CN116559062A - 一种动态高温熔盐腐蚀的试验设备及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料检测技术领域，公开了一种动态高温熔盐腐蚀的试验设备及实验方法，以解决现有技术高温熔盐模拟腐蚀试验设备中存在的问题，该试验设备包括釜体，釜体的下部装有炉体，炉体内设置有热电偶，釜体的上部外侧设有下冷却套，釜体的顶部设有连接法兰，釜体内还设有搅拌轴，搅拌轴的下端连接有挂片夹，挂片夹用于固定试样，搅拌轴的上端伸出连接法兰后连接有直流电机，连接法兰上还连接有进气阀、排气阀、测温装置、进料口。本发明为测试试样提供高温熔盐腐蚀环境，可进行多种形式的动态熔盐腐蚀环境，如不同气氛下慢速低温动态熔盐腐蚀试验、快速低温动态熔盐腐蚀试验、慢速高温动态熔盐腐蚀试验、快速高温动态熔盐腐蚀试验。
Description
技术领域
本发明涉及材料检测技术领域，具体涉及一种动态高温熔盐腐蚀的试验设备及实验方法。
背景技术
聚热式太阳能光热发电技术CSP可以将太阳能转化为电能，是一种高效清洁能的发电方式，近年来成为全球各国关注的重点。CSP是一种重要的清洁的可再生能源技术，能够从根本上改变我国以化石燃料为主的能源消费结构，加速实现我国碳达峰、碳中和目标。CSP技术大量使用了熔盐进行传热和蓄热，而熔盐在高温下具有一定的腐蚀性，与高温熔盐接触的容器和管道等设备在长期服役的过程中，会受到熔盐的腐蚀，造成熔盐泄漏的风险。因此，研究结构材料的耐蚀性，评估材料的腐蚀速率和机理，可为CSP电站中与高温熔盐接触材料的设计、选材、维护、维修以及更换等方面提供理论依据和科学指导。
基于实验室中测量的高温熔盐的腐蚀速率和寿命分析，是最重要也是最基础的研究方式。
然而，材料在高温熔盐环境中长达几千小时的长时间动态腐蚀试验结果报道极少，同时实验室实验条件难以模拟真实工况，缺少动态高温熔盐腐蚀特种设备是原因之一，因此，需要具有长时间在高温工况稳定工作的、可以模拟熔盐在管道真实流动速度的特种实验装备，用以进行长时间动态高温熔盐腐蚀试验模拟真实工况。
CN201921842971.5中公开了一种高温熔盐动态腐蚀试验装置，该专利包括存储高温熔盐的加热炉、用于搅动高温熔盐的搅拌系统、用于挂设样品的样品挂钩。该装置与本装置相比，具有如下技术问题：1、由于该装置的样品挂设在样品勾上，不能跟随搅拌系统一起运动，因此难以准确控制熔盐在样品表面的冲刷速度；2、该装置不具有抽真空与充气的功能，因此不能进行腐蚀气氛的控制；3、由于缺少插入液态熔盐中的热电偶，因此熔盐的温度不能准确控制；4、该装置缺少类似本装置用于控制大长径比转动杆的稳定装置，并且该装置缺少搅拌轴的冷却系统，因此该装置的长时间工作稳定性将面临极大挑战。
CN202022835344.8中公开了高温熔盐工况模拟试验系统，该装置包括环境试验箱、熔盐储罐。该装置与本装置相比，具有如下技术问题：该装置缺少熔盐流速的控制系统，因此不能进行熔盐在流动状态下的腐蚀模拟，不能模拟真实熔盐动态腐蚀工况条件。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术高温熔盐模拟腐蚀试验设备中存在的问题，提供了一种动态高温熔盐腐蚀的试验设备及实验方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种动态高温熔盐腐蚀的试验设备，包括釜体，釜体的下部外侧装有炉体，炉体内壁设置有热电偶，热电偶与设置在炉体的温控仪连接，所述釜体的上部外侧设有下冷却套，釜体的顶部设有连接法兰，釜体内还设有搅拌轴，搅拌轴的下端连接有挂片夹，挂片夹用于固定试样，搅拌轴的上端伸出连接法兰后连接有直流电机，所述连接法兰上还连接有进气阀、排气阀、测温装置、进料口。
进一步地，靠近所述连接法兰处的搅拌轴外侧装有稳定装置，稳定装置包括与连接法兰固定的第一空心圆柱，第一空心圆柱的下端连接有第二空心圆柱，且第一空心圆柱与第二空心圆柱连接处内侧装有稳定轴承，稳定轴承的内圈与搅拌轴连接。
进一步地，连接法兰顶部装有上冷却套，搅拌轴穿设在上冷却套内。
进一步地，上冷却套的顶部可拆卸装有磁力耦合器，磁力耦合器的顶部可拆卸装有直流电机。
进一步地，测温装置包括安装在连接法兰上的测温保护管，测温保护管的下端延伸至釜体的下部，测温保护管内用于安装高精度热电偶。
