CN115078241A - 一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置及方法 - Google Patents

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CN115078241A CN202210621491.6A CN202210621491A CN115078241A CN 115078241 A CN115078241 A CN 115078241A CN 202210621491 A CN202210621491 A CN 202210621491A CN 115078241 A CN115078241 A CN 115078241A
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白振峰
朱志平
胡罡
石西尧
彭巧玲
张哲�
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Changsha University of Science and Technology
Guangdong Datang International Zhaoqing Thermal Power Co Ltd
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China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd
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East China Electric Power Test Institute of China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd
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Guangdong Datang International Zhaoqing Thermal Power Co Ltd
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China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd
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East China Electric Power Test Institute of China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置，包括实验容器和与实验容器连接的蒸发瓶，所述蒸发瓶放置于一加热容器内，所述蒸发瓶内储存有硫酸，所述蒸发瓶分别通过管道与高压气瓶和所述实验容器连接，所述实验容器内放置有至少一个试样，实验容器内设置有两个处于试样两侧的驱动电极和一个处于驱动电极外侧的参比电极，实验容器内还设置有温度传感器，两个所述驱动电极分别与一电路的正极和负极连接。本发明通过对蒸发瓶加热产生少量的硫酸蒸汽，通过高压气瓶的气体为载体，将硫酸蒸汽带入到实验容器内，发生露点腐蚀，并通过各电极的作用加快试样的氧化还原反应，在低浓度的硫酸环境下进行露点腐蚀状态和机理的研究。

