CN116448651A - 一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统及方法，主回路子系统，包括高纯水箱、主回路出水管、电极流通池及主回路回水管；高纯水箱的出水口与主回路出水管的一端相连，主回路出水管的另一端与电极流通池的进水口相连，主回路回水管的一端与电极流通池的出水口相连，主回路回水管的另一端与高纯水箱的回水口相连；加药子系统，用于向主回路出水管内加注碱化剂或氧化剂；流动加速腐蚀测试子系统，包括测试电极及腐蚀测试仪；测试电极放置在电极流通池内，测试电极通过导线与腐蚀测试仪的输入端相连；测试电极的材质与待模拟空冷岛的设备材质相同；本发明实现对空冷岛设备的真实模拟，满足对高流速及无氧条件的模拟，模拟试验结果误差小。
Description
技术领域
本发明属于流动加速腐蚀试验技术领域，特别涉及一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统及方法。
背景技术
空冷岛用于火电机组汽轮机高温排汽的降温，其在富煤缺水地区得到广泛应用。目前，建造空冷岛的设备材料主要为碳钢，而碳钢在高温溶氧水环境中极易腐蚀，其中，以汽轮机排汽导致的空冷岛发生单相或气液两相的流动加速腐蚀(FAC)尤甚。
经理论测算，超(超)临界直接空冷机组中，汽轮机的排汽流速可达60m/s以上，主排汽管道的表面液相或液膜流速约15m/s以上；而在高流速的湿蒸汽或液膜下，碳钢内表面生成的Fe3O4氧化膜会持续溶解，引起机组水汽系统铁含量超标，造成空冷岛的碳钢构件腐蚀和沉积；其中，空冷散热管壁厚大多为1.5mm，长期的运行腐蚀可能会导致局部减薄失效，造成空气或污染物的漏入，一方面将引起汽轮机背压增加或水汽品质污染，另一方面将导致高温蒸汽泄漏，对周围的生命财产安全造成重大威胁。
目前，针对空冷岛流动加速腐蚀研究均处于起步阶段，现有的模拟试验装置均无法实现对高流速及无氧条件的模拟，进而导致模拟试验的结果误差较大；因此，亟需提供一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统，以真实模拟腐蚀条件，探究其腐蚀机理，降低或抑制腐蚀发生，对保护热力设备和提高精处理混床周期制水量，具有重大的理论意义和实际意义。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统及方法，以解决现有的模拟试验装置均无法实现对高流速及无氧条件的模拟，进而导致模拟试验的结果误差较大的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统，包括主回路子系统、加药子系统及流动加速腐蚀测试子系统；
所述主回路子系统，包括高纯水箱、主回路出水管、电极流通池及主回路回水管；所述高纯水箱内储存有高纯水，所述高纯水箱的出水口与所述主回路出水管的一端相连，所述主回路出水管的另一端与所述电极流通池的进水口相连，所述主回路回水管的一端与所述电极流通池的出水口相连，所述主回路回水管的另一端与所述高纯水箱的回水口相连；
所述加药子系统，用于向所述主回路出水管内加注碱化剂或氧化剂；
所述流动加速腐蚀测试子系统，包括测试电极及腐蚀测试仪；所述测试电极放置在所述电极流通池内，所述测试电极通过导线与所述腐蚀测试仪的输入端相连；其中，所述测试电极的材质与待模拟空冷岛的设备材质相同；所述腐蚀测试仪，用于采集所述测试电极的极化电阻。
进一步的，还包括除氧子系统；所述除氧子系统包括气源；所述气源内储存有惰性气体，所述气源的出口端分三支路设置；其中，第一条支路与所述高纯水箱相连，第二条支路与所述加药子系统相连，第三条支路与所述电极流通池相连。
进一步的，还包括在线监测子系统；所述在线监测子系统，包括冷却器、第一取样关断阀、第一三通阀、氢交换柱、电导率表、第二三通阀、第二取样关断阀及溶解氧表；
所述冷却器的进口端与所述主回路出水管相连通；所述冷却器的出口端分两路设置，其中一路与所述第一取样关断阀的一端相连，另一路与所述第二取样关断阀的一端相连；
所述第一取样关断阀的另一端与所述第一三通阀的第一端口相连，所述第一三通阀的第二端与所述氢交换柱的进口端相连；所述第一三通阀的第三端口、所述氢交换柱的出口端与所述电导率表的进口端均相连，所述电导率表的出口端与所述第二三通阀的第一端口相连；所述第二三通阀的第二端口与所述主回路回水管相连通，所述第二三通阀的第三端口作为手工取样口；
所述第二取样关断阀的另一端与所述溶解氧表的进口端相连，所述溶解氧表的出口端与所述主回路回水管相连通。
进一步的，还包括旁路再循环子系统；所述旁路再循环子系统，包括旁路再循环球阀及旁路管；所述旁路管的一端与所述主回路出水管相连通，所述旁路管的另一端与所述主回路回水管相连通；所述旁路再循环球阀设置在所述旁路管上。
进一步的，还包括净化子系统；所述净化子系统，包括混床取样关断阀及混床；所述混床取样关断阀的一端与所述主回路出水管相连通，所述混床取样关断阀的另一端与所述混床的进口端相连，所述混床的出口端与所述主回路回水管相连通。
