CN111189770A - 一种超临界二氧化碳掺杂氧腐蚀试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种超临界二氧化碳掺杂氧腐蚀试验装置及方法，包括二氧化碳气瓶，二氧化碳气瓶出口与二氧化碳流量计入口相连通，二氧化碳流量计的出口与混气罐入口相连通，氧气气瓶出口与氧气流量计的入口相连通，氧气流量计的出口与混气罐入口相连通，混气罐的出口与增压泵入口相连通，增压泵的出口与预热炉的入口相连通，预热炉的出口与腐蚀反应釜的入口相连通，腐蚀反应釜的出口与冷却器入口相连通，冷却器的出口与背压阀相连通，背压阀的出口与尾气吸收瓶入口相连通，尾气吸收瓶出口与大气相连通。本发明可以测试金属材料在不同温度压力超临界二氧化碳掺杂氧的条件下的腐蚀特性。

Description

一种超临界二氧化碳掺杂氧腐蚀试验装置及方法
技术领域
本发明涉及材料腐蚀试验装置技术领域，特别涉及一种超临界二氧化碳掺杂氧腐蚀试验装置及方法。
背景技术
在蒸汽朗肯循环发电系统中，给水中的溶氧会影响给水系统及整个热力系统的运行安全。给水中的溶氧会引起给水管路和省煤器的点状腐蚀，管道内壁粗糙度增加，一方面增加了流动阻力，另一方面又容易积聚给水中的沉淀物，加速垢下腐蚀。如果给水溶氧造成的腐蚀产物随锅炉给水进入锅炉，这些腐蚀产物在锅炉中热负荷较高的区域沉积，会造成管屏传热恶化，降低锅炉效率，加快结垢速率，甚至引起溃疡性垢下腐蚀，严重时甚至引起爆管，影响锅炉的安全运行。同时，给水中的溶氧对管道的腐蚀也会增加蒸汽中的含铁量，加快汽轮机叶片的结垢速率，降低汽轮机的运行效率，严重时影响汽轮机的安全运行。
超临界二氧化碳有较高的能量密度，以其为工质的布雷顿循环发电系统中的透平等设备的尺寸要比蒸汽朗肯循环发电系统减小很多，系统紧凑，不需要设置除盐和疏放水等设施，电厂的初投资也要低于蒸汽发电厂，相同参数下发电效率也比蒸汽朗肯循环要高，是目前研究的热点。
超临界二氧化碳发电系统中也面临氧腐蚀的问题，系统在启动前虽然会用二氧化碳气体进行多次置换，但是，系统中仍会有部分死区导致有氧气残留，二氧化碳工质中也会有一定含量的氧，因此超临界二氧化碳发电系统也面临氧气腐蚀的问题。因此，很有必要对金属材料在二氧化碳掺杂氧的腐蚀行为进行考察，对腐蚀特性进行分析。由于在发电厂开展实验会影响系统的运行，有必要开发一种能够有效模拟含有氧杂质的超临界二氧化碳工质中材料腐蚀的测试设备。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超临界二氧化碳掺杂氧腐蚀试验装置及方法，可以实现金属材料在二氧化碳掺杂氧情况下的腐蚀特性测试。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种超临界二氧化碳掺杂氧腐蚀试验装置，包括二氧化碳气瓶1和氧气气瓶3，二氧化碳气瓶1出口与二氧化碳流量计2入口相连通，二氧化碳流量计2的出口与混气罐5入口相连通，所述的氧气气瓶3出口与氧气流量计4的入口相连通，氧气流量计4的出口与混气罐5入口相连通，所述混气罐5的出口与增压泵6入口相连通，增压泵6的出口与预热炉7的入口相连通，预热炉7的出口与腐蚀反应釜8的入口相连通，腐蚀反应釜8的出口与冷却器9入口相连通，冷却器9的出口与背压阀10相连通，背压阀10的出口与尾气吸收瓶11入口相连通，尾气吸收瓶11出口与大气相连通。
所述的预热炉7为电加热，预热温度可以设定，预热炉7上设置有预热炉控温热电偶12。
所述的腐蚀反应釜8为电加热，加热温度可以设定，腐蚀反应釜8上设置有腐蚀反应釜控温热电偶13和压力表14。
所述的冷却器9的冷却介质为循环冷却水。
所述的尾气吸收瓶11中的吸收剂为石灰乳。
一种超临界二氧化碳掺杂氧腐蚀试验方法，包括以下步骤；
首先检查二氧化碳气瓶1和氧气气瓶3，确保二氧化碳和氧气气源充足，然后检查装置的气密性，对装置进行充气后憋压一段时间压力不降低，然后安装试样，将金属材料试样固定在台架上并放置在腐蚀反应釜8中，最后进行系统吹扫置换，关闭背压阀10，系统中充入二氧化碳到一定压力，然后打开背压阀10，压力降到常压后，再充入二氧化碳到一定压力，然后打开背压阀10，压力降到常压，重复若干次，完成系统吹扫置换；
