CN112147064A - 间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置及其使用方法，该装置包括储水水箱、恒温加热装置、溶解氧调节装置、循环水泵、循环水旁路过滤装置、悬浮物生成旁路、0°冲刷腐蚀模拟组件和45°冲刷腐蚀模拟组件。本试验装置可以准确调控循环水的pH值、溶解氧含量、悬浮物含量和流速冲刷腐蚀模拟组件以SCAL型间冷系统铝管备件作为试验对象，模拟组件的内部结构参考现场铝管使用环境设计，能够更加真实地模拟出系统运行期间铝管管口位置的水流流态；装置中设计有两个实验旁路，能够同时模拟系统中冲刷角度为0°和45°的铝管管口冲刷腐蚀情况。

Description

间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置及其使用方法

技术领域

本发明属于实验室材料腐蚀研究模拟装置领域，具体涉及一种间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置及其使用方法。

背景技术

SCAL型间冷系统已经逐渐成为火电厂蒸汽冷凝系统的主要形式，该种间冷系统的散热器采用纯铝制成，纯铝材质提高了散热器的换热效率、其较低的密度使得散热器能够垂直布置，减小了间冷塔的占地面积。但是铝材质硬度低，受到水流冲击强烈的部位表面氧化膜被破坏，极易发生冲刷腐蚀。多家采用该类型间冷系统的电厂在投运初期或运行一段时间后，均出现了铝管管口冲刷腐蚀的现象，甚至导致散热器漏水，威胁安全生产。根据目前的调研情况，铝管管口冲刷腐蚀是该种类型间冷系统中最危险的腐蚀形式。

冲刷腐蚀是机械冲刷和电化学腐蚀交互作用的结果，该种类型的腐蚀受到多种因素的影响，循环水水质、水中悬浮物含量、局部水流流速、流态都会对其产生影响。SCAL型间冷系统采用除盐水作为循环水，循环水的缓冲能力较差，pH值经常出现异常升高的现象，纯铝是一种两性金属，偏酸性和碱性的循环水都会对其产生腐蚀。该类型间冷系统循环水中含有较多的悬浮物，悬浮物包括碳钢管道腐蚀形成腐蚀产物和系统内部未冲洗干净的沙砾，悬浮物也会加剧铝管的冲刷腐蚀。此外，SCAL型间冷系统散热器结构比较特殊，循环水从母管首先进入集水箱，由集水箱分配至各个冷却管，集水箱入口和铝管进水管之间的距离较短，水流对各个铝管管口冲击的角度也不相同。铝管与底部集水箱之间的连接位置，存在一定的间隙，水流在此处会形成湍流状态。因此SCAL型间冷系统中影响铝管冲刷腐蚀的影响因素较为复杂，然而目前针对于间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置的研究较少。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的难题，本发明的目的在于提供一种间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置及其使用方法，该装置可以准确调控循环水的pH值、溶解氧含量、悬浮物含量和流速，真实地模拟出SCAL型间冷系统散热器铝管局部区域的水流角度及流态，参照其使用方法可以研究某单一因素对于SCAL型间冷系统铝制散热器管口冲刷腐蚀的影响。

为了达到以上的目的，本发明采用如下技术方案：

一种间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置，包括循环水水箱；所述循环水水箱顶部装有水箱注水阀门、温度计，循环水水箱底部装有恒温加热装置、放水阀门、充气阀门和多孔环管；充气阀门设置在充气管上，充气管与多孔环管连通；

所述循环水水箱底部出水管经过循环水水泵连接循环水主管路，循环水主管路连接两个并联的试验旁路，第一试验旁路上包括第一试验旁路流量计和0°冲刷腐蚀模拟组件；第二试验旁路上包括第二试验旁路流量计和45°冲刷腐蚀模拟组件，第一试验旁路和第二试验旁路均与循环水水箱第一进水管连接；两个铝管试样分别设置在0°冲刷腐蚀模拟组件和45°冲刷腐蚀模拟组件内；

所述循环水水泵和第一试验旁路之间，依次引出悬浮物过滤旁路、流量调节旁路、第一碳钢腐蚀旁路和第二碳钢腐蚀旁路。

作为本发明的进一步改进，所述流量调节旁路上设置有流量调节阀门和旁路回水阀门，旁路回水阀门与循环水水箱第二进水管连接。

作为本发明的进一步改进，所述悬浮物过滤旁路上包括依次设置的悬浮物过滤旁路进水阀门、悬浮物过滤装置和悬浮物过滤旁路出水阀门；所述悬浮物过滤装置内装有石英砂和无烟煤；所述悬浮物过滤旁路出水阀门与旁路回水阀门连接。

