CN106769822B

CN106769822B - 一种高温腐蚀试验系统

Info

Publication number: CN106769822B
Application number: CN201710018467.2A
Authority: CN
Inventors: 黄亚继; 王健; 邹磊; 岳峻峰; 徐力刚; 杨钊
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2020-01-14
Anticipated expiration: 2037-01-11
Also published as: CN106769822A

Abstract

本发明提供了一种高温腐蚀试验系统，该系统具有气密性好、混气均匀、结构简单、操作方便、运行稳定等特点。本发明的试验系统包括顺序连接的气瓶、减压阀、质量流量计和旋风混气罐，氮气将水蒸气发生器产生的高温水蒸气输运到混合气管路中。混合气经套管式玻璃纤维管的外管后通入装有NaOH溶液的洗气瓶，由空压机产生的冷却空气通入套管式玻璃纤维管的内管后排空。管式炉安装有测温热电偶及温度自动调节系统，能够实现腐蚀气氛温度与被测金属试片的表面温度按设定好的数值进行自动调节。

Description

一种高温腐蚀试验系统

技术领域

本发明涉及一种高温腐蚀试验系统，属于金属腐蚀技术领域。

背景技术

目前，由于环保的要求，燃煤电厂的排放标准日益严格，多数电厂采用了新型低NO_X同轴燃烧器和分级配风的方式来抑制氮氧化物的生成，但是与此同时产生了高温腐蚀问题。在炉膛近壁面的水冷壁处极易形成强还原性气氛，在这种燃烧气氛下，燃煤中的黄铁矿极易转化为腐蚀性极强的硫化氢气体，硫化氢气体在高温环境下将与金属铁及其氧化物发生化学反应生成硫化亚铁，其物理结构疏松，不能够起到保护内部基体金属的作用。当水冷壁管道因腐蚀剥落减薄到临界许可厚度时将引发“爆管”事故，严重影响电厂的安全运行和经济效益，对腐蚀问题进行相关实验室机理研究已经迫在眉睫。

实验室金属腐蚀研究具有周期长，研究成本高，影响因素复杂等特点，目前国内还尚未有一整套完善的能够对金属腐蚀进行监测评估的实验装置。目前的实验装置存在着如下几个方面的问题：装置密封性差，腐蚀性气体极易泄漏到实验室环境中，造成实验室安全隐患，危害实验员身体健康；腐蚀装置混气效果差，各腐蚀性气体的浓度在一定时间范围内变化较大，将会对腐蚀速率的确定产生较大的误差；目前的试验台由于保温及管路等原因，还不能够进行高温水蒸气对金属腐蚀的实验研究；此外，现有腐蚀装置只能对腐蚀气氛的温度进行调节，还无法对试片表面的温度进行控制。

发明内容

技术问题：本发明目的是提供一种高温腐蚀试验系统，该系统结构简单，操作方便的，可实现各种腐蚀气体及高温水蒸气自由配比、充分混合；在高温腐蚀反应区增设温度自动调节系统，能够实现腐蚀气氛温度与被腐蚀材料的表面温度按设定好的数值进行自动调节。

技术方案：本发明提供了一种高温腐蚀试验系统，该系统包括按照连接顺序依次为腐蚀气体混合装置、高温腐蚀试验装置和尾气处理装置：

所述的腐蚀性气体混合装置由腐蚀气气瓶、减压阀、质量流量计、旋风混气罐、氮气载气瓶、电磁比例阀、蒸汽发生器和电加热带组成，其中腐蚀气气瓶、减压阀、质量流量计和旋风混气罐依次通过不锈钢管连接，旋风混气罐的接出管通过管道与套管式玻璃纤维管的腐蚀混合气入口相接，氮气载气瓶、减压阀、电磁比例阀和蒸汽发生器用不锈钢管依次相接，蒸汽发生器的蒸气输出口与管道连接，氮气作为载气将蒸汽发生器产生的高温水蒸气输运到管道中，与旋风混气罐的接出管接出的气体进行混合，得到腐蚀混合气；