调节二氧化碳流量计2和氧气流量计4到试验流量，设定预热炉7和腐蚀反应釜8的温度，调节背压阀10使反应釜的压力到设定压力，二氧化碳以一定的流量从二氧化碳气瓶1经过二氧化碳流量计2进入混气罐5，氧气以一定的流量从氧气气瓶3经过氧气流量计4进入混气罐5，二氧化碳和氧气在混气罐5中混合后，经过增压泵6加压后进入预热器7进行预热，预热后的二氧化碳和氧气进入腐蚀反应釜8进行再次加热，并与金属试件进行反应，气体排出反应釜8后进入冷却器9进行冷却，之后经过背压阀10排入尾气吸收瓶11，二氧化碳与吸收瓶11中的石灰乳反应被吸收，氧气排出尾气吸收瓶11进入大气；
试验结束时，首先关闭预热炉7和腐蚀反应釜8的加热，腐蚀反应釜9随炉缓慢冷却至室温，缓慢加大背压阀10的开度，腐蚀反应釜9的压力降至常压，之后关闭二氧化碳气瓶1和氧气气瓶3，然后关闭增压泵6，打开腐蚀反应釜9取出金属材料试样，正常试验情况下不需要实验人员干预，装置将自动运行。
本发明的有益效果：
本发明通过将高纯二氧化碳和氧气在混气罐5中混合得到掺杂氧的二氧化碳气体，然后经过预热炉7和腐蚀反应釜8的两次加热，通过腐蚀反应釜8的热电偶13，控制腐蚀反应釜达到腐蚀试验的设定温度，通过增压泵6和背压阀10的配合，达到腐蚀试验所需的压力，通过尾气吸收瓶11，将二氧化碳吸收。本装置结构简单，能够在实验室条件下，简单有效的实现测试金属材料在不同温度压力超临界二氧化碳掺杂氧的条件下的腐蚀特性。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
其中，1为二氧化碳气瓶、2为二氧化碳流量计、3为氧气气瓶、4为氧气流量计、5为混气罐、6为增压泵、7为预热炉、8为腐蚀反应釜、9为冷却器、10为背压阀、11为尾气吸收瓶、12为预热炉控温热电偶、13为腐蚀反应釜控温热电偶、14为压力表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明包括供气系统、腐蚀系统和尾气处理系统，供气系统包括二氧化碳(99.9999％)气瓶1、二氧化碳流量计2、氧气(99.99％)气瓶3、氧气流量计4和混气罐5和增压泵6，二氧化碳气瓶1出口与二氧化碳流量计2入口相连通，二氧化碳流量计2的出口与混气罐5入口相连通，氧气气瓶3出口与氧气流量计4的入口相连通，氧气流量计4的出口与混气罐5入口相连通，混气罐5的出口与增压泵6入口相连通。腐蚀系统包括预热炉7和腐蚀反应釜8，增压泵6的出口与预热炉7的入口相连通，预热炉7的出口与腐蚀反应釜8的入口相连通。尾气处理系统包括冷却器9，背压阀10和尾气吸收瓶11，腐蚀反应釜8的出口与冷却器9入口相连通，冷却器9的出口与背压阀10相连通，背压阀10的出口与尾气吸收瓶11入口相连通，尾气吸收瓶11出口与大气相连通。
本发明的试样方法，包括以下步骤：
超临界二氧化碳掺杂氧腐蚀试验装置运行前的准备工作包括检查气瓶、检查气密性、安装试样、系统吹扫置换等步骤。首先检查二氧化碳气瓶1和氧气气瓶3，确保二氧化碳和氧气气源充足，然后检查装置的气密性，对装置进行充气后憋压一段时间压力不降低，然后安装试样，将金属材料试样固定在台架上并放置在腐蚀反应釜8中，最后进行系统吹扫置换，关闭背压阀10，系统中充入二氧化碳到一定压力，然后打开背压阀10，压力降到常压后，再充入二氧化碳到一定压力，然后打开背压阀10，压力降到常压，重复若干次，完成系统吹扫置换。
调节二氧化碳流量计2和氧气流量计4到试验流量，设定预热炉7为400℃，设定腐蚀反应釜8为600℃，调节背压阀10使反应釜的压力到20MPa。二氧化碳以1L/min从二氧化碳气瓶1经过二氧化碳流量计2进入混气罐5，氧气以1mL/min从氧气气瓶3经过氧气流量计4进入混气罐5，二氧化碳和氧气在混气罐5中混合后，经过增压泵6加压后进入预热器7预热到400℃，预热后的二氧化碳和氧气进入腐蚀反应釜8进行再次加热，加热到600℃，并与金属试件进行反应，气体排出反应釜8后进入冷却器9，在冷却器9中与循环冷却水进行换热，气体被冷却之后经过背压阀10排入尾气吸收瓶11，二氧化碳与吸收瓶11中的石灰乳反应被吸收，氧气排出尾气吸收瓶11进入大气。