进一步地，下冷却套的下部设有下进水口，下冷却套的上部设有下出水口。
进一步地，上冷却套的下部设有上进水口，上冷却套的上部设有上出水口。
进一步地，连接法兰的两侧对称设有执手。
一种动态高温熔盐腐蚀的试验方法，具体步骤如下：
步骤1、连接好试验设备后，使带有试样的挂片夹置于釜体中并连接好该试验设备，再将配置好的熔盐沿着进料口加入釜体中，使试样完全浸没在熔盐中；
步骤2、通过排气阀进行抽真空，压力达到-0.1MPa时关闭排气阀，之后打开进气阀通入氩气，压力达到0.1MPa后，关闭进气阀；
步骤3、通过温控仪及热电偶控制炉体的温度，同时从上进水口和下进水口通入循环冷却水，调节炉体外接温控仪直至测温保护管内的高精度热电偶外接测温表测温达到目标测试温度；
步骤4、通过设置挂片夹的半径，根据角速度与线速度关系模拟转动速度，通过转速控制器控制直流电机的转动速度达到试验要求；
步骤5、对温控仪和转速控制器设置不同参数，即可进行高温熔盐环境下的腐蚀测试。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1、本发明为测试试样提供高温熔盐腐蚀环境，并配合转动组件，可进行多种形式的动态熔盐腐蚀环境，如不同气氛下慢速低温动态熔盐腐蚀试验、不同气氛下快速低温动态熔盐腐蚀试验、不同气氛下慢速高温动态熔盐腐蚀试验、不同气氛下快速高温动态熔盐腐蚀试验。
2、本发明通过水冷套装结构对转动装置进行冷却，确保其长时工作稳定性。同时对蒸发的盐进行冷却回流，确保釜体内部熔盐成分的稳定。
3、本发明通过设置稳定装置，添加轴承稳定转动轴，有效防止大长径比转动轴离心的问题，保证稳定的、且足够高的转速，从而准确得到真实工况下材料的动态腐蚀速率，研究结构材料的耐蚀性，评估材料的腐蚀速率和机理，为CSP电站中与高温熔盐接触材料的设计、选材、维护、维修以及更换等方面提供理论依据和科学指导。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明连接法兰的结构示意图。
图3为本发明稳定装置的结构示意图。
图4为本发明挂片夹的结构示意图。
图5为本发明试样的示意图。
图6为本发明实施例中动态腐蚀实验试样的质量损失曲线。
附图标记含义如下：1.直流电机；2.磁力耦合器；3.进气阀；4. 出水口；5.上冷却套；6.上进水口；7.连接法兰；8.下出水口；9. 下冷却套；10.下进水口；11.釜体；12.挂片夹；13.压力表；14.安全阀；15.稳定装置；16.稳定轴承；17.搅拌轴；18.测温保护管；19.熔盐；20.炉体；21.温控仪；22.执手；23.排气阀；24.进料口；25.测温装置；26.第一空心圆柱；27.第二空心圆柱；28.试样。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1-5所示，一种动态高温熔盐腐蚀的试验设备，包括釜体11，釜体11的下部外侧装有炉体20，炉体20内壁设置有热电偶，热电偶与设置在炉体20的温控仪21连接，釜体11的上部外侧焊接有下冷却套9，下冷却套9的下部设有下进水口10，下冷却套9的上部设有下出水口8，釜体11的顶部与连接法兰7通过螺栓连接，釜体11内还设有搅拌轴17，连接法兰7顶部通过螺纹连接冷却套5，搅拌轴17穿设在上冷却套5内，上冷却套5的下部设有上进水口6，上冷却套5的上部设有上出水口4。
搅拌轴17的下端通过螺纹连接有挂片夹12，挂片夹12的下端设有多个挂片小孔，每个挂片小孔用于固定一个试样28，搅拌轴17的上端伸出连接法兰7后连接有磁力耦合器2，磁力耦合器2的顶部通过螺栓及法兰装有直流电机1，磁力耦合器2与上冷却套5通过法兰及螺栓连接，连接法兰7的两侧对称焊接有执手22，连接法兰7上还连接有进气阀3、排气阀23、测温装置25、进料口24、安全阀管路，安全阀管路上装有安全阀14及压力表13。测温装置包括安装在连接法兰7上的测温保护管18，测温保护管18的下端延伸至釜体11的下部，测温保护管18内用于安装高精度热电偶。
靠近连接法兰7处的搅拌轴17外侧装有稳定装置15，稳定装置15包括与连接法兰7固定的第一空心圆柱26，第一空心圆柱26的顶部焊接在连接法兰7上，第一空心圆柱26的下端螺纹连接有第二空心圆柱27，且第一空心圆柱26与第二空心圆柱27连接处内侧装有稳定轴承16，稳定轴承16的内圈与搅拌轴17连接。