所述的高温腐蚀试验装置由管式炉、套管式玻璃纤维管、空压机、环境控温热电偶、管壁控温热电偶和电磁阀组成，其中套管式玻璃纤维管置于管式炉的内部，且套管式玻璃纤维管的冷却气入口、冷却气出口、腐蚀混合气入口和腐蚀混合气出口均位于管式炉的外部，腐蚀混合气出口与NaOH溶液洗气瓶连接，套管式玻璃纤维管的冷却气入口依次与电磁阀和空压机连接；

所述的尾气处理装置由NaOH洗气瓶和硅胶洗气瓶依次连接组成。

其中：

所述的腐蚀气体混合装置中含有高温水蒸气的管道均在管道外壁铺设有电加热带。

所述的套管式玻璃纤维管包括内管和外管，其中内管为冷却气通道，外管为腐蚀混合气通道，冷却气出口和腐蚀混合气入口布置于套管式玻璃纤维管的一端，冷却气入口和腐蚀混合气出口布置于套管式玻璃纤维管的另一端，套管式玻璃纤维管的外管壁上具有玻璃盖覆盖的开口，该开口对应的内管的壁上分布有承载平台，用于放置被腐蚀金属材料；套管式玻璃纤维管的开口位于管式炉的内部，冷却气入口、冷却气出口、腐蚀混合气入口和腐蚀混合气出口均位于管式炉的外部。

所述承载平台是在套管式玻璃纤维管的内管壁上进行镂空，之后在镂空处以柱状体构建格栅状平台，用以放置被腐蚀材料。

所述的套管式玻璃纤维管的内管内壁铺设有隔热层，使得冷却气只冷却被腐蚀材料，不对外管的高温环境产生冷却效应。

所述的管式炉的一侧上设有监测承载平台处腐蚀混合气温度的环境控温热电偶和监测被腐蚀金属材料表面温度的管壁控温热电偶。

所述旋风混气罐的顶部具有接出管，在旋风混气罐的底部垂直接有平衡气接入管，在罐壁接近底部的壁面上具有多个腐蚀气接入管。

所述的腐蚀气接入管与旋风混气罐的壁面相切。

所述的冷却气为空气。

所述的旋风混气罐是用直径为60±5mm，长度为300±10mm的钢管制成，钢管筒体两头封死焊好；开四个孔于筒体的下部圆周面，一个孔于上盖板的中心，一个孔于下盖板的中心，把外径6mm的接管依次焊到6个孔上；开孔和焊接时需注意，下部圆周面接管一定要与筒体圆弧相切，这样各种腐蚀性气体才会顺着筒体内壁旋转，互相搅拌，混合的气体才能均匀。

所述套管式玻璃纤维管作为被腐蚀材料的承载平台，利用套管式换热器的原理，在实验室再现真实炉膛水冷壁管材沿径向的热应力分布；套管式玻璃纤维管外管直径为90±1mm，内管直径为37±1mm，长度为900±1mm，外管通有腐蚀混合气，内管通有压缩空气，压缩空气作为被腐蚀金属材料的冷却剂，通过电磁阀来控制压缩空气流量，从而实现试验所需的被腐蚀金属材料的不同表面温度；内管内壁同时铺设有隔热层，使得冷却气体只冷却金属试片，不会对外管的高温环境产生冷却效应。

有益效果：

(1)本发明的高温腐蚀试验系统，配合上光电分析天平，就可以通过调节不同配比的还原性气氛，控制不同的炉内温度，运用管式炉对不同的水冷壁管材进行高温腐蚀试验，从而可以精确得到不同条件下的高温腐蚀试验数据，为防止和解决腐蚀问题提供可靠的参考数据。

(2)本发明的高温腐蚀试验系统中，设置了旋风式混气装置，利用圆柱形筒体的自身结构，可以对不同种气体进行自我搅拌，从而达到充分混合的目的。经实际检测，混气效果良好，气体流动压力损失小。