进一步的，所述加药子系统包括第一加药储罐、第二加药储罐及加药管路；所述第一加药储罐用于储存碱化剂，所述第二加药储罐用于储存氧化剂；所述第一加药储罐的出口端、所述第二加药储罐的出口端与所述加药管路的一端均相连，所述加药管路的另一端与所述主回路出水管相连通。
进一步的，所述电极流通池包括180°电极流通池及90°电极流通池；所述180°电极流通池与所述90°电极流通池并联设置在所述主回路出水管与所述主回路回水管之间，所述180°电极流通池设置有第一测试电极，所述90°电极流通池设置有第二测试电极；其中，所述第一测试电极与所述第二测试电极均包括材质及型号相同的工作电极、参比电极及辅助电极，所述工作电极、所述参比电极及所述辅助电极分别通过导线与所述腐蚀测试仪相连。
进一步的，所述主回路出水管上还设置有第四流量计、主回路出水压力表及第一温度传感器；所述第四流量计，用于监测所述主回路出水管中水样的流量信息；所述主回路出水压力表，用于监测所述主回路出水管中水样的压力信息；所述第一温度传感器位于所述电极流通池的入口处，所述第一温度传感器用于监测所述电极流通池入口处水样的温度信息；
所述主回路回水管上还设置有第二温度传感器，所述第二温度传感器位于所述电极流通池的出口处；其中，所述第二温度传感器，用于监测所述电极流体池出口处水样的温度信息。
进一步的，所述空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统的运行环境特征为：温度为50～70℃，流速为15～25m/s，氢电导率小于0.15μS/cm，溶解氧值小于5μg/L。
本发明还提供了一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验方法，利用所述的一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统；其中，所述模拟试验方法，包括以下步骤：
步骤1、利用加药子系统，向主回路出水管中加注碱化剂或氧化剂，以使主回路出水管及主回路回水管中水样的氢电导率或溶解氧值至设计范围；
步骤2、开启腐蚀测试仪，记录测试电极的极化电阻；
步骤3、根据所述测试电极的极化电阻，确定测试电极的腐蚀结果，进而获得所述空冷岛流动加速腐蚀模拟试验结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统及方法，利用加药子系统对主回路出水管内加注碱化剂或氧化剂，以使系统主回路管道内水样维持设计的氢电导率或溶解氧值，确保了系统在稳定环境下进行运行，以保护电极流通池内测试电极不受系统水样中溶解氧的干扰和氧化影响，进而真实反映测试电极的原始状态；利用腐蚀测试仪对测试电极对极化电阻进行监测，根据极化电阻对测试电极的腐蚀情况进行表征，实现对空冷岛设备的真实模拟；装置结构简单，满足对高流速及无氧条件的模拟，模拟试验结果误差小。
进一步的，将除氧子系统与高纯水箱、加药子系统及电极流通池均相连，实现对多点除氧，有效提高了除氧效果，以使系统回路中溶解氧小于5μg/L，确保测试电极不受水中溶解氧的干扰和氧化影响，真实反映电极的原始状态，减少试验误差。
进一步的，通过设置在线监测子系统，利用冷却器对从主回路出水管内取出的水样进行冷却，并分别利用电导率表和溶解氧表分别对水样的氢电导率及溶解氧值进行实时监测，以对加药子系统的运行提供数据支持，确保了系统运行的可靠性；同时，设置手工取样口，实现校验在线仪表或接收水样进行检测的目的。
进一步的，采用在旁路管上设置旁路再循环球阀，通过调节旁路再循环球阀的开度，实现对电极流通池的水样流量调节，以满足在不同流速下的流道加速腐蚀模拟试验，进而获取不同流速下的腐蚀性能测试数据。
进一步的，通过设置净化子系统，其中通过接入混床，实现对系统水样的净化处理效果。
进一步的，加药子系统中采用双加药储罐，实现对碱化剂和氧化剂的分别加入，提高了加药的精确性。
进一步的，利用180°电极流通池模拟空冷岛的180°直管，利用90°电极流通池模拟空冷岛的90°弯管，实现对空冷岛现场工况最大程度的真实模拟，确保了模拟试验的真实性；其次，测试电极采用工作电极、参比电极及辅助电极的三电极组合形式，有效消除纯水溶液电阻对电化学腐蚀测量影响。
附图说明
图1为实施例所述的空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统的结构框图；
图2为实施例所述的空冷岛流动加速腐蚀模拟试验方法的流程图；
图3为实施例中相同pH不同氧化剂浓度的电极腐蚀极化曲线图。
