CN109187319A - 一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境试验装置及方法，包括主控系统、升降机构、喷雾系统、负压机构、控温系统和辅助机构，负压机构为工作室提供负压环境；升降机构用于控制试样的装卸及其在试验腔内的位置，从而保证试样架上、中、下层试样依次处于负压高温类盐雾、间浸和全浸环境；喷淋机构用于模拟海水淡化装置室顶的海水喷雾，实现上层试样在负压环境仍处然于类盐雾环境；恒温机构用于实现试验时的温度控制，辅助装置为完成试验过程中的后勤任务提供保障。本发明可在试验室最大程度地模拟低温多效蒸馏海水淡化装置蒸馏室环境中部件及材料的服役环境，综合评价部件及材料的服役性能，实现一套装置评价多个效组的参数模拟效果。

Description

一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境试验装置及方法

技术领域

本发明属于材料腐蚀试验技术领域，具体涉及一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境试验装置及方法。

背景技术

众所周知，淡水资源短缺已经成为21世纪的三大环境问题之一。因此，海水淡化和海水直接利用技术已成为各国非常重视的高新技术。目前能投入商业化使用的海水淡化技术主要有两类：一类是膜法，一类是蒸馏法。膜法海水淡化技术主要为反渗透法；蒸馏法淡化技术则包括多级闪蒸、低温多效蒸馏、压汽蒸馏三种方法。在以上四种商业化的海水淡化方法中，低温多效蒸馏法是20世纪80年代才开发出来的新技术。它的特点是对原料海水的预处理要求不高、过程循环动力消耗小、生产的淡水水质高。因此该技术开发出来后便在世界范围内迅速得到了广泛的应用，是海水淡化最具发展前景的技术之一。

作为极具前途的低温多效蒸馏海水淡化技术，其发展方向将表现在两个方面：一是装置规模的大型化和超大型化，蒸馏法海水淡化的技术指标与其装置规模密切相关，装置容量越大，其经济性就越强；二是新材料、新工艺的采用使装置性能提高，新材料、新工艺的使用可以降低材料的使用量，提高使用寿命，从而显著降低海水淡化装置的制造费用或提高装置性能。

低温多效蒸馏海水淡化技术的发展趋势，必将面临着其装备制造材料的选择问题，在同等条件下，用户自然会倾向于既经久耐用又价格低廉的材料。其中，材料的抗腐蚀问题是很重要的考核指标，如果制造成全尺寸或小尺寸装置进行实物实况试验，则是费时费力、劳民伤财的不得已的举措。但新材料的使用，不经过实际应用，不拿出具体数据来证明其性能是不可以推广使用的。因此，在这种情况下，迫切需要在试验室建立一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境试验装置及方法，根据调研，目前国内还没有此项技术，为此，本发明提供一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境试验装置及方法，用来对蒸流室用材料（特别是蒸馏器用材料）进行试验，得到其在此环境服役中的抗腐蚀性能，为选材提供数据支撑，因为蒸馏室是海水淡化装置的重要部件，其服役环境较恶劣。

基于以上问题，我们首先就要对低温多效海水淡化装置蒸馏室的服役环境进行调研。所谓低温多效海水淡化技术是指在负压条件下，海水温度低于100℃产生蒸发和冷凝的海水淡化技术，其特征是将一系列的水平管降膜蒸发器串联起来并被分成若干效组，蒸发器内通入一定量的蒸汽作为海水蒸发热源，负压环境下的海水在低于100℃（45℃-70℃）下产生多次的蒸发和冷凝，后面一效的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水的海水淡化技术。现有技术为利用钢铁流程低品位余热作为热源，则钢厂的热蒸汽进入第一级蒸馏室中的换热管中，海水经淡化装置室顶的海水喷雾装置均匀雾化喷出到蒸发器的顶排管上，从而增大水雾与换热管的接触面积，然后沿顶排管以薄膜形式向下流动，部分水雾吸收换热管的热量后气化为水蒸气，冷凝后汇入淡水管道，剩余蒸汽携带余热进入下一效换热管作为第二效的热源；二次蒸汽在下一效中冷凝成产品水，剩余料液由泵输送到蒸发器的下一个效组中，重复喷淋、蒸发、冷凝过程；蒸汽被输入到第一效的蒸发管内并在管内冷凝，管外海水产生于冷凝量基本等量的二次蒸汽。根据各部件在蒸馏室所处位置，部件材料分别所处环境为负压的高温类盐雾、高温海水全浸和高温海水间浸腐蚀环境，冷凝器和蒸发器的上部管束，长期处于类低压高温的盐雾腐蚀环境；其下部管束，长期处于未及时流向下一效的底部溶液液面中，因此处于负压高温的海水全浸腐蚀环境中；而蒸发器和冷凝器的壳体、外部的加强圈和内部的支撑结构件的某些位置一方面被海水喷淋，一方面又间歇性地被底部溶液的浸泡，因此处于负压高温的海水的间浸腐蚀中。