(3)本发明的高温腐蚀试验系统中，设置了套管式玻璃纤维管，内管通有冷却气，外管通有腐蚀性气体，逆流换热，实现了被腐蚀材料表面温度的自由控制，同时设置有自动温控调节仪，可以实现温度的实时调节，减少了人工的工作强度。

(4)本发明的高温腐蚀试验系统密封性好，腐蚀性气体不会泄露，不会对实验室空气产生污染。

(5)该系统结构简单，操作方便，可实现各种腐蚀气体及高温水蒸气自由配比、充分混合。

附图说明

图1显示的是本发明中的高温腐蚀试验系统流程图；

图2显示的是本发明中的旋风混气罐的立体图；

图3显示的是本发明中的套管式玻璃纤维管的立体图；

图4显示的是本发明中的套管式玻璃纤维管的剖视图；

图中有：腐蚀气体混合装置Ⅰ、高温腐蚀试验装置Ⅱ、尾气处理装置Ⅲ、腐蚀气气瓶1、减压阀2、质量流量计3、旋风混气罐4、氮气载气瓶5、电磁比例阀6、蒸汽发生器7、电加热带8、管式炉9、套管式玻璃纤维管10、NaOH溶液洗气瓶11、硅胶洗气瓶12、空压机13、环境控温热电偶14、管壁控温热电偶15、电磁阀16、平衡气接入管17、腐蚀气接入管18、接出管19、冷却气入口20、冷却气出口21、腐蚀混合气入口22、腐蚀混合气出口23、承载平台24、玻璃盖25、蒸气输出口26、管道27、开口28，此处A为冷却气。

具体实施方式

本发明提供了一种高温腐蚀试验系统，该系统包括腐蚀气气瓶、减压阀、质量流量计、旋风混气罐、氮气载气瓶、电磁比例阀、蒸汽发生器、电加热带、管式炉、套管式玻璃纤维管、NaOH溶液洗气瓶、硅胶洗气瓶、空压机、环境控温热电偶、管壁控温热电偶、电磁阀；其中，用不锈钢管将气瓶、减压阀、质量流量计、旋风混气罐依次连接；利用电磁比例阀释放载气瓶中的氮气，从而将蒸汽发生器产生的水蒸气缓慢地加入到从旋风混气罐中输出的混合气中，含有蒸汽的管路全程铺设电加热带；将腐蚀混合气接入套管式玻璃纤维管的外管，由管式炉提供高温环境，从而进行腐蚀实验；腐蚀后未反应的气体依次通入NaOH溶液洗气瓶、硅胶洗气瓶后排空；使用空压机提供压缩空气，使其通入套管式玻璃纤维管的内管，高速流过实现冷却作用，之后排空；在所述的管式炉一侧上还设有两支测温热电偶，依次可以监测腐蚀气体温度和被腐蚀材料壁面温度；此外，在冷却气体管路上还设有电磁阀，可以根据测温结果和设定要求实现冷却气体流量自动调节。

所述套管式玻璃纤维管利用套管式换热器的原理，在实验室再现真实炉膛水冷壁管材沿径向的热应力分布；套管式玻璃纤维管外管直径为90±1mm，内管直径为37±1mm，长度为900±1mm，外管通有腐蚀混合气，内管通有压缩空气，压缩空气作为被腐蚀金属材料的冷却剂，通过电磁阀来控制压缩空气流量，从而实现试验所需的被腐蚀金属材料的不同表面温度；内管内壁同时铺设有隔热层，使得冷却气体只冷却金属试片，不会对外管的高温环境产生冷却效应。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，该系统系统包括按照连接顺序依次为腐蚀气体混合装置、高温腐蚀试验装置和尾气处理装置：