作为本发明的进一步改进，所述第一碳钢腐蚀旁路包括依次设置的第一碳钢腐蚀旁路进水阀门、第一碳钢腐蚀管段和第一碳钢腐蚀旁路回水阀门，所述第一碳钢腐蚀旁路回水阀门与旁路回水阀门连接。

作为本发明的进一步改进，所述第二碳钢腐蚀旁路包括依次设置的第二碳钢腐蚀旁路进水阀门、第二碳钢腐蚀管段和第二碳钢腐蚀旁路回水阀门，第二碳钢腐蚀旁路回水阀门与旁路回水阀门连接。

作为本发明的进一步改进，所述循环水主管路上引出取样阀门，阀门后连接有取样口。

作为本发明的进一步改进，所述0°冲刷腐蚀模拟组件包括底部法兰、底部引流管、集水箱结构模拟装置和第一铝管试样，顶部引流管和顶部法兰组成；底部法兰、底部引流管、集水箱结构模拟装置、顶部引流管和顶部法兰依次连接，第一铝管试样设置在顶部引流管内，且第一铝管试样底部伸入集水箱结构模拟装置内；

所述0°冲刷腐蚀模拟组件中集水箱结构模拟组件棒材底部开槽用于与底部引流管粘接紧密。

8、根据权利要求1所述的间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于，作为本发明的进一步改进，所述45°冲刷腐蚀模拟组件包括底部法兰、底部V型引流管，加强筋板、集水箱结构模拟组件、第二铝管试样，顶部引流管和顶部法兰；底部法兰、底部V型引流管、集水箱结构模拟组件、顶部引流管和顶部法兰依次连接，第二铝管试样设置在顶部引流管内，且第二铝管试样底部设置在集水箱结构模拟组件内。

作为本发明的进一步改进，所述45°冲刷腐蚀模拟装置中集水箱结构模拟组件底部不开槽，直接与底部V型引流管粘接，V型引流管上下两部分间夹角为°，V型引流管上部与集水箱结构模拟组件间夹角为45°；V型引流管上下两部分之间粘接有加强筋板。

一种间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置的使用方法，包括以下步骤：

将0°冲刷腐蚀模拟组件和45°冲刷腐蚀模拟组件安装在模拟试验台上，打开储水箱注水阀门向储水箱中注入除盐水；打开恒温加热装置，设定需要模拟的间冷循环水水温；待温度升高至目标值后，打开流量调节阀门和旁路回水阀门，打开第一试验旁路流量调节阀、第二试验旁路流量调节阀、第二旁路回水阀门、回水阀门，并开启循环水水泵，通过调节流量调节阀门、第一试验旁路流量调节阀和第二试验旁路流量调节阀开度，调节第一试验旁路流量计和第二试验旁路流量计至流量目标值；

通过开启取样口阀门，从取样口取样检测循环水pH变化；

开启第一碳钢腐蚀旁路进水阀门和第一碳钢腐蚀旁路出水阀门，使得部分循环水流过碳钢管段；继续开启第二碳钢腐蚀旁路进水阀门和第二碳钢腐蚀旁路出水阀门，使得部分循环水流过碳钢管段，通过取样口取样分析循环水中悬浮物含量；

对比0°冲刷腐蚀模拟组件和45°冲刷腐蚀模拟组件中铝管试样的腐蚀情况。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明装置可以准确调控循环水的pH值、溶解氧含量、悬浮物含量和流速，参照其使用方法可以研究某单一因素对于SCAL型间冷系统铝制散热器管口冲刷腐蚀的影响；装置中设计有两个实验旁路，能够同时模拟系统中冲刷角度为0°和45°的铝管管口冲刷腐蚀情况。本发明装置的冲刷腐蚀模拟组件以SCAL型间冷系统铝管备件作为试验样品，模拟组件的内部结构参考现场铝管使用环境设计，能够更加真实地模拟出系统运行期间铝管管口位置的水流流态；本试验装置可以准确调控循环水的pH值、溶解氧含量、悬浮物含量和流速，参照其使用方法可以研究某单一因素对于SCAL型间冷系统铝制散热器管口冲刷腐蚀的影响；其中冲刷腐蚀模拟组件以SCAL型间冷系统铝管备件作为试验对象，模拟组件的内部结构参考现场铝管使用环境设计，能够更加真实地模拟出系统运行期间铝管管口位置的水流流态；装置采用透明有机玻璃制作，能够实时观察铝管腐蚀破坏情况；装置中设计有两个实验旁路，能够同时模拟系统中冲刷角度为0°和45°的铝管管口冲刷腐蚀情况。