其中，1高纯水箱，2自动温控仪，3加热器，4排气口，5排水口，6水箱供气关断阀，7进水口，8气源，9加药储罐供气关断阀，10电极通流池供气关断阀，11第一加药罐，12第二加药罐，13加药关断阀，14磁力泵，15冷却器，16第一取样关断阀，17第一流量计，18第一三通阀，19氢交换柱，20电导率表，21第二三通阀，22第二取样关断阀，23第二流量计，24溶解氧表，25混床取样关断阀，26第三流量计，27混床，28旁路再循环球阀，29主回路出水球阀，30第四流量计，31第一入口截止阀，32第二入口截止阀，33主回路旁路球阀，34腐蚀测试仪，35180°电极流通池，36第一测试电极，37 90°电极流通池，38第二测试电极，39主回路回水球阀，40水箱压力表；41主回路出水压力表，42第一温度传感器，43第二温度传感器，44减压阀。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统，包括主回路子系统、除氧子系统、加药子系统、在线监测子系统、净化子系统、旁路再循环子系统及流动加速腐蚀测试子系统。
本发明中，所述主回路子系统，包括高纯水箱1、主回路出水管、电极流通池、主回路回水管、第四流量计30、主回路出水压力表41、第一温度传感器42及第二温度传感器43；所述高纯水箱1内储存有高纯水，所述高纯水箱1的出水口与所述主回路出水管的一端相连，所述主回路出水管的另一端与所述电极流通池的进水口相连；所述主回路回水管的一端与所述电极流通池的出水口相连，所述主回路回水管的另一端与高纯水箱1的回水口相连；其中，所述电极流通池包括180°电极流通池35及90°电极流通池37；所述180°电极流通池35与所述90°电极流通池37并联设置在所述主回路出水管与所述主回路回水管之间。
所述第四流量计30、主回路出水压力表41及第一温度传感器42均设置在所述主回路出水管上；其中，所述第四流量计30，用于监测所述主回路出水管中水样的流量信息；所述主回路出水压力表41，用于监测所述主回路出水管中水样的压力信息；所述第一温度传感器42位于所述电极流通池的入口处，所述第一温度传感器42用于监测所述电极流通池入口处水样的温度信息；所述第二温度传感器43设置在所述主回路回水管上，所述第二温度传感器43位于所述电极流通池的出口处；其中，所述第二温度传感器43，用于监测所述电极流体池出口处水样的温度信息。
本发明中，所述除氧子系统包括气源8；所述气源8内储存有惰性气体，所述惰性气体为氮气或其他惰性气体；所述气源8的出口端分三支路设置；其中，第一条支路与所述高纯水箱1相连，第二条支路与所述加药子系统相连，第三条支路与所述电极流通池相连。
本发明中，所述加药子系统用于向所述主回路出水管内加注碱化剂或氧化剂；所述加药子系统包括第一加药储罐11、第二加药储罐12及加药管路；所述第一加药储罐11用于储存碱化剂，所述第二加药储罐12用于储存氧化剂；所述第一加药储罐11的出口端、所述第二加药储罐12的出口端与所述加药管路的一端均相连，所述加药管路的另一端与所述主回路出水管相连通。
本发明中，所述在线监测子系统包括冷却器15、第一取样关断阀16、第一三通阀18、氢交换柱19、电导率表20、第二三通阀21、第二取样关断阀22及溶解氧表24；所述冷却器15的进口端与所述主回路出水管相连通；所述冷却器15的出口端分两路设置，其中一路与所述第一取样关断阀16的一端相连，另一路与所述第二取样关断阀22的一端相连；所述第一取样关断阀16的另一端与所述第一三通阀18的第一端口相连，所述第一三通阀18的第二端与所述氢交换柱19的进口端相连；所述第一三通阀18的第三端口、所述氢交换柱19的出口端与所述电导率表21的进口端均相连，所述电导率表21的出口端与所述第二三通阀21的第一端口相连；所述第二三通阀21的第二端口与所述主回路回水管相连通，所述第二三通阀21的第三端口作为手工取样口；所述第二取样关断阀22的另一端与所述溶解氧表24的进口端相连，所述溶解氧表24的出口端与所述主回路回水管相连通。
本发明中，所述净化子系统包括混床取样关断阀25及混床27；所述混床取样关断阀25的一端与所述主回路出水管相连通，所述混床取样关断阀25的另一端与所述混床27的进口端相连，所述混床27的出口端与所述主回路回水管相连通。
本发明中，所述旁路再循环子系统，包括旁路再循环球阀28及旁路管；所述旁路管的一端与所述主回路出水管相连通，所述旁路管的另一端与所述主回路回水管相连通；所述旁路再循环球阀28设置在所述旁路管上。
所述流动加速腐蚀测试子系统，包括测试电极及腐蚀测试仪34；所述测试电极放置在所述电极流通池内，所述测试电极通过导线与所述腐蚀测试仪34的输入端相连；其中，所述测试电极的材质与待模拟空冷岛的设备材质相同；所述腐蚀测试仪34，用于采集所述测试电极的极化电阻；其中，所述测试电极包括第一测试电极36和第二测试电极38；所述第一测试电极设置在所述180°电极流通池35内，所述第二测试电极38设置在所述90°电极流通池37中；优选的，所述第一测试电极36与所述第二测试电极38均包括材质及型号相同的工作电极、参比电极及辅助电极，所述工作电极、所述参比电极及所述辅助电极分别通过导线与所述腐蚀测试仪34相连。
工作原理及试验方法：
