CN105954181A - 一种模拟冷凝环境的腐蚀试验箱及其使用方法 - Google Patents

一种模拟冷凝环境的腐蚀试验箱及其使用方法 Download PDF

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孔德成
肖葵
徐奥妮
何畅
李晓刚
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Abstract

本发明是涉及研究材料在冷凝环境下腐蚀行为的装置和方法，用以评估对比冷凝管的腐蚀程度以及预估其使用寿命。该装置包括加热装置、循环冷凝装置。待检测冷凝管固定在透明石英玻璃管内，上端开口，内部放置加热电偶，外部流动低温恒温溶液。溶液介质的选择可根据冷凝管实际服役环境，如海水、淡水等。本发明可以对比不同服役环境冷凝管的腐蚀行以及不同服役周期的腐蚀程度，弥补了现有实验室环境下缺乏对模拟冷凝环境下材料腐蚀研究的不足。本发明的有益效果在于：1）可在实验室环境下评价冷凝管的腐蚀程度等级并可分析其腐蚀发生的过程及机理；2）能够建立冷凝管的腐蚀模型并对其服役寿命进行预测。

Description

一种模拟冷凝环境的腐蚀试验箱及其使用方法
技术领域
本发明是涉及研究冷凝环境下金属腐蚀行为的装置及方法，具体地说是一种研究金属内部高温环境而外部有流动冷凝水的条件下，模拟在实际情况中冷凝管的腐蚀状况的装置及方法。
背景技术
近年来，随着国民经济的稳步增长，电力供应能力不足的问题日益突出，因此国家加强能源基础设施建设的政策，在发展火力发电和水力发电的同时，鼓励和支持核电发展。火电设备和核电设备均需要大量的冷凝管；而冷凝管在我国的造船工业中的用量也较大，同时沿海一些城市面临淡水短缺的威胁与挑战，海水的淡化冷凝管设备的需求也日益增加。铜镍合金具有优良的耐海水腐蚀性能, 且能够防止海洋生物污损, 基本上没有晶间腐蚀、应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳等现象,因而被广泛应用于船舶、海上钻井平台、滨海电厂、核电等海洋设施中的海水热交换系统。
然而近年关于传热管的腐蚀失效现象频繁发生，包括点蚀、冲刷腐蚀、微生物腐蚀以及应力腐蚀破裂等等，此外，循环冷却水水质、杀菌处理、阻垢处理、循环水流速、镀膜和清洗情况以及凝汽器的停用、凝汽器管壁温度等，都是影响冷凝管服役寿命的重要因素。
目前我国仅对铜及铜合金在材料的典型腐蚀问题上开展了实海腐蚀投样和实验室短期腐蚀试验，尚未开展针对冷凝管在不同温度、不同海水流速以及模拟加速实验等方面进行系统研究，尤其是对腐蚀模型的建立、腐蚀等级的评价以及寿命预测等未展开研究。冷凝管在海水中的腐蚀数据多采用国外相关管系材料的数据，缺乏针对国产材料的用于设计建造、使用和维护方面环境腐蚀基础数据，急需开展这些方面的研究，为解决海水管系材料铜镍合金的环境腐蚀问题奠定基础。
发明内容
为了克服目前对材料在冷凝环境下腐蚀行为研究的不足，本发明的目的是提供一种适合研究模拟冷凝环境条件下的冷凝管腐蚀行为的装置及方法，可在实验室环境下评价冷凝管的腐蚀程度等级并可分析其腐蚀发生的过程及机理。
本发明的目的通过以下技术方案来实现。
本发明是一种模拟冷凝环境的腐蚀试验箱，包括箱体，加热装置、流量控制装置、冷凝装置，所述的箱体分为三个部分，上部为试验环境箱体、中部为流量控制箱体、下部为恒温冷凝溶液箱体，箱体之间溶液由水管连通，所述的加热装置为电热偶(12)，用于控制冷凝管(13)内温度，所述的流量控制装置由流量计（4）组成，通过水管分别连接恒温溶液流出口（7）和恒温溶液流入口（16），可分别控制试验流量大小，所述的冷凝装置由循环冷凝槽(17)提供，冷凝槽立于试验箱体旁，恒温水流经冷凝槽出水口(18)流出，通过缠绕在水箱内的铜管保持水箱内的溶液温度恒定，而后通过冷凝槽入水口(19)流入，从而达到循环冷凝效果，恒温试验溶液通过水泵装置(10)，经试验溶液流出口(14)，由流量调节装置(4)控制流速，从而达到试验环境石英玻璃管(15)内的试验段(13)，最后再通过试验溶液流出口(14)和试验溶液流入口(6)回到试验溶液箱体(5)内。
一种采用权利要求1所述的研究金属在模拟冷凝环境下腐蚀行为的装置的方法，将试验段固定在石英管(15)内，试验段内部放入电热偶，在实验过程中设置并保持所需的温度；在试验溶液箱体(5)内加入试验所需溶液，由低温恒温循环冷凝装置使试验环境溶液保持温度恒定，在实验过程中恒温溶液不断流经试样管表面，并可通过流量控制装置(3)控制流速，其具体步骤为：
1 ) 将试样管放置在透明石英管(15)内，通过温控装置(1)调节其内部温度，实验过程中可通过肉眼观察试验管的腐蚀程度及变化；
2 ) 将试验溶液，加入试验溶液箱体(5)，并通过外接低温恒温循环冷凝装置保持其温度恒定，实验过程中通过流量控制装置(3)调节溶液流经试样管表面的流速；
3 )可同时进行四组平行试验，可同时对比不同的管材性能，如B10冷凝管、B30冷凝管；试验也可设置四组不同的周期，如1、3、5、7月；
本发明的另一个技术方案是上述的试验溶液为海水或淡水，根据实际要求配制。
试验结束后，可通过一系列测试，如形貌观察、成分测试等，可评价冷凝管的腐蚀程度等级并可分析其腐蚀发生的过程及机理。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供一套可实时观测的金属在冷凝环境下腐蚀行为的装置和方法，弥补了现有对冷凝管实验室环境下研究的不足，目前的研究大多针对实际服役环境下对冷凝管失效的分析。本发明所采用的装置能够实现在不同温度、不同溶液以及不同的试验周期下冷凝管的腐蚀行为并可对其进行实时观测，可满足冷凝管的不同的服役环境。
附图说明
图1为本发明的箱体结构示意图。
图2为试验段的结构示意图。
图3为循环冷凝水槽结构示意图。
图中1. 温控装置；2. 试验段观察窗；3.流量控制装置；4. 流量计；5. 试验溶液箱体；6.试验溶液流入口；7. 试验溶液流出口；8. 恒温循环冷凝水流入口；9. 恒温循环冷凝水流出口；10. 水泵装置；11. 装置滑动轮； 12.热电偶； 13. 试验段试样；14. 试验溶液流出口；15. 透明石英玻璃管；16. 试验溶液流入口；17. 循环冷凝水槽；18. 循环冷凝槽出水口；19. 循环冷凝槽入水口。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明装置可实现的功能。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明包括加热装置、流量控制装置、冷凝装置。图1是本发明的箱体结构示意图，分为三个部分，上部为试验环境箱体、中部为流量控制箱体、下部为恒温冷凝溶液箱体，箱体之间溶液由水管连通。图2是试验段的结构示意图，其外部是由耐高温、高压的石英玻璃管制作。图3是循环冷凝水槽结构示意图。恒温冷凝槽立于箱体旁边，通过水管与箱体下部恒温冷凝溶液箱体连接。
图1中加热装置（1）是由四个独立的热电偶组成，加热温度精度为±2℃，试验段放置在石英玻璃管（15）内，上下端都由耐高温塑料密封并通过紧固螺栓固定在箱体上，上端开有与试样管外径相匹配的圆孔，便于放置试样管。试验溶液流出口（7）通过水管与试验段石英玻璃管内试验溶液流入口（16）连接，试验段石英玻璃管内试验溶液从流出口（17）再通过水管流入口（6）流回试验溶液箱体（5），从而达到循环，溶液温度由外接低温恒温冷凝装置通过缠绕在水箱内的冷凝铜管保持恒定。
如图2所示，试样为管状试样。工作段固定在石英玻璃管（15）内，管内由热电偶加热，管外流动恒温溶液，可通过石英玻璃管肉眼观察管壁腐蚀的发生过程。
具体实施例1
低温循环冷凝装置保持溶液箱体内（5）溶液温度恒定，将试验冷凝管放入石英玻璃管（13）内，并将热电偶（12）放入试验冷凝管内；打开水泵（10）将溶液泵入工作段的石英玻璃管内，同时可通过流量计（4）调节溶液的流量，设置加热装置温度即可实现材料的冷凝工作环境，实验过程中可观察冷凝管表面的腐蚀状况并记录，当达到试验周期后，关闭热电偶和水泵取出试验冷凝管进行后续分析即可。
值得一提的是此装置可同时进行四组平行试验，而且可模拟不同冷凝环境，如不同的冷凝温度、不同的冷凝溶液，同时可进行不同周期的试验并可以通过肉眼观察记录，这对腐蚀发生的过程及其机理分析尤为重要。
本发明中试样尺寸为长约30cm，外径约2.5cm，壁厚约0.2cm；试验温度可控可调，管内温度范围为室温~300℃，管外流动溶液温度范围（-10℃~95℃）；试验溶液可根据实际情况配制，如淡水、海水等环境。