所述的腐蚀性气体混合装置由腐蚀气气瓶1、减压阀2、质量流量计3、旋风混气罐4、氮气载气瓶5、电磁比例阀6、蒸汽发生器7和电加热带8组成，其中腐蚀气气瓶1、减压阀2、质量流量计3和旋风混气罐4依次通过不锈钢管连接，旋风混气罐4的接出管19，通过管道27与套管式玻璃纤维管10的腐蚀混合气入口22相接，氮气载气瓶5、电磁比例阀6和蒸汽发生器7依次相接，蒸汽发生器7的蒸气输出口26与管道27的中部连接，且腐蚀气体混合装置中含有蒸汽的管道均在管道外壁铺设有电加热带8；

所述的高温腐蚀试验装置由管式炉9、套管式玻璃纤维管10、空压机13、环境控温热电偶14、管壁控温热电偶15和电磁阀16组成，其中套管式玻璃纤维管10包括内管和外管，其中内管为冷却气通道，外管为腐蚀混合气通道，冷却气出口21和腐蚀混合气入口22布置于套管式玻璃纤维管10的一端，冷却气入口20和腐蚀混合气出口23布置于套管式玻璃纤维管10的另一端，套管式玻璃纤维管10的外管壁上具有玻璃盖25覆盖的开口28，该开口28对应的内管的外壁上分布有承载平台24，用于放置被腐蚀金属材料；套管式玻璃纤维管10的开口28段位于管式炉9的内部，冷却气入口20、冷却气出口21、腐蚀混合气入口22和腐蚀混合气出口23均位于管式炉9的外部，且腐蚀混合气出口23与NaOH溶液洗气瓶11连接，冷却气入口20依次与电磁阀16和空压机13连接；管式炉9的一侧上还设有监测承载平台24处腐蚀混合气温度的环境控温热电偶14和监测被腐蚀金属材料表面温度的管壁控温热电偶15；

所述的尾气处理装置由NaOH洗气瓶11和硅胶洗气瓶12依次连接组成。

图2为本发明中的旋风混气罐4的立体图，该旋风混气罐4是用直径为60±5mm，长度为300±10mm的钢管制成，该旋风混气罐4具有平衡气接入管17、4根腐蚀气接入管18和接出管19，可以实现多达4种腐蚀性气体的均匀混合。混合气体时，利用各腐蚀性气体自身动量，使其沿筒体圆周旋转，实现气体间互相搅拌，互相混合，同时平衡气自下而上的运动，可以带动腐蚀性气体离开混合区，使得混气过程能够源源不断地进行。

图3为本发明中的套管式玻璃纤维管10的立体图，该纤维管外管直径为90±1mm，内管直径为37±1mm，长度为900±1mm，利用套管式换热器的原理，在实验室再现真实炉膛水冷壁管材沿径向的热应力分布；该纤维管作为腐蚀试验系统的核心部件，密封性好，结构简单，重量轻，能够很好地满足人造低浓度污染气氛中腐蚀试验的相关要求。接管20、21分别是冷却空气的进口端和出口端，接管22、23分别为腐蚀性混合气的进口端和出口端，在套管式玻璃纤维管10的内管壁上进行镂空，之后在镂空处以柱状体构建格栅状平台，即承载平台24，用以放置被腐蚀材料为被腐蚀金属材料的放置区(一共有6处)，被腐蚀金属材料事先被加工成外径37mm，内径30mm，长度20mm的半圆筒状结构。

Claims

1.一种高温腐蚀试验系统，其特征在于：该系统包括按照连接顺序依次为腐蚀气体混合装置（Ⅰ）、高温腐蚀试验装置（Ⅱ）和尾气处理装置（Ⅲ）：

所述的腐蚀性气体混合装置（Ⅰ）由腐蚀气气瓶（1）、减压阀（2）、质量流量计（3）、旋风混气罐（4）、氮气载气瓶（5）、电磁比例阀（6）、蒸汽发生器（7）和电加热带（8）组成，其中腐蚀气气瓶（1）、减压阀（2）、质量流量计（3）和旋风混气罐（4）依次通过不锈钢管连接，旋风混气罐（4）的接出管（19）通过管道（27）与套管式玻璃纤维管（10）的腐蚀混合气入口（22）相接，氮气载气瓶（5）、减压阀（2）、电磁比例阀（6）和蒸汽发生器（7）用不锈钢管依次相接，蒸汽发生器（7）的蒸气输出口（26）与管道（27）连接，氮气作为载气将蒸汽发生器（7）产生的高温水蒸气输运到管道（27）中，与旋风混气罐（4）的接出管（19）接出的气体进行混合，得到腐蚀混合气；