发明内容

为了解决低温多效蒸馏海水淡化装备关键材料和焊接接头的试验室内模拟试验问题，本发明提供一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境的试验装置及方法，为装备关键材料选材及焊接工艺确定提供基础数据，同时也保证新材料或新工艺的安全使用，最大可能地降低评价、制造和维修成本，提高装置性能，迎合低温多效蒸馏海水淡化技术的发展趋势。

本发明的技术方案是：一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境装置，包括主控系统、升降机构、喷雾系统、负压机构、控温系统和辅助机构，所述升降机构包括用于挂架升降系统、挂架转动系统、顶盖升降系统和式样挂架，所述负压机构包括真空系统、实验室和密封装置，所述辅助机构包括补排水系统和液位平衡系统，所述挂架升降系统、所述挂架转动系统、所述顶盖升降系统、所述喷雾系统、所述真空系统、所述控温系统、所述补排水系统和所述液位平衡系统分别和所述主控系统连接；

所述实验室内设置有所述式样挂架，实验室的顶端设置有盖板，还设有用于驱动式样挂架的挂架升降系统和用于驱动盖板的顶盖升降系统，所述挂架转动系统垂直设置在挂架升降系统的下方，挂架升降系统包括沿竖直方向设置的第一电机和所述第一电机连接的升降杆，挂架转动系统包括第二电机和所述第二电机连接的转动杆，所述升降杆设置在所述转动杆的上方并通过嵌入式连接，二者连接后沿竖直方向设置在盖板的上方，转动杆的下端穿过盖板与式样挂架连接，转动杆贯穿盖板的位置通过所述密封装置密封。

进一步优化，所述顶盖升降系统包括连接盖板的丝杆和用于驱动丝杆上下移动的驱动装置。

进一步优化，所述喷雾系统、式样挂架和加热系统设置在实验室内，所述主控系统设置在实验室的一侧，所述补排水系统、液位平衡系统和真空系统设置在实验室的下方。

进一步优化，所述的负压机构为工作室提供负压，恒温机构用于实现试验时的温度控制，升降机构用于控制试样的装卸及其在试验腔内的位置，实现式样架上、中、下层试样依次为处于负压高温类盐雾、间浸和全浸环境，喷淋机构用于模拟海水淡化装置室顶的海水喷雾，实现类盐雾环境，，辅助装置为完成试验过程中的后勤任务提供保障。

进一步优化，所述密封装置为O型密封圈。

进一步优化，所述实验室的内胆采用多块不锈钢材料型号为USU316L钢板焊接制成，其焊缝采用硅胶密封并对内腔进行整体喷塑处理。

一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境的试验方法，具体步骤如下：

S1、通过顶盖升降系统将盖板升起，拿出式样挂架，安装好试样后，将式样挂架穿过盖板上的O型密封圈连接挂架转动系统，调节顶盖升降系统将盖板平稳压置在实验室的腔体上；

S2、在液位平衡系统的储液箱内加入腐蚀溶液，通过控温系统调节实验室的温度，通过真空系统调节实验室的压力、通过挂架升降系统调节升降杆的高度、通过挂架转动系统调节转动杆的旋转速度，当实验室温度及压力达到设定值后，通过升降杆和转动杆控制式样挂架上、中、下层分别运行进入类盐雾区、周浸区及全浸区并静置，开启喷雾系统对试样进行喷淋以完成腐蚀试验，同时开启补排水系统排出多余的腐蚀溶液，所述腐蚀试验的周期为4-8个月；