本发明提供了一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验方法，包括以下步骤：
步骤1、利用除氧子系统，分别向高纯水箱1、加药子系统及电极流通池内通入惰性气体，开启净化子系统对系统内的水样进行净化处理，以使系统中的溶解氧值小于5μg/L，温度保持在50～70℃；当氢电导率小于0.15μS/cm时，关闭净化子系统。
步骤2、开启加药子系统，向主回路出水管中加注碱化剂或氧化剂，以使主回路出水管及主回路回水管中水样的氢电导率或溶解氧值至设计范围；其中，所述设计范围为：系统内水样的直接电导率读数为2.2～5.4μS/cm，系统内水样中的碱化剂浓度为0～2mg/L。
步骤3、开启腐蚀测试仪34，记录测试电极的极化电阻。
步骤4、根据所述测试电极的极化电阻，确定测试电极的腐蚀结果，进而获得所述空冷岛流动加速腐蚀模拟试验结果。
步骤5、开启旁路再循环子系统，对系统进行清晰，至系统内水样的氢电导率小于0.15μS/cm。
本发明所述的空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统及方法，利用加药子系统对主回路出水管内加注碱化剂或氧化剂，以使系统主回路管道内水样维持设计的氢电导率或溶解氧值，确保了系统在稳定环境下进行运行，以保护电极流通池内测试电极不受系统水样中溶解氧的干扰和氧化影响，进而真实反映测试电极的原始状态；利用腐蚀测试仪对测试电极对极化电阻进行监测，根据极化电阻对测试电极的腐蚀情况进行表征，实现对空冷岛设备的真实模拟；装置结构简单，满足对高流速及无氧条件的模拟，模拟试验结果误差小。
实施例
如附图1所示，本实施例提供了一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统；所述模拟试验系统的运行环境特征为：温度为50～70℃，流速为15～25m/s，氢电导率小于0.15μS/cm，溶解氧值小于5μg/L；所述空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统，包括主回路子系统、除氧子系统、加药子系统、在线监测子系统、净化子系统、旁路再循环子系统及流动加速腐蚀测试子系统。
本实施例中，所述主回路子系统包括高纯水箱1、主回路出水管、磁力泵14、主回路出水球阀29、第四流量计30、第一入口管、第一入口截止阀31、第二入口管、第二入口截止阀32、主回路旁路管、主回路旁路球阀33、180°电极流通池35、90°电极流通池37、主回路回水管、主回路回水球阀39、主回路出水压力表41、第一温度传感器42及第二温度传感器43。
所述高纯水箱1为中空的箱体结构，所述高纯水箱1用于储存高纯水；所述高纯水箱1上设置有排气口4、排水口5、进水口7、出水口及回水口；所述排气口4与外界连通，用于高纯水箱1的排气；所述进水口7与高纯水源相接，用于向所述高纯水箱1内注入高纯水；所述高纯水箱1的顶部还设置有水箱压力表40，所述水箱压力表40用于监测所述高纯水箱1内的压力信息；所述排水口5用于将所述高纯水箱1内的水样排出；所述高纯水箱1的左侧中下部设置有自动温控仪2，所述自动温控仪2与加热器3的控制端相连；其中，所述自动温控仪2用于监测高纯水箱1内水样的温度信息，并根据所述高纯水箱1内水样的温度信息生成加热器动作指令；所述高纯水箱1的内壁上安装有加热器3，所述加热器3用于对所述高纯水箱1内的水样进行加热；所述出水口与所述主回路出水管的进口端相连，所述回水口与所述主回路回水管的出口端相连。
所述磁力泵14及主回路出水压力表41依次设置在所述主回路出水管上；其中，所述磁力泵14靠近所述高纯水箱1的一端设置，所述主回路出水压力表41靠近所述磁力泵14的出口端设置；所述主回路出水压力表41，用于监测所述主回路出水管中水样的压力信息；所述主回路出水管的出口端分四条出水支路设置；其中，第一条出水支路与所述在线监测子系统中的冷却器15相连通，第二条出水支路与所述净化子系统中的混床取样关断阀25相连通，第三条出水支路与所述旁路再循环子系统中的旁路管相连通，第四条出水支路与所述主回路出水球阀29的进口端相连。
所述主回路出水球阀29的出口端连接有主路管道，所述主路管道的出口端连接有两条测试支路管和主回路旁路管；具体的，所述第四流量计30及所述第一温度传感器42依次设置在所述主路管道上；所述第四流量计30，用于监测所述主回路出水管中水样的流量信息；所述第一温度传感器42用于监测所述电极流通池入口处水样的温度信息；所述主路管道的进口端与所述主回路出水球阀29的出口端相连，所述主路管道的出口端分三路设置；其中，所述主路管道的出口端第一路与第一条测试支路管的一端相连，所述第一条测试支路管的另一端与所述90°电极流通池37的进口端相连通，所述第一入口截止阀31设置在所述第一条测试支路管上；所述主路管道的出口端第二路与第二条测试支路管的一端相连，所述第二条测试之路管的另一端与所述180°电极流通池35的进口端相连，所述第二入口截止阀32设置在所述第二条测试支路管上；所述主路管道的出口端第三路与所述主回路旁路管的进口端相连，所述主回路旁路球阀33设置在所述主回路旁路管上。
