CN108562509B - 一种带压冲刷腐蚀试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对输送液体介质的压力管道进行工作状态的模拟和相关研究的带压冲刷腐蚀试验装置，包括由用于储存介质的水箱及管路构成的循环回路，在循环回路上设有水泵和试验管段，试样安装在所述试验管段内，介质流过时对试样形成侧向加压的冲刷腐蚀，在循环回路上设有由电控系统控制的流量调节阀和压力调节阀，在水箱内设有温控系统。本发明将试验材料做成若干个试验试样，并分别贴壁安装在试验管段内侧管壁上，通过对流速和压力的监控，实现压力输送管材运行工况环境的模拟。该试验装置结构紧凑，集成度高，占用空间小，能够成功模拟多种压力输送管道，并可以根据试验过程需要，每隔一段时间从试验管段内提取出部分试样进行检测。

Description

一种带压冲刷腐蚀试验装置

技术领域

本发明涉及压力输送管材腐蚀性研究的试验装置，具体涉及一种对输送液体介质的压力管道进行工作状态的模拟和相关研究的带压冲刷腐蚀试验装置。

背景技术

核电厂淡水用水主要包括施工期间的生产用水、人员生活用水、消防用水和施工现场的降尘洗车用水等，以及运行期间生产用水、人员生活用水、消防用水、绿化洗车浇洒用水等。在缺少淡水资源的滨海核电厂，淡水可以通过海水淡化方式获得。淡化后的海水经管道输送至核电厂的下游用户，用于核电厂生产、生活的各个环节。

在核电厂各淡水用水系统中，某些介质以一定压力、流动状态存在于输送管道中，这种带压流动状态下的输送管道称为“压力输送管道”。核电厂淡化海水的压力输送管道主要应用于饮用水系统和生产水系统。这种管道的腐蚀状态值得关注，因此需要对压力输送管道的材料进行腐蚀性研究。

在采用水库、河流等地表水为淡水水源的核电厂中，压力输送管道所用的材料通常包括20#碳钢、不锈钢S30408、不锈钢S31603、给水球墨铸铁(内衬水泥砂浆)、非金属PE管等材料。与上述淡水相比，以反渗透海水淡化工艺获得的淡化海水具有矿物质元素含量低、pH偏酸性、硬度和碱性低、具有一定腐蚀性等特点。淡化海水这种特殊介质在上述管材内以一定的压力、流速流动，管道内壁同时承受介质压力，给材料带来腐蚀的同时，腐蚀产物向水中溶解也会造成淡化海水水质的恶化，给淡化海水的用户造成不利影响。

在金属材料的腐蚀性研究领域，仅有针对材料的基础试验方法，如《金属和合金的腐蚀腐蚀试样上腐蚀产物的清除》、《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》、《AutoclaveCorrosion Testing of Metals in High Temperature Water》、《聚乙烯(PE)管材和管件热熔对接接头拉伸强度和破坏形式的测定》等。

淡化海水在国内核电厂的应用尚不多见，运行经验不足，相关研究开展不多。为了在核电工程中更好地选择适合用于淡化海水压力输送管道的材料，需要采取特定的试验方式，并应用特定的试验装置模拟压力输送管道的工作状态，对淡化海水的压力输送管道的材料进行腐蚀性研究。

发明内容

本发明的目的是针对淡化海水的压力输送管道材料腐蚀性研究的需要，提供一种带压冲刷腐蚀试验装置。该试验装置还可以应用于输送其他介质的压力输送管道工作状态的模拟及相关研究。

本发明的技术方案如下：一种带压冲刷腐蚀试验装置，包括由用于储存介质的水箱及管路构成的循环回路，在循环回路上设有水泵和试验管段，其中，试样安装在所述试验管段内，介质流过时对试样形成侧向加压的冲刷腐蚀，在循环回路上设有由电控系统控制的流量调节阀和压力调节阀，在水箱内设有温控系统。

进一步，如上所述的带压冲刷腐蚀试验装置，其中，在所述水泵的吸水管路上设置用于截流循环介质中杂质的管道过滤器。

进一步，如上所述的带压冲刷腐蚀试验装置，其中，在所述循环回路上设置具有远传功能的压力表和电磁流量计，压力表和电磁流量计的信号传送至电控系统。

进一步，如上所述的带压冲刷腐蚀试验装置，其中，所述的温控系统包括制冷盘管、加热管以及热电偶，制冷盘管连接制冷机组，热电偶将温度信号传送至电控系统，并由电控系统控制制冷机组及加热管工作，使介质保持在试验温度。

进一步，如上所述的带压冲刷腐蚀试验装置，其中，在所述循环回路上还设有用于压力和流量调节的分流管路。

进一步，如上所述的带压冲刷腐蚀试验装置，其中，所述的试样包括金属材料试样和非金属材料试样，试样贴双侧向内壁安装在所述试验管段内。

更进一步，所述试验管段的顶部设置若干个可以独立开启的盖体，每个盖体密封安装在试验管段本体上，盖体内为沿主体管路方向相通的若干节腔体，每节腔体沿主管路方向左右两侧壁分别设置用于安装试样的卡槽。