试验结束时，首先关闭预热炉7和腐蚀反应釜8的加热，腐蚀反应釜9随炉缓慢冷却至室温，缓慢加大背压阀10的开度，腐蚀反应釜9的压力降至常压，之后关闭二氧化碳气瓶1和氧气气瓶3，然后关闭增压泵6，打开腐蚀反应釜9取出金属材料试样。正常试验情况下不需要实验人员干预，装置将自动运行。
需要指出的是，上述实施例只为说明本发明的技术构思和特点，具体的实施方法，如冷却器9选用的冷却介质循环冷却水和尾气吸收瓶11中选用的吸收剂石灰乳等仍可进行修改和改进，但都不会由此而背离权利要求书中所规定的本发明的范围和基本精神。

Claims (6)

1.一种超临界二氧化碳掺杂氧腐蚀试验装置，其特征在于，包括二氧化碳气瓶(1)和氧气气瓶(3)，二氧化碳气瓶(1)出口与二氧化碳流量计(2)入口相连通，二氧化碳流量计(2)的出口与混气罐(5)入口相连通，所述的氧气气瓶(3)出口与氧气流量计(4)的入口相连通，氧气流量计(4)的出口与混气罐(5)入口相连通，所述混气罐(5)的出口与增压泵(6)入口相连通，增压泵(6)的出口与预热炉(7)的入口相连通，预热炉(7)的出口与腐蚀反应釜(8)的入口相连通，腐蚀反应釜(8)的出口与冷却器(9)入口相连通，冷却器(9)的出口与背压阀(10)相连通，背压阀(10)的出口与尾气吸收瓶(11)入口相连通，尾气吸收瓶(11)出口与大气相连通。
2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳掺杂氧腐蚀试验装置，其特征在于，所述的预热炉(7)为电加热，预热温度可以设定，预热炉(7)上设置有预热炉控温热电偶(12)。
3.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳掺杂氧腐蚀试验装置，其特征在于，所述的腐蚀反应釜(8)为电加热，加热温度可以设定，腐蚀反应釜(8)上设置有腐蚀反应釜控温热电偶(13)和压力表(14)。
4.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳掺杂氧腐蚀试验装置，其特征在于，所述的冷却器(9)的冷却介质为循环冷却水。
5.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳掺杂氧腐蚀试验装置，其特征在于，所述的尾气吸收瓶(11)中的吸收剂为石灰乳。
6.一种超临界二氧化碳掺杂氧腐蚀试验方法，其特征在于，包括以下步骤；
首先检查二氧化碳气瓶(1)和氧气气瓶(3)，确保二氧化碳和氧气气源充足，然后检查装置的气密性，对装置进行充气后憋压一段时间压力不降低，然后安装试样，将金属材料试样固定在台架上并放置在腐蚀反应釜(8)中，最后进行系统吹扫置换，关闭背压阀(10)，系统中充入二氧化碳到一定压力，然后打开背压阀(10)，压力降到常压后，再充入二氧化碳到一定压力，然后打开背压阀(10)，压力降到常压，重复若干次，完成系统吹扫置换；
调节二氧化碳流量计(2)和氧气流量计(4)到试验流量，设定预热炉(7)和腐蚀反应釜(8)的温度，调节背压阀(10)使反应釜的压力到设定压力，二氧化碳以一定的流量从二氧化碳气瓶(1)经过二氧化碳流量计(2)进入混气罐(5)，氧气以一定的流量从氧气气瓶(3)经过氧气流量计(4)进入混气罐(5)，二氧化碳和氧气在混气罐(5)中混合后，经过增压泵(6)加压后进入预热器(7)进行预热，预热后的二氧化碳和氧气进入腐蚀反应釜(8)进行再次加热，并与金属试件进行反应，气体排出反应釜(8)后进入冷却器(9)进行冷却，之后经过背压阀(10)排入尾气吸收瓶(11)，二氧化碳与吸收瓶(11)中的石灰乳反应被吸收，氧气排出尾气吸收瓶(11)进入大气；
试验结束时，首先关闭预热炉(7)和腐蚀反应釜(8)的加热，腐蚀反应釜(9)随炉缓慢冷却至室温，缓慢加大背压阀(10)的开度，腐蚀反应釜(9)的压力降至常压，之后关闭二氧化碳气瓶(1)和氧气气瓶(3)，然后关闭增压泵(6)，打开腐蚀反应釜(9)取出金属材料试样，正常试验情况下不需要实验人员干预，装置将自动运行。
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