所述180°电极流通池35的出口端、所述90°电极流通池37的出口端及所述主回路旁路管的出口端与所述主回路回水管的进口端均相连，所述主回路回水管的出口端与所述高纯水箱1的回水口相连；所述主回路回水球阀39及所述第二温度传感器43依次设置在所述主回路回水管上，且所述主回路回水球阀39靠近所述高纯水箱1的一端设置，所述第二温度传感器43靠近所述180°电极流通池35及90°电极流通池37端设置；其中，所述第二温度传感器43，用于监测所述180°电极流通池35及90°电极流通池37出口处水样的温度信息。
本实施例中，电极流通池为2个，分别为90°电极流通池37和180°电极流通池35，其通流部分材质均为有机玻璃；其中，所述90°电极流通池37的结构与空冷岛中的90°弯管的结构相适应，以模拟空冷岛中90°弯管；所述180°电极流通池35的结构与空冷岛中的180°直管的结构相适应，以模拟空冷岛中180°直管的流动加速腐蚀；所述90°电极流通池37与所述180°电极流通池35采用并联的方式，接入到主回路出水管与所述主回路回水管之间；所述90°电极流通池37和180°电极流通池35中的流通通道设计为狭缝结构，以使电极流通池内的流速大于20m/s，以最大程度地模拟现场工况90°弯管和180°直管的流动加速腐蚀。
本实施例中，所述除氧子系统包括水箱供气关断阀6、气源8、加药储罐供气关断阀9、电极通流池供气关断阀10及减压阀44；所述气源8内储存有惰性气体，所述惰性气体为氮气或其他惰性气体；优选的，所述气源8采用惰性气体钢瓶；所述气源8的出口端与所述减压阀44的进口端相连，所述减压阀44的出口端分三路设置；其中，所述减压阀44的出口端第一路通过第一导气管与所述高纯水箱1相连，所述水箱供气关断阀6设置在所述第一导气管上，且所述第一导气管延伸至所述高纯水箱1的箱底；所述减压阀44的出口端第二路通过第二导气管与所述加药子系统相连，所述加压储罐供气关断阀9设置在所述第二导气管上；所述减压阀44的出口端第三路通过第三导气管与所述第一条测试支路管及所述第二条测试支路管均相连，所述电极通流池供气关断阀10设置在所述第三导气管上。
本实施例中，所述加药子系统包括第一加药储罐11、第二加药储罐12、加药关断阀13及加药管路；所述第一加药储罐11用于储存碱化剂，所述第二加药储罐12用于储存氧化剂；所述第二导气管的出口端分两路设置，其中一路通入所述第一加药储罐11内并延伸至所述第一加药储罐11的底部，另一路通入所述第二加药储罐12内并延伸至所述第二加药储罐12的底部；所述第一加药储罐11的出口端、所述第二加药储罐12的出口端与所述加药管路的进口端均相连，所述加药管路的出口端与所述主回路出水管相连通；所述加药关断阀13设置在所述加药管路上，且所述加药管路的出口端位于所述磁力泵14的进口端一侧；所述第一加药储罐11及所述第二加药储罐12的罐顶均设置有排气孔，所述排气孔与外界相连通。
本实施例中，所述在线监测子系统包括冷却器15、第一取样关断阀16、第一流量计17、第一三通18、氢交换柱19、电导率表20、第二三通阀21、第二取样关断阀22、第二流量计23及溶解氧表24；所述冷却器15的进口端与所述主回路出水管的第一条出水支路相连通，所述冷却器15的进口端靠近所述磁力泵14的出口端一侧设置；所述冷却器15的出口端分两路设置，其中一路与所述第一取样关断阀16的一端相连，另一路与所述第二取样关断阀22的一端相连；所述第一取样关断阀16的另一端与所述第一三通阀18的第一端口相连，所述第一流量计17设置在所述第一取样关断阀16与所述第一三通阀18的第一端口之间；所述第一三通阀18的第二端与所述氢交换柱19的进口端相连，所述第一三通阀18的第三端口、所述氢交换柱19的出口端与所述电导率表21的进口端均相连；所述电导率表21的出口端与所述第二三通阀21的第一端口相连；所述第二三通阀21的第二端口与所述主回路回水管相连通，所述第二三通阀21的第三端口作为手工取样口；所述第二取样关断阀22的另一端与所述溶解氧表24的进口端相连，所述第二流量计23设置在所述第二取样关断阀22与所述溶解氧表24之间；所述溶解氧表24的出口端与所述主回路回水管相连通；其中，所述第二三通阀21的第二端口及所述溶解氧表24的出口端均靠近所述主回路回水球阀39的进口端一侧设置。
本实施例中，所述净化子系统包括混床取样关断阀25、第三流量计26及混床27；所述混床取样关断阀25的一端与所述主回路出水管的第二条出水支路相连通，所述混床取样关断阀25的另一端与所述混床27的进口端相连，所述混床27的出口端与所述主回路回水管相连通；其中，所述第三流量计26设置在所述混床取样关断阀25与所述混床27之间，所述混床27的出口端靠近所述主回路回水球阀39的进口端一侧设置；所述混床27内置有阴阳离子交换树脂，用于系统内的水样进行净化处理；所述混床27的进口端位于底部，所述混床27的出口端位于顶部。