进一步，如上所述的带压冲刷腐蚀试验装置，其中，所述的试验管段共有两段，采用PVC材质，在每段试验管段的上游管路上均设置所述压力表和电磁流量计。

进一步，如上所述的带压冲刷腐蚀试验装置，其中，还包括为所述水泵的电机和制冷机组的电机提供冷却的风机。

进一步，如上所述的带压冲刷腐蚀试验装置，其中，所述非金属材料试样采用哑铃状结构。

本发明的有益效果如下：

1)本发明的试验装置结构紧凑，集成度高，占用空间小。

2)本发明的试验装置在主管路上，利用分流管路、流量调节阀、压力调节阀、分压阀对压力和流量进行调控，实现试验管段内的压力、流速等运行参数的控制，能够成功模拟多种压力输送管道。

3)本发明将试验材料做成若干个试验试样，并分别贴壁安装在试验管段内侧管壁上，通过对流速和压力的监控，实现压力输送管材运行工况环境的模拟。

4)本发明的试验管段单体设置为多节相对独立的试验腔体，每个试验腔体内侧壁可以同时放置多个试样，根据试验过程需要，可每隔一段时间从试验管段内提取出部分试样进行检测。

附图说明

图1为本发明带压冲刷腐蚀试验装置的结构原理图；

图2为具体实施例中试验管段单腔体结构示意图；

图3为图2的C-C向剖视图；

图4为非金属试样的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本实施例以反渗透法海水淡化工艺获得的淡化海水为试验用流动介质，以核电厂不同系统的压力输送管材作为研究材料进行具体实施。

在本实施例中，试验装置的结构原理如图1所示。该装置将众多系统巧妙的集成在一起，结构紧凑，占用空间小。主要包括介质贮存系统、过滤系统、动力系统、试验管段、远传仪表、温控系统、电控系统、冷却系统等。

实施例的主要具体组成部分各项参数选择如下：

(I)介质贮存系统：由水箱2和管路组成。

水箱2：内存一定量试验介质，水量满足试验介质在整个试验装置的循环流动。水箱内设有温控装置。

管路：设置若干长度的试验管路，由直管段和管件组成。管路中间设置两个试验管段，并在需要的位置设置必要的过滤器、水泵等设备、阀门及仪表；还设有必要的强电和弱电线路。试验管段上游端流量和压力值在电控系统的电控柜显示。

本实施例中，水箱2的有效容积为1m³，材质：不锈钢S30408材质；主体试验管路及分压分流管路均为DN40的不锈钢S30408管材和管件。

(II)过滤系统：在水泵8的吸水管路上设置管道过滤器9，目的是截流循环介质中的杂质，消除因介质杂质造成试验误差。本实施例是水泵进口处设置尼龙滤网，100目。

(III)动力系统：主要由水泵8、制冷机组4组成。

水泵8：流量和扬程满足管路内两处试验管段所需，确保试验管段内压力和流速状态。

制冷机组4：由工业制冷机组承担。

本实施例中，水泵型号DG12-25×4，参数：流量12.5m³/h，扬程100m，泵体为铸铁材质，过流材质为不锈钢S30408，功率11kW，并配有西门子m440变频器。

制冷机组4采用海尔工业制冷机组，型号2cc-3.2。

(IV)试验管段：在试验管路中，设计两个试验管段6、7。当然并不限于两个试验管段的设计形式，可以是单段，也可以是更多段。利用水泵输送试验介质以试验流速和压力流过，试样贴双侧向内壁安装在试验管段内，介质流过时对试样形成侧向加压的冲刷腐蚀，用以实现管道工况环境的模拟。

在本实施例的两个试验管段6、7中，每个试验管段顶部设置7个可以独立开启的盖体，如图2所示，每个盖体23由多个螺栓24锚固在试验管段本体22上使其密封。盖体开启后可见内部长方体腔室，试验管段的7节腔体沿主体管路方向相通，除顶部盖体外形成一个整体试验管段。每节腔体沿主管路方向左右两侧壁分别设置4个或2个卡槽，用于安装金属和非金属材料试样，如图3所示，图中25为试样放置位置。试验管段6、7的材质为PVC-U，可以承受试验环境要求的试验压力。每节腔体相对独立，根据试验过程需要，可每隔一段时间从试验管段内提取出部分试样进行检测。

(V)远传仪表及电控系统：远传仪表主要有压力表10、12和电磁流量计11、13，分别设置在两个试验管段6、7的上游管路上，具有远传功能；电控系统主要有电控柜1，电控柜1集中了动力系统用电和仪表控制信号，通过布线给动力设备提供电源，同时接受仪表和热电偶(温度传感器)信号。

根据试验管段的横断面面积和试验需要控制的流速，核算出相应的流量数值。通过调节主管路上压力调节阀16和流量调节阀14，以及分流管路20的分压阀17以及分流管路21的流量调节阀15，控制电控柜中流量和压力，确保试验管段内维持相应的压力和流速。