Description

一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置及方法
技术领域
本发明涉及露点腐蚀实验技术领域，尤其涉及一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置及方法。
背景技术
燃料在燃烧时，其中的氢(H2)和氧(O2)反应生产水蒸气(H2O)而燃烧器大部分又采用蒸汽雾化，因而使烟道中的烟气带有大量的水蒸气。另外燃料中的硫(S)在燃烧后生成二氧化硫(SO2)，其中少部分的SO2进一步又氧化成三氧化硫(SO3)与烟气中的水蒸气结合生成硫酸(H2SO4)。含有硫酸蒸汽的烟气露点大为升高，露点为空气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度。随着露点的提高，烟气的温度更加容易低于露点温度，当烟道壁的温度低于露点时，含有硫酸的蒸汽就会在受热面上凝结成含有硫酸的液体，对受热面产生严重腐蚀；因为它是在温度较低的受热面上发生的腐蚀，故称低温腐蚀，由于只有在受热面上结露后才发生这种腐蚀，所以又称露点腐蚀。
燃气-蒸汽联合循环机组在世界范围内成功运行了数十年，在取得不错效益的同时，也容易发生管道腐蚀泄露事故。燃气-蒸汽联合循环机组使用的天然气含有少量的硫化氢和其他含硫化合物，在燃烧过程中经一系列反应会生成SO3，SO3与烟气中水蒸气结合，在温度低于硫酸露点的余热锅炉换热面表面凝结成H2SO4，造成设备严重腐蚀。燃机电站余热锅炉的低温段有省煤器、空气预热器等，这些位置都有可能发生硫酸露点腐蚀，露点腐蚀将使管壁厚度逐渐减薄以至破裂，最终将造成经济上的巨大损失，同时对工作人员的生命安全也形成了威胁。
目前关于燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉低温段管材露点腐蚀特性研究较少，已经投入运营的燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉低温段管材一般使用的是用于高温应用的低成本20#碳钢，其耐酸露点腐蚀性能不佳，若烟气中的SO3与水蒸气结合，在温度低于硫酸露点的构件表面凝结成H2SO4，使管壁厚度逐渐减薄以至破裂，造成设备严重腐蚀。现在的露点腐蚀的研究方法可分为现场试验和实验室试验两大类，现场试验是将试片通过辅助装置安在露点腐蚀事故多发位置，定期取片进行耐蚀性能的评价及分析，如公开号为CN110823797A的中国发明专利申请公开的一种耐高温烟囱在线腐蚀检测系统，该方案结果直观，可计算平均腐蚀速率，但试验机会珍贵难得，且不能进行电化学测试，不利于材料腐蚀机理研究。实验室试验需尽可能贴近现场真实情况，通过凝结酸浓度的热力学计算，结果表明余热锅炉低温段钢材将面临不同温度下不同浓度凝结酸的腐蚀。现行的实验研究对于具有经济效益的常见耐露点腐蚀钢在现场高温-高浓度硫酸和低温-低浓度硫酸环境下的腐蚀状态研究较少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够模拟低浓度硫酸环境下露点腐蚀状态的实验装置及方法。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置，包括实验容器和与实验容器连接的蒸发瓶，所述蒸发瓶放置于一加热容器内，所述蒸发瓶内储存有硫酸，所述蒸发瓶分别通过管道与高压气瓶和所述实验容器连接，所述实验容器内放置有至少一个试样，实验容器内设置有两个处于试样两侧的驱动电极和一个处于驱动电极外侧的参比电极，实验容器内还设置有温度传感器，两个所述驱动电极分别与一电路的正极和负极连接。
本发明通过对蒸发瓶加热产生少量的硫酸蒸汽，通过高压气瓶的气体为载体，将硫酸蒸汽带入到实验容器内，在试样表面冷凝附着，发生露点腐蚀，并通过各电极的作用加快试样的氧化还原反应，在低浓度的硫酸环境下进行露点腐蚀状态和机理的研究。
优选的，所述高压气瓶内储存有氮气，所述高压气瓶与蒸发瓶连接的管路上设置有阀门。
优选的，所述高压气瓶与蒸发瓶连接的管路上还设置有质量流量计。
优选的，所述加热容器为油浴锅。
优选的，所述实验容器内还设置有一特氟龙支架，所述试样放置于所述特氟龙支架上。
优选的，两个所述驱动电极分别使用铂网制成，参比电极使用单结银或氯化银制成。
优选的，所述实验容器上还通过导管连接有一吸收瓶，所述吸收瓶内储存有纯水。
优选的，吸收瓶还分别通过管道连接有离子色谱仪和电导率仪。
本发明还提供了使用所述的一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置的实验方法，包括，
对试样表面打磨，通过无水乙醇进行清洗，再使用丙酮清洗后吹干，放入所述实验容器内；
将预设浓度的硫酸加入到蒸发瓶内，蒸发瓶放入所述加热容器内；
通过加热容器对蒸发瓶加热，打开高压气瓶，通过高压气瓶的气体携带蒸发出来的硫酸进入实验容器进行露点腐蚀实验。
优选的，所述高压气瓶通过一阀门控制开度，通过一质量流量计查看流量，所述实验容器还连接有吸收瓶，所述吸收瓶内储存有纯水，所述离子色谱仪和电导率仪检测吸收液的电导率。
本发明提供的模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置和方法的优点在于：通过对蒸发瓶加热产生少量的硫酸蒸汽，通过高压气瓶的气体为载体，将硫酸蒸汽带入到实验容器内，在试样表面冷凝附着，发生露点腐蚀，并通过各电极的作用加快试样的氧化还原反应，在低浓度的硫酸环境下进行露点腐蚀状态和机理的研究。结构简单，模拟真实度高，在不影响硫酸露点浓度的情况下，加速碳钢的腐蚀速率，提高实验效率，可以真实的反映燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉低温段露点腐蚀情况，从而做出真实评价和腐蚀机理研究，可筛选出合适的碳钢材料进而抑制露点腐蚀发生。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供了一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置，包括实验容器1和与实验容器1连接的蒸发瓶2，所述蒸发瓶2放置于一加热容器3内，所述蒸发瓶2内储存有硫酸，所述硫酸的浓度根据实验要求确定，蒸发瓶2分别通过管道与高压气瓶4和实验容器1连接，所述实验容器1内放置有至少一个试样11，所述实验容器1内设置有两个处于试样11两侧的两个驱动电极12和一个处于驱动电极12外侧的参比电极13，实验容器1内还设置有温度传感器14，两个所述驱动电极12分别与一电路的正极和负极连接。