所述的高温腐蚀试验装置（Ⅱ）由管式炉（9）、套管式玻璃纤维管（10）、空压机（13）、环境控温热电偶（14）、管壁控温热电偶（15）和电磁阀（16）组成，其中套管式玻璃纤维管（10）置于管式炉（9）的内部，且套管式玻璃纤维管（10）的冷却气入口（20）、冷却气出口（21）、腐蚀混合气入口（22）和腐蚀混合气出口（23）均位于管式炉（9）的外部，腐蚀混合气出口（23）与NaOH溶液洗气瓶（11）连接，套管式玻璃纤维管（10）的冷却气入口（20）依次与电磁阀（16）和空压机（13）连接；

所述的尾气处理装置（Ⅲ）由NaOH洗气瓶（11）和硅胶洗气瓶（12）依次连接组成；

所述的腐蚀气体混合装置（Ⅰ）中含有高温水蒸气的管道均在管道外壁铺设有电加热带（8）；

所述的套管式玻璃纤维管（10）包括内管和外管，其中内管为冷却气通道，外管为腐蚀混合气通道，冷却气出口（21）和腐蚀混合气入口（22）布置于套管式玻璃纤维管（10）的一端，冷却气入口（20）和腐蚀混合气出口（23）布置于套管式玻璃纤维管（10）的另一端，套管式玻璃纤维管（10）的外管壁上具有玻璃盖（25）覆盖的开口（28），该开口（28）对应的内管的壁上分布有承载平台（24），用于放置被腐蚀金属材料；套管式玻璃纤维管（10）的开口（28）位于管式炉（9）的内部，冷却气入口（20）、冷却气出口（21）、腐蚀混合气入口（22）和腐蚀混合气出口（23）均位于管式炉（9）的外部；

所述旋风混气罐（4）的顶部具有接出管（19），在旋风混气罐（4）的底部垂直接有平衡气接入管（17），在罐壁接近底部的壁面上具有多个腐蚀气接入管（18）；

所述的套管式玻璃纤维管（10）的内管内壁铺设有隔热层，使得冷却气只冷却被腐蚀材料，不对外管的高温环境产生冷却效应。

2.如权利要求1所述的一种高温腐蚀试验系统，其特征在于：所述承载平台（24）是在套管式玻璃纤维管（10）的内管壁上进行镂空，之后在镂空处以柱状体构建格栅状平台，用以放置被腐蚀材料。

3.如权利要求1所述的一种高温腐蚀试验系统，其特征在于：所述的管式炉（9）的一侧上设有监测承载平台（24）处腐蚀混合气温度的环境控温热电偶（14）和监测被腐蚀金属材料表面温度的管壁控温热电偶（15）。

4.如权利要求1所述的一种高温腐蚀试验系统，其特征在于：所述的腐蚀气接入管（18）与旋风混气罐（4）的壁面相切。

5.如权利要求1所述的一种高温腐蚀试验系统，其特征在于：所述的冷却气（A）为空气。

6.如权利要求1所述的一种高温腐蚀试验系统，其特征在于：所述的旋风混气罐（4）是用直径为60±5mm，长度为300±10mm的钢管制成，钢管筒体两头封死焊好；开四个孔于筒体的下部圆周面，一个孔于上盖板的中心，一个孔于下盖板的中心，把外径6mm的接入管依次焊到6个孔上。