本实施例中，所述旁路在循环子系统包括旁路再循环球阀28及旁路管；所述旁路管的进口端与所述主回路出水管的第三条出水支路相连通，所述旁路管的出口端与所述主回路回水管相连通，所述旁路再循环球阀28设置在所述旁路管上。
本实施例中，所述流动加速腐蚀测试子系统包括腐蚀测试仪34、第一测试电极36及第二测试电极38；所述腐蚀测试仪34，用于采集所述测试电极的极化电阻；所述第一测试电极36设置在所述180°电极流通池35内，所述第二测试电极38设置在所述90°电极流通池37中；所述第一测试电极36与所述第二测试电极38的材质与待模拟空冷岛的设备材质相同，且所述第一测试电极36与所述第二测试电极38均包括材质及型号相同的工作电极、参比电极及辅助电极；其中，所述工作电极、所述参比电极及所述辅助电极分别通过导线与所述腐蚀测试仪34相连；所述辅助电极，用于消除纯水电阻的影响；具体的，在所述180°电极流通池35内，第一测试电极36中的三电极沿流体的前进方向相对安装；在所述90°电极流通池37内，第二测试电极38的三电极位于其90°直角处，并与流体前进方向对冲安装。
如附图2所示，本实施例还提供了一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验方法，具体包括以下步骤：
步骤1、开启磁力泵14、加热器3、自动温控仪2、第四流量计30、电导率表20、溶解氧表24、第一温度传感器42及第二温度传感器43；接着，依次开启气源8、减压阀44、水箱供气关断阀6、加药储罐供气关断阀9及电极通流池供气关断阀10，以分别向高纯水箱1、第一加药储罐11、第二加药储罐12、180°电极流通池35及90°电极流通池37内通入惰性气体；优选的，所述惰性气体采用氮气；并开启冷却器15、第一取样关断阀16、第一流量计17、第二取样关断阀22、第二流量计23、混床取样关断阀25、旁路再循环球阀28、主回路出水球阀29、主回路旁路球阀33及主回路回水球阀39；使系统连续循环运行预设时间段，持续通入惰性气体，使溶解氧＜5μg/L，温度为50～70℃；其中，当在线氢电导率＜0.10μS/cm时，关闭混床取样关断阀25。
步骤2、打开第一三通阀18，使电导率表20的测量模式由氢电导率切换为直接电导率；打开加药关断阀13，向主回路出水管内加入碱化剂，并控制加药关断阀13的开度，使系统内水样的直接电导率读数为2.2～5.4μS/cm；即，换算pH时，系统内水样的pH为8.9～9.3；
或者打开加药关断阀13，向主回路出水管内中加入氧化剂，并控制加药关断阀13开度，采用在手工取样点处取样，通过仪器测试对系统水样中氧化剂的浓度进行监测，以使氧化剂的浓度保持在为0～2mg/L；优选的，所述氧化剂为双氧水。
步骤3、关闭主回路旁路球阀33，开启腐蚀测试仪34，打开第一入口截止阀31，记录90°电极流通池37内第二测试电极38的极化电阻。
步骤4、关闭第一入口截止阀31，开启腐蚀测试仪34，并打开第二入口截止阀32，记录180°电极流通池35内第一测试电极36的极化电阻。
步骤5、由于腐蚀系统受活化极化控制，腐蚀金属的自然腐蚀电位Ecorr相距两个局部反应的平衡电位较远时，电极电位E与腐蚀电流I符合Stern-Geary方程；即，腐蚀电位附近电流的变化和电位的变化之间成直线关系；具体的，根据所述第一测试电极36的极化电阻及所述第二测试电极38的极化电阻，利用线性扫描(阶跃))法或交流阻抗法，即可得到测试电极的腐蚀结果，进而获得所述空冷岛流动加速腐蚀模拟试验结果。
步骤6、试验完成后，关闭磁力泵14、加热器3、自动温控仪2、第四流量计30、电导率表20、溶解氧表24、第一温度传感器42及第二温度传感器43；之后，关闭气源8，减压阀44、水箱供气关断阀6、加药储罐供气关断阀9及电极通流池供气关断阀10；接着，打开高纯水箱1的排水口5，排空高纯水箱1中的液体；接着，打开高纯水箱1的进水口7，注入高纯水后开启磁力泵14使回路再循环，对系统进行清洗，反复清洗2～3次，直至氢电导率小于0.10μS/cm。
如附图3所示，如图3中给出了相同pH不同氧化剂浓度的电极腐蚀极化曲线图；从附图3中可以得出腐蚀电流密度和腐蚀速度，如下表1所示；从附图3及表1中可以看出随着所述氧化剂浓度的增加，腐蚀电流密度逐步减小，腐蚀速度虽同步下降，但趋于平缓。当试验溶液中加入的氧化剂浓度为0.9～1.03mg/L时，防腐效果最佳。
表1氧化剂浓度与腐蚀电流密度和腐蚀速度的关系
| 理论加药浓度(mg/L) | 腐蚀电流密度(μA/cm2) | 腐蚀速度(g/m2.h) |
| 0 | 2.672 | 0.045 |
| 0.30 | 1.871 | 0.037 |
| 0.60 | 1.364 | 0.028 |
| 0.90 | 1.018 | 0.019 |
| 1.03 | 1.012 | 0.019 |