进一步，本发明装置的冲刷腐蚀模拟组件采用透明有机玻璃制作，能够实时观察铝管腐蚀破坏情况以及铝管管口周围水流流态。

进一步，本发明装置设置有碳钢腐蚀旁路，能够模拟间冷系统循环水中悬浮物形成过程。

附图说明

图1为本发明冲刷腐蚀模拟试验装置示意图；

图2为本发明中0°冲刷腐蚀模拟组件示意图；

图3为本发明中45°冲刷腐蚀模拟组件示意图；

图4为本发明中集水箱局部结构模拟组件关键尺寸示意图；(a)为主视图，(b)为俯视图；

图5为本发明中铝管试样与集水箱模拟组件装配位置关键尺寸示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置，包括循环水水箱40，循环水水箱40顶部装有水箱注水阀门1、温度计4，循环水水箱40底部装有恒温加热装置3、放水阀门2、充气阀门5和用于充气的多孔环管6。充气阀门5设置在充气管上，充气管内端与多孔环管6连通。

循环水从循环水水箱40底部引出，经过循环水水泵7增压后，流经第一试验旁路流量调节阀18、第一试验旁路流量计20、进入0°冲刷腐蚀模拟组件22，经回水阀门42返回循环水水箱40。在第一试验旁路流量调节阀18与第一试验旁路流量计20之间引出第二试验旁路，第二试验旁路包括第二试验旁路流量调节阀19、第二试验旁路流量计21、45°冲刷腐蚀模拟组件和第二旁路回水阀门24，第二试验旁路汇入回水阀门42前，循环水流经回水阀门42后返回循环水水箱40。在循环水水泵7和第一试验旁路流量调节阀18之间，依次引出悬浮物过滤旁路、流量调节旁路、第一碳钢腐蚀旁路和第二碳钢腐蚀旁路。流量调节旁路设置有流量调节阀门11和旁路回水阀门41。悬浮物过滤旁路由悬浮物过滤旁路进水阀门8、悬浮物过滤装置9和悬浮物过滤旁路出水阀门10组成，悬浮物过滤装置内装有石英砂和无烟煤用于去除循环水中的悬浮物，循环水流经悬浮物过滤旁路后从旁路回水阀门41前汇入流量调节旁路，最终流经旁路回水阀门41返回循环水水箱40。

第一碳钢腐蚀旁路设置有第一碳钢腐蚀旁路进水阀门12、第一碳钢腐蚀管段43和第一碳钢腐蚀旁路回水阀门15，循环水流经第一碳钢腐蚀旁路后从旁路回水阀门41前汇入流量调节旁路，最终流经旁路回水阀门41返回循环水水箱40。第二碳钢腐蚀旁路设置有第二碳钢腐蚀旁路进水阀门13、第二碳钢腐蚀管段44和第二碳钢腐蚀旁路回水阀门14，循环水流经第二碳钢腐蚀旁路后从旁路回水阀门41前汇入流量调节旁路，最终流经旁路回水阀门41返回循环水水箱。循环水主管路上引出取样阀门16，阀门后连接有取样口17。以上各部分均采用304不锈钢管连接。

如图2所示，0°冲刷腐蚀模拟组件22由底部法兰31、底部引流管30、集水箱结构模拟装置29、第一铝管试样28，顶部引流管27和顶部法兰25组成。底部法兰31、底部引流管30、集水箱结构模拟装置29、顶部引流管27和顶部法兰25依次连接，第一铝管试样28设置在顶部引流管27内，且第一铝管试样28底部伸入集水箱结构模拟装置29内。

如图3所示，45°冲刷腐蚀模拟组件23由底部法兰39、底部V型引流管37，加强筋板38、集水箱结构模拟组件35、第二铝管试样34，顶部引流管33和顶部法兰32组成。底部法兰39、底部V型引流管37、集水箱结构模拟组件35、顶部引流管33和顶部法兰32依次连接，第二铝管试样34设置在顶部引流管33内，且第二铝管试样34底部设置在集水箱结构模拟组件35内。