本实施例通过对蒸发瓶2加热产生少量的硫酸蒸汽，通过高压气瓶4的气体为载体，将硫酸蒸汽带入到实验容器1内，在试样11表面冷凝附着，发生露点腐蚀，在试样11两侧分别设置正负驱动电极12，加速试样11的露点腐蚀速率，加快试样11的氧化还原反应，在低浓度的硫酸环境下进行露点腐蚀状态和机理的研究。
具体的，所述高压气瓶4内储存有惰性气体，本实施例选用氮气，高压气瓶4与蒸发瓶2连接的管路上设置有阀门41和质量流量计42，通过质量流量计42查看流量，通过阀门41控制流量，使其满足预设要求。在稳定的氮气气流的作用下，硫酸蒸汽的产生也变的稳定和持续，保证了后续硫酸露点腐蚀模拟气体的用量。
所述加热容器3选用油浴锅，加热容器3密封处理，将蒸发瓶2放置于加热容器3内，通过油浴锅对蒸发瓶2进行加热，产生硫酸蒸汽。
所述实验容器1内还设置有一特氟龙支架15，选用特氟龙制作防止腐蚀，将试样11放置于所述特氟龙支架15上，两个所述驱动电极12分别使用铂网制作，铂网规格为1×4cm2)，所述参比电极13选用单质银或氯化银制成，所述试样11根据实验目的选择对应的材料制作，本实施例中，试样11做成尺寸为50×25×2mm的长方体结构，两个驱动电极12分别与试样11间距4.5cm，试样11在测试前对其表面进行打磨，如果放置两个试样11进行测试时，两个试样11的排列方向与两个驱动电极12的排列方向垂直，并且两个试样11的打磨面相背设置，间距3-5cm。
所述实验容器1还通过导管连接有一吸收瓶5，所述吸收瓶5内储存有纯水，氮气经过实验容器1后进入到吸收瓶5的纯水内，所述吸收瓶5还分别通过管道连接电导率仪52，实验结束后取出吸收瓶5中的部分吸收液通过离子质谱仪51检测阴离子含量。通过所述离子质谱仪51和电导率仪52检测吸收液的电导率，进行试验分析。
本实施提供的模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置的实验方法包括以下步骤，
对试样11表面打磨，通过无水乙醇进行清洗，再使用丙酮清洗后吹干，放入所述实验容器1内；
将预设浓度的硫酸加入到蒸发瓶2内，蒸发瓶2放入所述加热容器3内；
通过加热容器3对蒸发瓶2加热，打开高压气瓶4，通过高压气瓶4的气体携带蒸发出来的硫酸进入实验容器1进行露点腐蚀实验。
实验中通过所述阀门41控制开度，通过质量流量计42检测流量，通过驱动电极11和参比12的作用，促进腐蚀过程。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置，其特征在于：包括实验容器和与实验容器连接的蒸发瓶，所述蒸发瓶放置于一加热容器内，所述蒸发瓶内储存有硫酸，所述蒸发瓶分别通过管道与高压气瓶和所述实验容器连接，所述实验容器内放置有至少一个试样，实验容器内设置有两个处于试样两侧的驱动电极和一个处于驱动电极外侧的参比电极，实验容器内还设置有温度传感器，两个所述驱动电极分别与一电路的正极和负极连接。
2.根据权利要求1所述的一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置，其特征在于：所述高压气瓶内储存有氮气，所述高压气瓶与蒸发瓶连接的管路上设置有阀门。
3.根据权利要求2所述的一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置，其特征在于：所述高压气瓶与蒸发瓶连接的管路上还设置有质量流量计。
4.根据权利要求1所述的一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置，其特征在于：所述加热容器为油浴锅。
5.根据权利要求1所述的一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置，其特征在于：所述实验容器内还设置有一特氟龙支架，所述试样放置于所述特氟龙支架上。
6.根据权利要求1所述的一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置，其特征在于：两个所述驱动电极分别使用铂网制成，参比电极使用单结银或氯化银制成。
7.根据权利要求1所述的一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置，其特征在于：所述实验容器上还通过导管连接有一吸收瓶，所述吸收瓶内储存有纯水。
8.根据权利要求7所述的一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置，其特征在于：吸收瓶还分别通过管道连接有离子色谱仪和电导率仪。
9.使用权利要求1-8任一项所述的一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验装置的实验方法，其特征在于：包括，
对试样表面打磨，通过无水乙醇进行清洗，再使用丙酮清洗后吹干，放入所述实验容器内；
将预设浓度的硫酸加入到蒸发瓶内，蒸发瓶放入所述加热容器内；
通过加热容器对蒸发瓶加热，打开高压气瓶，通过高压气瓶的气体携带蒸发出来的硫酸进入实验容器进行露点腐蚀实验。
10.根据权利要求9所述的一种模拟低浓度硫酸环境的露点腐蚀实验方法，其特征在于：所述高压气瓶通过一阀门控制开度，通过一质量流量计查看流量，所述实验容器还连接有吸收瓶，所述吸收瓶内储存有纯水，所述离子色谱仪和电导率仪检测吸收液的电导率。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116359119A (zh) * 2023-03-27 2023-06-30 浙江大学 一种基于热电化学电池余热利用的管道防腐蚀测试系统及控制方法

Cited By (2)

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