压力表10、12：量程0～2.5MPa，精度1％fs；

电磁流量计11、13：Emf8301，内衬聚四氟乙烯，量程0.1～15m/s，精度±0.5％，耐压等级1.6MPa；

压力调节阀16：黄铜材质，DN40，量程0～2.0MPa；

流量调节阀14、15：黄铜材质，DN40，耐压等级2.0MPa；

分压阀17：黄铜材质，型号S10-T，起跳压力0～4.0MPa(可调)。

(Ⅵ)温控系统：设置在水箱中，由制冷盘管3和加热管5以及热电偶26组成，温度信号传送至电控柜1显示，并控制试验介质保持在试验温度24℃。

制冷盘管3：紫铜材质；

加热管5：S31603；

热电偶26(温度传感器)：S30408，量程-30～100℃，精度0.5％。

(Ⅶ)冷却系统：属于附属系统，由两台风机18、19组成，分别为动力系统的水泵电机和制冷机组电机提供冷却服务，以确保本试验装置处于24小时正常工作状态。

风机18、19：型号YWF4D-400，风量4800m³/h，功率180W。

本发明中与试验介质接触的非试验材料均选用了耐腐蚀较好的材质，尽可能降低淡化海水与非试样材料相互腐蚀或污染的几率，可有效保障模拟系统运行的真实性。

实施例的具体应用实例如下：

根据拟定的研究方法，实施例采用的运行参数及试件材质如表1。

表1

流动介质：根据软件推算的某核电厂一级反渗透装置出水理论水质，采用蒸馏水进行配置。

采用本实施例进行研究的具体操作方法如下：

试件制作：

金属试验材料，试样加工尺寸为50×50×2mm，试样表面抛光处理；

非金属试验材料，根据非金属材质研究手段的需要以及相关规范要求，采用哑铃状试样，详见图4所示，试样加工尺寸为100×25×2mm，工作段长度为20mm，宽5mm，试样表面进行抛光处理。

试验参数控制：

将试样安装在试验管段内，贴内侧壁安装。试验时，将试验介质注入水箱，通过调节分流管路的分压阀和压力调节阀控制管路中的压力为0.8MPa；调节试验管段6后端的流量调节阀14，控制试验管段6内的介质流速为1.5m/s；调节与试验管段7并联的分流管路21中的流量调节阀15，控制试验管段7内的介质流速为0.8m/s。

利用热电偶26监测水箱内的介质温度，并用加热管5和制冷盘管3调节介质温度为24℃。

试验周期和参数测定：

根据研究方案，一个完整的全周期试验为45天。在试验周期内监测实施例设备运行参数、试验介质腐蚀状况等必要的数据，且根据试验研究方案需要分别于第15、30、45天取出各研究材质的试验试样进行相关的计算、研究和评定。

取试件方法：

在试验开始后第15、30、45天，分别暂停试验装置，根据需要独立开启试验管段顶部的盖体，并将某个或某几个卡槽内的试件取出。

试验结果：

采用本实施例完成了对某核电厂一级反渗透装置出水对压力输送管道的腐蚀性研究，表2示出了流速为0.8m/s的腐蚀性研究结果；表3示出了流速为1.5m/s的腐蚀性研究结果。

表2

表3

以上数据说明本发明的应用，可以有效地帮助试验者达到试验目的；同时也说明带压冲刷腐蚀试验装置获得了成功。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种带压冲刷腐蚀试验装置，包括由用于储存介质的水箱及管路构成的介质循环回路，在循环回路上设有水泵和试验管段，其特征在于：试样安装在所述试验管段内，介质流过时对试样形成侧向加压的冲刷腐蚀，在循环回路上设有由电控系统控制的流量调节阀和压力调节阀，在水箱内设有温控系统；

所述介质为淡化海水；

在所述循环回路上设置具有远传功能的压力表和电磁流量计，压力表和电磁流量计的信号传送至电控系统；

在所述循环回路上还设有用于压力和流量调节的分流管路；

所述的试样包括金属材料试样和非金属材料试样，试样贴双侧向内壁安装在所述试验管段内；

所述试验管段的顶部设置若干个可以独立开启的盖体，每个盖体密封安装在试验管段本体上，盖体内为沿主体管路方向相通的若干节腔体，每节腔体沿主管路方向左右两侧壁分别设置用于安装试样的卡槽；

所述非金属材料试样采用哑铃状结构。

2.如权利要求1所述的带压冲刷腐蚀试验装置，其特征在于：在所述水泵的吸水管路上设置用于截流循环介质中杂质的管道过滤器。

3.如权利要求1所述的带压冲刷腐蚀试验装置，其特征在于：所述的温控系统包括制冷盘管、加热管以及热电偶，制冷盘管连接制冷机组，热电偶将温度信号传送至电控系统，并由电控系统控制制冷机组及加热管工作，使介质保持在试验温度。

4.如权利要求3所述的带压冲刷腐蚀试验装置，其特征在于：所述的试验管段共有两段，采用PVC材质，在每段试验管段的上游管路上均设置所述压力表和电磁流量计。

5.如权利要求4所述的带压冲刷腐蚀试验装置，其特征在于：还包括为所述水泵的电机和制冷机组的电机提供冷却的风机。

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