一通孔,该孔与导液管的中心通孔相通;支撑连接头的下端与热工模拟台架管道螺纹连接,支撑连接头的下端面为环形凸台,环形凸台压设于热工模拟台架管道的电极孔处,通过旋紧螺纹使环形凸台与热工模拟台架管道之间产生压力,实现金属硬密封;在支撑连接头的侧壁钻孔,所述钻孔与支撑连接头的中心通孔相通且钻孔的轴线与支撑连接头中心通孔的轴线垂直;
连接装置使工作电极组件与参比电极组件连接为一体,包括弯通、卡套I、卡套II和连接管;弯通的一端朝上,与工作电极组件中支撑管的下端通过卡套I连接在一起,弯通的另一端与连接管的一端通过卡套II连接在一起;连接管的另一端垂直焊接在支撑连接头的侧壁上,连接管的管腔与支撑连接头侧壁的孔同轴;
固定绝缘装置包括绝缘转接头、电极导线、测试试样、绝缘隔片和固定螺帽,绝缘转接头与参比电极组件中导液管的末端通过螺纹连接,测试试样通过螺纹连接方式固定在绝缘转接头的缩径段;当有两个以上测试试样时,测试试样之间用绝缘隔片间隔,固定螺帽与绝缘转接头缩径段的末端螺纹连接。
2.按照权利要求1所述的热工模拟台架ECP在线监测电极,其特征在于,支撑连接头的钻孔位置位于中部六棱柱的任一侧壁,所述钻孔的孔径比连接管的内径小。
3.按照权利要求1所述的热工模拟台架ECP在线监测电极,其特征在于,绝缘转接头为变径结构,自上而下依次为扩径段、变径段、缩径段,外径逐段减小,扩径段中心开有螺纹孔,螺纹尺寸与导液管末端螺纹一致,缩径段为螺纹杆。
4.按照权利要求1所述的热工模拟台架ECP在线监测电极,其特征在于,测试试样中心开有螺纹通孔,螺纹尺寸与绝缘转接头的缩径段一致,测试试样的一角开有直径为1mm的小孔。
5.按照权利要求1所述的热工模拟台架ECP在线监测电极,其特征在于,绝缘转接头、绝缘隔片、固定螺帽均用聚四氟材料。
6.按照权利要求1所述的热工模拟台架ECP在线监测电极,其特征在于,导液管的外径、绝缘转接头扩径段的外径、固定螺帽的外径、被测试样的对角线长度均小于热工模拟台架电极孔的内径。
7.一种权利要求1至6之一所述的热工模拟台架ECP在线监测电极的使用方法,其特征在于,具体过程如下:
(1)将高温工作电极除去堵嘴与压帽,在高温参比电极的支撑连接头的侧壁上钻孔,将连接管的一端垂直焊接在支撑连接头的侧壁上,连接管的管腔与孔同轴;
(2)将电极导线的下端穿过测试试样的小孔,弯折到测试试样的侧面并点焊连接,将测试试样固定在绝缘转接头的缩径段,当有两个以上测试试样时,试样之间用绝缘隔片间隔,将固定螺帽与绝缘转接头缩径段的末端螺纹连接;
(3)将一端带弯钩的工具自连接管穿过支撑连接头侧壁上的孔,伸入支撑连接头的中心通孔,将电极导线的上端穿入支撑连接头的中心通孔,并穿入弯钩一段距离,用弯钩工具将电极导线自支撑连接头侧壁的孔中拉出,经由连接管,伸至连接管的外侧,将导液管穿过支撑连接头的中心通孔放置,旋转导液管,将导液管的末端与绝缘转接头螺纹连接,根据测试试样的位置调整电极导线位置,然后将其上端依次穿过卡套II、弯通、卡套I、支撑管、工作电极主体的中心通孔,伸至ECP在线监测电极的外侧,将弯通的右端通过卡套II与连接管连接,将弯通的上端通过卡套I与支撑管连接;
(4)依次安装工作电极组件与参比电极组件,然后将安装好的ECP在线监测电极放至热工模拟台架待测管道处的电极孔,旋紧支撑连接头,使之与热工模拟台架管道实现金属硬密封。
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- 2015-05-26 CN CN201510273766.1A patent/CN104931410B/zh active Active
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