S3、试验结束后，关闭喷雾系统及补排水系统，调节控温系统和真空系统恢复温度和压力至室温常压，停止挂架升降系统及挂架转动系统，当实验室温度及压力达到设定值后，通过顶盖升降系统将盖板升起，拿出式样挂架，拆卸试样，进行试验结果评定及相应分析。

进一步优化，所述步骤S2中的腐蚀溶液为海水或配置溶液中的一种。

进一步优化，所述所述步骤S2中的喷雾系统采用花洒式喷嘴来实现对试样的喷淋工作。

本发明的有益效果为：

本发明可以在试验室最大程度地模拟低温多效蒸馏海水淡化装置蒸馏室环境中部件及材料的服役环境，综合评价部件及材料的服役性能，研究装备材料及焊接接头在类盐雾腐蚀、海水全浸及间浸腐蚀的服役环境中的复杂机理，并且温度及压力可调，实现一套装置评价多个效组的参数模拟效果，从而保证低温多效蒸馏海水淡化装置的选材、焊接工艺研制及安全评定工作顺利进行。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图

图2为升降机构的局部放大结构示意图

图3为密封装置的结构示意图

附图标记：1、主控系统，2、式样挂架，3、真空系统，4、实验室，5、密封装置，6、补排水系统，7、液位平衡系统，8、盖板，9、第一电机，10、升降杆，11、第二电机，12、转动杆，13、丝杆，14、喷雾系统，15、控温系统。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的以及有益效果易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境装置及方法，具体实施方式为：

实施例1

一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境装置，包括主控系统1、升降机构、喷雾系统14、负压机构、控温系统15和辅助机构，所述升降机构用于控制试样的装卸及其在试验腔内的位置，实现从上到下依次为类盐雾、间浸和全浸环境，喷淋机构用于模拟海水淡化装置室顶的海水喷雾，实现类盐雾环境，负压机构为工作室提供负压，恒温机构用于实现试验时的温度控制，辅助装置为完成试验过程中的后勤任务提供保障。

升降机构包括用于挂架升降系统、挂架转动系统、顶盖升降系统和式样挂架2，负压机构包括真空系统3、实验室4和采用O型密封圈的密封装置5，所述实验室4的内胆采用多块不锈钢材料型号为USU316L钢板焊接制成，其焊缝采用硅胶密封，然后再整体喷塑，具有耐酸碱、耐腐蚀、耐高温、耐碰撞、易清洗等优点；辅助机构包括补排水系统6和液位平衡系统7，所述挂架升降系统、所述挂架转动系统、所述顶盖升降系统、所述喷雾系统14、所述真空系统3、所述控温系统15、所述补排水系统6和所述液位平衡系统7的分别和所述主控系统1的连接；实验室4内设置有所述式样挂架2，实验室4的顶端设置有盖板8，还设有用于驱动式样挂架2的挂架升降系统和用于驱动盖板8的顶盖升降系统，所述挂架转动系统垂直设置在挂架升降系统的下方，挂架升降系统包括沿竖直方向设置的第一电机9和所述第一电机9连接的升降杆10，挂架转动系统包括第二电机11和所述第二电机11连接的转动杆12，所述升降杆10设置在所述转动杆12的上方并通过嵌入式连接，二者连接后沿竖直方向设置在盖板8的上方，转动杆12的下端穿过盖板8与式样挂架2连接，转动杆12贯穿盖板8的位置通过所述密封装置5密封，所述顶盖升降系统包括连接盖板8的丝杆13和用于驱动丝杆13上下移动的驱动装置，所述驱动装置通过带动所述丝杆13实现盖板8的开启和关闭。