需要说明的是，所述冷却器15采用空气冷却器；所述第一流量计17、所述第二流量计23及所述第三流量计26均为浮子流量计，所述第四流量计30为涡轮数显流量计；所述第一三通阀18及所述第二三通阀21均采用三通截止阀；
本实施例所述的模拟试验系统及方法，通过主回路中的第四流量计30、主回路出水压力表41、第一温度传感器42及第二温度传感器分别用来监测系统内水样的流量信息、压力信息和温度信息；通过加药子系统向主回路出水管中加入氧化剂或碱化剂，用来调节系统运行工况的电导率和氧含量；利用混床27来净化高纯水箱1中的纯水；利用腐蚀测试仪34，考察碳钢电极在不同浓度碱化剂或氧化剂或两者的组合溶液中达到稳态时的极化电阻大小来考察其耐腐蚀性能。
本发明中，采用主回路再循环及多点通氮除氧的方式，提高系统的除氧效果，使系统溶解氧小于5μg/L；通过隔离保护电极流通池内的电极不受水中溶解氧的干扰和氧化影响，真实反映电极的原始状态，减少试验误差；采用三电极体系消除纯水溶液电阻对电化学腐蚀测量影响；通过流通池的狭缝设计，使流速大于20m/s，最大程度地模拟现场工况90°弯管和180°直管的流动加速腐蚀。
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。
Claims (10)
1.一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统，其特征在于，包括主回路子系统、加药子系统及流动加速腐蚀测试子系统；
所述主回路子系统，包括高纯水箱(1)、主回路出水管、电极流通池及主回路回水管；所述高纯水箱(1)内储存有高纯水，所述高纯水箱(1)的出水口与所述主回路出水管的一端相连，所述主回路出水管的另一端与所述电极流通池的进水口相连，所述主回路回水管的一端与所述电极流通池的出水口相连，所述主回路回水管的另一端与所述高纯水箱(1)的回水口相连；
所述加药子系统，用于向所述主回路出水管内加注碱化剂或氧化剂；
所述流动加速腐蚀测试子系统，包括测试电极及腐蚀测试仪(34)；所述测试电极放置在所述电极流通池内，所述测试电极通过导线与所述腐蚀测试仪(34)的输入端相连；其中，所述测试电极的材质与待模拟空冷岛的设备材质相同；所述腐蚀测试仪(34)，用于采集所述测试电极的极化电阻。
2.根据权利要求1所述的一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统，其特征在于，还包括除氧子系统；所述除氧子系统包括气源(8)；所述气源(8)内储存有惰性气体，所述气源(8)的出口端分三支路设置；其中，第一条支路与所述高纯水箱(1)相连，第二条支路与所述加药子系统相连，第三条支路与所述电极流通池相连。
3.根据权利要求1所述的一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统，其特征在于，还包括在线监测子系统；所述在线监测子系统，包括冷却器(15)、第一取样关断阀(16)、第一三通阀(18)、氢交换柱(19)、电导率表(20)、第二三通阀(21)、第二取样关断阀(22)及溶解氧表(24)；
所述冷却器(15)的进口端与所述主回路出水管相连通；所述冷却器(15)的出口端分两路设置，其中一路与所述第一取样关断阀(16)的一端相连，另一路与所述第二取样关断阀(22)的一端相连；
所述第一取样关断阀(16)的另一端与所述第一三通阀(18)的第一端口相连，所述第一三通阀(18)的第二端与所述氢交换柱(19)的进口端相连；所述第一三通阀(18)的第三端口、所述氢交换柱(19)的出口端与所述电导率表(21)的进口端均相连，所述电导率表(21)的出口端与所述第二三通阀(21)的第一端口相连；所述第二三通阀(21)的第二端口与所述主回路回水管相连通，所述第二三通阀(21)的第三端口作为手工取样口；
所述第二取样关断阀(22)的另一端与所述溶解氧表(24)的进口端相连，所述溶解氧表(24)的出口端与所述主回路回水管相连通。
4.根据权利要求1所述的一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统，其特征在于，还包括旁路再循环子系统；所述旁路再循环子系统，包括旁路再循环球阀(28)及旁路管；所述旁路管的一端与所述主回路出水管相连通，所述旁路管的另一端与所述主回路回水管相连通；所述旁路再循环球阀(28)设置在所述旁路管上。
5.根据权利要求1所述的一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统，其特征在于，还包括净化子系统；所述净化子系统，包括混床取样关断阀(25)及混床(27)；所述混床取样关断阀(25)的一端与所述主回路出水管相连通，所述混床取样关断阀(25)的另一端与所述混床(27)的进口端相连，所述混床(27)的出口端与所述主回路回水管相连通。