Claims (3)

1.一种模拟冷凝环境的腐蚀试验箱，包括箱体，加热装置、流量控制装置、冷凝装置，所述的箱体分为三个部分，上部为试验环境箱体、中部为流量控制箱体、下部为恒温冷凝溶液箱体，箱体之间溶液由水管连通，所述的加热装置为电热偶(12)，用于控制冷凝管(13)内温度，所述的流量控制装置由流量计（4）组成，通过水管分别连接恒温溶液流出口（7）和恒温溶液流入口（16），可分别控制试验流量大小，所述的冷凝装置由循环冷凝槽(17)提供，冷凝槽立于试验箱体旁，恒温水流经冷凝槽出水口(18)流出，通过缠绕在水箱内的铜管保持水箱内的溶液温度恒定，而后通过冷凝槽入水口(19)流入，从而达到循环冷凝效果，恒温试验溶液通过水泵装置(10)，经试验溶液流出口(14)，由流量调节装置(4)控制流速，从而达到试验环境石英玻璃管(15)内的试验段(13)，最后再通过试验溶液流出口(14)和试验溶液流入口(6)回到试验溶液箱体(5)内。
2.一种如权利要求1所述的一种模拟冷凝环境的腐蚀试验箱的使用方法，其具体步骤为：
1 ) 将试样管放置在透明石英管(15)内，通过温控装置(1)调节其内部温度，实验过程中可通过肉眼观察试验管的腐蚀程度及变化；
2 ) 将试验溶液，加入试验溶液箱体(5)，并通过外接低温恒温循环冷凝装置保持其温度恒定，实验过程中通过流量控制装置(3)调节溶液流经试样管表面的流速。
3.如权利要求2所述的一种模拟冷凝环境的腐蚀试验箱的使用方法，其特征是所述的试验溶液为海水或淡水, 根据实验要求配制。
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