进一步优化，所述喷雾系统14、式样挂架2和控温系统15设置在实验室4内，所述主控系统1设置在实验室4的一侧，所述补排水系统6、液位平衡系统7和真空系统3设置在实验室4的下方，所述液位平衡系统7通过电子探头对液位进行检测处理，再配合补排水系统6，从而实现对液位的控制。

一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境的试验方法，具体步骤如下：

S1、按照GB/T10125、GB/T19746和JB/T7901中要求对试样进行准备，进行试验前的试样尺寸测量及重量称量，通过顶盖升降系统将盖板8升起，拿出式样挂架2，安装好试样后，将式样挂架2穿过盖板8上的O型密封圈连接挂架转动系统，调节顶盖升降系统将盖板8平稳压置在实验室4的腔体上；

S2、在液位平衡系统7的储液箱内加入海水或配置溶液中的一种，通过控温系统15调节实验室4的温度，通过真空系统3调节喷雾系统14的压力、通过挂架升降系统调节升降杆10的高度、通过挂架转动系统调节转动杆12的旋转速度，当实验室4温度及压力达到设定值后，通过升降杆10和转动杆12控制式样挂架2上下运行进入类盐雾区、周浸区及全浸区并静置，开启喷雾系统14对试样进行喷淋以完成腐蚀试验，同时开启补排水系统6排出多余的腐蚀溶液，所述腐蚀试验的周期为4-8个月；

S3、试验结束后，关闭喷雾系统14及补排水系统6，调节控温系统15和真空系统3恢复温度和压力至室温常压，停止挂架升降系统及挂架转动系统，当实验室4温度及压力达到设定值后，通过顶盖升降系统将盖板8升起，拿出式样挂架2，拆卸试样，进行试验结果评定及相应分析。

在本发明中，所述步骤S2中喷雾系统14的喷淋工作不通过传统的空气增压来实现喷淋，而是在负压状态下为保证喷淋的水为雾状及喷洒的角度，利用花洒式喷嘴来实现，为了保证连续喷淋工作始终在负压状态下进行，主要做好三部分工作：一是试验室箱体要完全密封，二是液体的液面要完全控制，三是喷淋利用箱内负压与水的压差来保持，密封通过在连接部位装密封圈来保证。

实施例2

选取海水淡化装置中蒸馏室使用最常用材料型号为2205的不锈钢进行试验，材料为分别标记为1#、2#的商用不锈钢的两个批次，，试验分三个层面进行，按照标准在试验室进行符合性试验，分别包括点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀等局部腐蚀试验，实际工况环境下的挂片在海淡装置蒸馏室检修期间，将加工处理好的试样分别挂在蒸馏室的一效区的类盐雾区、周浸区及全浸区，试验时间为半年，试验室内加速模拟在本发明中进行，试验温度和压力与蒸馏室一效区一致，试验温度为70℃，试验压力为70MPa，试验时间为6个月，具体测试结果如下：

表1 试验室符合性试验结果

表2 实际挂片及试验室模拟试验结果

表1和表2分别为试验室符合性试验结果结果对比，可以看出，三个层面的试验结果一致性较好，均为商用1#试样抗腐蚀性能较好；符合性试验结果比实际工况环境和试验室模拟加速试验结果均要严重，这是因为试验室符合性试验为室内加速试验，其试验条件更苛刻，实际工况的挂片试验结果与试验室模拟工况试验结果相当，三个层面的试验后的试样形貌均未出现明显的局部腐蚀，仅有轻微的变黄，说明试验室内模拟试验方法和装置可以达到本发明的目的。

以上显示和描述了本发明的主要特征、使用方法、工作过程、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境装置，其特征在于：包括主控系统（1）、升降机构、喷雾系统（14）、负压机构、控温系统（15）和辅助机构，所述升降机构包括用于挂架升降系统、挂架转动系统、顶盖升降系统和式样挂架（2），所述负压机构包括真空系统（3）、实验室（4）和密封装置（5），所述辅助机构包括补排水系统（6）和液位平衡系统（7），所述挂架升降系统、所述挂架转动系统、所述顶盖升降系统、所述喷雾系统（14）、所述真空系统（3）、所述控温系统（15）、所述补排水系统（6）和所述液位平衡系统（7）的分别和所述主控系统（1）的连接；