6.根据权利要求1所述的一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统，其特征在于，所述加药子系统包括第一加药储罐(11)、第二加药储罐(12)及加药管路；所述第一加药储罐(11)用于储存碱化剂，所述第二加药储罐(12)用于储存氧化剂；所述第一加药储罐(11)的出口端、所述第二加药储罐(12)的出口端与所述加药管路的一端均相连，所述加药管路的另一端与所述主回路出水管相连通。
7.根据权利要求1所述的一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统，其特征在于，所述电极流通池包括180°电极流通池(35)及90°电极流通池(37)；所述180°电极流通池(35)与所述90°电极流通池(37)并联设置在所述主回路出水管与所述主回路回水管之间，所述180°电极流通池(35)设置有第一测试电极(36)，所述90°电极流通池(37)设置有第二测试电极(38)；其中，所述第一测试电极(36)与所述第二测试电极(38)均包括材质及型号相同的工作电极、参比电极及辅助电极，所述工作电极、所述参比电极及所述辅助电极分别通过导线与所述腐蚀测试仪(34)相连。
8.根据权利要求1所述的一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统，其特征在于，所述主回路出水管上还设置有第四流量计(30)、主回路出水压力表(41)及第一温度传感器(42)；所述第四流量计(30)，用于监测所述主回路出水管中水样的流量信息；所述主回路出水压力表(41)，用于监测所述主回路出水管中水样的压力信息；所述第一温度传感器(42)位于所述电极流通池的入口处，所述第一温度传感器(42)用于监测所述电极流通池入口处水样的温度信息；
所述主回路回水管上还设置有第二温度传感器(43)，所述第二温度传感器(43)位于所述电极流通池的出口处；其中，所述第二温度传感器(43)，用于监测所述电极流体池出口处水样的温度信息。
9.根据权利要求1所述的一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统，其特征在于，所述空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统的运行环境特征为：温度为50～70℃，流速为15～25m/s，氢电导率小于0.15μS/cm，溶解氧值小于5μg/L。
10.一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验方法，其特征在于，利用如权利要求1-9任意一项所述的一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统；其中，所述模拟试验方法，包括以下步骤：
步骤1、利用加药子系统，向主回路出水管中加注碱化剂或氧化剂，以使主回路出水管及主回路回水管中水样的氢电导率或溶解氧值至设计范围；
步骤2、开启腐蚀测试仪(34)，记录测试电极的极化电阻；
步骤3、根据所述测试电极的极化电阻，确定测试电极的腐蚀结果，进而获得所述空冷岛流动加速腐蚀模拟试验结果。
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| CN202310239570.5A CN116448651A (zh) | 2023-03-13 | 2023-03-13 | 一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116448651A true CN116448651A (zh) | 2023-07-18 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310239570.5A Pending CN116448651A (zh) | 2023-03-13 | 2023-03-13 | 一种空冷岛流动加速腐蚀模拟试验系统及方法 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN116448651A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117607026A (zh) * | 2024-01-23 | 2024-02-27 | 大唐东北电力试验研究院有限公司 | 一种流动加速腐蚀试验装置及试验方法 |
-
2023
- 2023-03-13 CN CN202310239570.5A patent/CN116448651A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117607026A (zh) * | 2024-01-23 | 2024-02-27 | 大唐东北电力试验研究院有限公司 | 一种流动加速腐蚀试验装置及试验方法 |
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