集水箱结构模拟组件均采用φ＝70mm，高14mm的有机玻璃棒材加工制成，顶部中心依次开φ＝35mm圆孔，深度为5mm；φ＝28mm深度为3mm；φ＝24mm深度为6mm的圆孔。0°冲刷腐蚀模拟装置中集水箱结构模拟组件棒材底部开槽用于与底部引流管粘接紧密，45°冲刷腐蚀模拟装置中集水箱结构模拟组件底部不开槽，直接与底部V型引流管37粘接，V型引流管37上下两部分间夹角为90°，V型引流管37上部与集水箱结构模拟组件间夹角为45°。V型引流管上下两部分之间粘接有加强筋板38，用于增强结构稳定性。

如图4所示，SCAL型间冷系统使用的散热器铝管外径为26mm，铝管管壁厚度为1mm。本发明中将铝管备品切割成长度为30mm的铝管试样，顶部引流管33和顶部引流管27采用内径为25mm，外径为35mm的有机玻璃管制成，铝管试样插入顶部引流管深度为25.5mm，利用车床对有机玻璃管进行加工，保证铝管能与顶部引流管紧密匹配。如图5所示，铝管与顶部引流管组装后，与集水箱结构模拟组件粘接，粘接后，铝管试样与集水箱结构模拟组件第二级圆孔间隙为1mm，同时铝管底部与集水箱结构模拟组件第三级圆孔顶部边缘垂直距离为1.5mm。

本发明还提供基于上述冲刷腐蚀模拟装置的使用方法，包括以下步骤：

将0°冲刷腐蚀模拟组件22和45°冲刷腐蚀模拟组件23安装在模拟试验台上，打开储水箱注水阀门1向储水箱40中注入除盐水。打开恒温加热装置3，设定需要模拟的间冷循环水水温。待温度升高至目标值后，打开流量调节阀门11和旁路回水阀门41，打开第一试验旁路流量调节阀18、第二试验旁路流量调节阀19、第二旁路回水阀门24、回水阀门42，并开启循环水水泵7，通过调节流量调节阀门11、第一试验旁路流量调节阀18和第二试验旁路流量调节阀19开度，调节第一试验旁路流量计20和第二试验旁路流量计21至流量目标值。在研究循环水pH对铝管冲刷腐蚀影响时，可以通过储水箱注水阀门加入适量碱性物质(如0.1mol/LNaOH溶液)，通过开启取样口阀门16，从取样口17取样检测循环水pH变化。在研究循环水中悬浮物对铝管冲刷腐蚀影响时，可以开启第一碳钢腐蚀旁路进水阀门12和第一碳钢腐蚀旁路出水阀门15，使得部分循环水流过碳钢管段43，如果想进一步提高悬浮物含量可以继续开启第二碳钢腐蚀旁路进水阀门13和第二碳钢腐蚀旁路出水阀门14，使得部分循环水流过碳钢管段44，通过取样口17取样分析循环水中悬浮物含量。当悬浮物含量较高时，可以开启过滤装置进水阀门8和过滤装置出水阀门10，使得部分循环水流过过滤装置9，降低循环水中悬浮物含量。在研究循环水中溶解氧含量对铝管冲刷腐蚀影响时，可以开启阀门5，通入氮气，同时开启储水箱注水阀门1，氮气经多孔环管6分散后，降低循环水中溶解氧含量。对比0°冲刷腐蚀模拟组件22和45°冲刷腐蚀模拟组件23中铝管试样的腐蚀情况可以对水流冲刷角度对冲刷腐蚀情况的影响进行研究。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于，包括循环水水箱(40)；所述循环水水箱(40)顶部装有水箱注水阀门(1)、温度计(4)，循环水水箱(40)底部装有恒温加热装置(3)、放水阀门(2)、充气阀门(5)和多孔环管(6)；充气阀门(5)设置在充气管上，充气管与多孔环管(6)连通；

所述循环水水箱(40)底部出水管经过循环水水泵(7)连接循环水主管路，循环水主管路连接两个并联的试验旁路，第一试验旁路上包括第一试验旁路流量计(20)和0°冲刷腐蚀模拟组件(22)；第二试验旁路上包括第二试验旁路流量计(21)和45°冲刷腐蚀模拟组件(23)，第一试验旁路和第二试验旁路均与循环水水箱(40)第一进水管连接；两个铝管试样分别设置在0°冲刷腐蚀模拟组件(22)和45°冲刷腐蚀模拟组件(23)内；

所述循环水水泵(7)和第一试验旁路之间，依次引出悬浮物过滤旁路、流量调节旁路、第一碳钢腐蚀旁路和第二碳钢腐蚀旁路。

2.根据权利要求1所述的间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于，所述流量调节旁路上设置有流量调节阀门(11)和旁路回水阀门(41)，旁路回水阀门(41)与循环水水箱(40)第二进水管连接。