所述实验室（4）内设置有所述式样挂架（2），实验室（4）的顶端设置有盖板（8），还设有用于驱动式样挂架（2）的挂架升降系统和用于驱动盖板（8）的顶盖升降系统，所述挂架转动系统垂直设置在挂架升降系统的下方，挂架升降系统包括沿竖直方向设置的第一电机（9）和所述第一电机（9）连接的升降杆（10），挂架转动系统包括第二电机（11）和所述第二电机（11）连接的转动杆（12），所述升降杆（10）设置在所述转动杆（12）的上方并通过嵌入式连接，二者连接后沿竖直方向设置在盖板（8）的上方，转动杆（12）的下端穿过盖板（8）与式样挂架（2）连接，转动杆（12）贯穿盖板（8）的位置通过所述密封装置（5）密封。

2.如权利要求1所述的一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境装置，其特征在于：所述顶盖升降系统包括连接盖板（8）的丝杆（13）和用于驱动所述丝杆（13）上下移动的驱动装置。

3.如权利要求1所述的一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境装置，其特征在于：所述喷雾系统（14）、式样挂架（2）和控温系统（15）设置在实验室（4）内，所述主控系统（1）设置在实验室（4）的一侧，所述补排水系统（6）、液位平衡系统（7）和真空系统（3）设置在实验室（4）的下方。

4.如权利要求1所述的一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境装置，其特征在于：所述升降机构用于控制试样的装卸及其在试验腔内的位置，实现从上到下依次为类盐雾、间浸和全浸环境，喷淋机构用于模拟海水淡化装置室顶的海水喷雾，实现类盐雾环境，负压机构为工作室提供负压，恒温机构用于实现试验时的温度控制，辅助装置为完成试验过程中的后勤任务提供保障。

5.如权利要求1所述的一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境装置，其特征在于：所述密封装置（5）为O型密封圈。

6.如权利要求1所述的一种模拟低温多效蒸馏海水淡化服役环境装置，其特征在于：所述实验室（4）的内胆采用多块不锈钢材料型号为USU316L钢板焊接制成，其焊缝采用硅胶密封。

7.一种低温多效蒸馏海水淡化服役环境的试验方法，其特征在于：具体步骤如下：

S1、通过顶盖升降系统将盖板（8）升起，拿出式样挂架（2），安装好试样后，将式样挂架（2）穿过盖板（8）上的O型密封圈连接挂架转动系统，调节顶盖升降系统将盖板（8）平稳压置在实验室（4）的腔体上；

S2、在液位平衡系统（7）的储液箱内加入腐蚀溶液，通过控温系统（15）调节实验室（4）的温度，通过真空系统（3）调节喷雾系统（14）的压力、通过挂架升降系统调节升降杆（10）的高度、通过挂架转动系统调节转动杆（12）的旋转速度，当实验室（4）温度及压力达到设定值后，通过升降杆（10）和转动杆（12）控制式样挂架（2）上下运行进入类盐雾区、周浸区及全浸区并静置，开启喷雾系统（14）对试样进行喷淋以完成腐蚀试验，同时开启补排水系统（6）排出多余的腐蚀溶液，所述腐蚀试验的周期为4-8个月；

S3、试验结束后，关闭喷雾系统（14）及补排水系统（6），调节控温系统（15）和真空系统（3）恢复温度和压力至室温常压，停止挂架升降系统及挂架转动系统，当实验室（4）温度及压力达到设定值后，通过顶盖升降系统将盖板（8）升起，拿出式样挂架（2），拆卸试样，进行试验结果评定及相应分析。

8.如权利要求7所述的一种低温多效蒸馏海水淡化服役环境的试验方法，其特征在于：所述步骤S2中的腐蚀溶液为海水或配置溶液中的一种。

9.如权利要求7所述的一种低温多效蒸馏海水淡化服役环境的试验方法，其特征在于：所述步骤S2中的喷雾系统（14）采用花洒式喷嘴来实现对试样的喷淋工作。