3.根据权利要求2所述的间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于，所述悬浮物过滤旁路上包括依次设置的悬浮物过滤旁路进水阀门(8)、悬浮物过滤装置(9)和悬浮物过滤旁路出水阀门(10)；所述悬浮物过滤装置内装有石英砂和无烟煤；所述悬浮物过滤旁路出水阀门(10)与旁路回水阀门(41)连接。

4.根据权利要求2所述的间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于，所述第一碳钢腐蚀旁路包括依次设置的第一碳钢腐蚀旁路进水阀门(12)、第一碳钢腐蚀管段(43)和第一碳钢腐蚀旁路回水阀门(15)，所述第一碳钢腐蚀旁路回水阀门(15)与旁路回水阀门(41)连接。

5.根据权利要求2所述的间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于，所述第二碳钢腐蚀旁路包括依次设置的第二碳钢腐蚀旁路进水阀门(13)、第二碳钢腐蚀管段(44)和第二碳钢腐蚀旁路回水阀门(14)，第二碳钢腐蚀旁路回水阀门(14)与旁路回水阀门(41)连接。

6.根据权利要求1所述的间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于，所述循环水主管路上引出取样阀门(16)，阀门后连接有取样口(17)。

7.根据权利要求1所述的间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于，所述0°冲刷腐蚀模拟组件(22)包括底部法兰(31)、底部引流管(30)、集水箱结构模拟装置(29)和第一铝管试样(28)，顶部引流管(27)和顶部法兰(25)组成；底部法兰(31)、底部引流管(30)、集水箱结构模拟装置(29)、顶部引流管(27)和顶部法兰(25)依次连接，第一铝管试样(28)设置在顶部引流管(27)内，且第一铝管试样(28)底部伸入集水箱结构模拟装置(29)内；

所述0°冲刷腐蚀模拟组件(22)中集水箱结构模拟组件棒材底部开槽用于与底部引流管粘接紧密。

8.根据权利要求1所述的间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于，所述45°冲刷腐蚀模拟组件(23)包括底部法兰(39)、底部V型引流管(37)，加强筋板(38)、集水箱结构模拟组件(35)、第二铝管试样(34)，顶部引流管(33)和顶部法兰(32)；底部法兰(39)、底部V型引流管(37)、集水箱结构模拟组件(35)、顶部引流管(33)和顶部法兰(32)依次连接，第二铝管试样(34)设置在顶部引流管(33)内，且第二铝管试样(34)底部设置在集水箱结构模拟组件(35)内。

9.根据权利要求8所述的间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于，所述45°冲刷腐蚀模拟装置中集水箱结构模拟组件底部不开槽，直接与底部V型引流管(37)粘接，V型引流管(37)上下两部分间夹角为(90)°，V型引流管(37)上部与集水箱结构模拟组件间夹角为45°；V型引流管上下两部分之间粘接有加强筋板(38)。

10.权利要求1至9任一项所述的间冷系统铝制散热器冲刷腐蚀模拟试验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将0°冲刷腐蚀模拟组件(22)和45°冲刷腐蚀模拟组件(23)安装在模拟试验台上，打开储水箱注水阀门(1)向储水箱(40)中注入除盐水；打开恒温加热装置(3)，设定需要模拟的间冷循环水水温；待温度升高至目标值后，打开流量调节阀门(11)和旁路回水阀门(41)，打开第一试验旁路流量调节阀(18)、第二试验旁路流量调节阀(19)、第二旁路回水阀门(24)、回水阀门(42)，并开启循环水水泵(7)，通过调节流量调节阀门(11)、第一试验旁路流量调节阀(18)和第二试验旁路流量调节阀(19)开度，调节第一试验旁路流量计(20)和第二试验旁路流量计(21)至流量目标值；

通过开启取样口阀门(16)，从取样口(17)取样检测循环水pH变化；

开启第一碳钢腐蚀旁路进水阀门(12)和第一碳钢腐蚀旁路出水阀门(15)，使得部分循环水流过碳钢管段(43)；继续开启第二碳钢腐蚀旁路进水阀门(13)和第二碳钢腐蚀旁路出水阀门(14)，使得部分循环水流过碳钢管段(44)，通过取样口(17)取样分析循环水中悬浮物含量；

对比0°冲刷腐蚀模拟组件(22)和45°冲刷腐蚀模拟组件(23)中铝管试样的腐蚀情况。

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