高温熔盐腐蚀环境中的动态腐蚀实验，熔盐为60％NaNO3+40%KNO3（质量分数）混合盐，试验温度为600℃，实验材料为GH3625高温合金，模拟实际流速为1.5m/s，具体步骤如下：
步骤1、连接好试验设备后，对试样28进行预处理，试样28的尺寸为20mm×20mm×1.3mm，六面用砂纸打磨（180,600,1500#），然后将试样28与挂片夹12连接，置于釜体11中并连接好该试验设备，再将配置好的熔盐19沿着进料口24加入釜体11中，使试样28完全浸没在熔盐19中。
步骤2、通过排气阀23进行抽真空，压力达到-0.1MPa时关闭排气阀23，之后打开进气阀3通入氩气，压力达到0.1MPa后，关闭进气阀3，设置安全阀14，保持釜体11内部气氛环境。
步骤3、通过温控仪21及热电偶控制炉体20的温度，同时从上进水口6和下进水口10通入循环冷却水，调节炉体20外接温控仪21直至测温保护管18内的高精度热电偶外接测温表测温达到目标测试温度600℃。
步骤4、通过设置挂片夹12的半径为6cm，根据角速度与线速度关系模拟流速为1.5m/s时转速为478RPM，通过转速控制器慢慢提高直流电机1的转速，直至速度稳定在478（±3）RPM。
本次高温熔盐腐蚀环境中的动态腐蚀实验持续600小时。由于加入稳定装置15，试验期间设备运行稳定，没有出现停机等意外状况。由于采用磁力耦合器2的方式进行传动，设备保压能力出色，试验期间未出现腐蚀气氛环境被污染现象。由于加入冷却套，试验期间由于高温蒸发的熔盐全部冷却回流，试样在长达600小时试验期间完全浸泡在熔盐中。
图6给出本次高温熔盐腐蚀环境中的动态腐蚀实验试样的质量损失曲线。
Claims (9)
1.一种动态高温熔盐腐蚀的试验设备，包括釜体（11），釜体（11）的下部外侧装有炉体（20），炉体（20）内壁设置有热电偶，热电偶与设置在炉体（20）的温控仪（21）连接，其特征是：所述釜体（11）的上部外侧设有下冷却套（9），釜体（11）的顶部设有连接法兰（7），釜体（11）内还设有搅拌轴（17），搅拌轴（17）的下端连接有挂片夹（12），挂片夹（12）用于固定试样（28），搅拌轴（17）的上端伸出连接法兰（7）后连接有直流电机（1），所述连接法兰（7）上还连接有进气阀（3）、排气阀（23）、测温装置（25）、进料口（24）。
2.根据权利要求1所述的一种动态高温熔盐腐蚀的试验设备，其特征是：靠近所述连接法兰（7）处的搅拌轴（17）外侧装有稳定装置（15），稳定装置（15）包括与连接法兰（7）固定的第一空心圆柱（26），第一空心圆柱（26）的下端连接有第二空心圆柱（27），且第一空心圆柱（26）与第二空心圆柱（27）连接处内侧装有稳定轴承（16），稳定轴承（16）的内圈与搅拌轴（17）连接。
3.根据权利要求2所述的一种动态高温熔盐腐蚀的试验设备，其特征是：所述连接法兰（7）顶部装有上冷却套（5），搅拌轴（17）穿设在上冷却套（5）内。
4.根据权利要求3所述的一种动态高温熔盐腐蚀的试验设备，其特征是：所述上冷却套（5）的顶部可拆卸装有磁力耦合器（2），磁力耦合器（2）的顶部可拆卸装有直流电机（1）。
5.根据权利要求4所述的一种动态高温熔盐腐蚀的试验设备，其特征是：所述测温装置包括安装在连接法兰（7）上的测温保护管（18），测温保护管（18）的下端延伸至釜体（11）的下部，测温保护管（18）内用于安装高精度热电偶。
6.根据权利要求1所述的一种动态高温熔盐腐蚀的试验设备，其特征是：所述下冷却套（9）的下部设有下进水口（10），下冷却套（9）的上部设有下出水口（8）。
7.根据权利要求4所述的一种动态高温熔盐腐蚀的试验设备，其特征是：所述上冷却套（5）的下部设有上进水口（6），上冷却套（5）的上部设有上出水口（4）。
8.根据权利要求1所述的一种动态高温熔盐腐蚀的试验设备，其特征是：所述连接法兰（7）的两侧对称设有执手（22）。
9.一种动态高温熔盐腐蚀的试验方法，其特征是，利用权利要求1-8任一所述的试验设备进行试验，具体步骤如下：
步骤1、连接好试验设备后，使带有试样（28）的挂片夹（12）置于釜体（11）中并连接好该试验设备，再将配置好的熔盐（19）沿着进料口（24）加入釜体（11）中，使试样（28）完全浸没在熔盐（19）中；
步骤2、通过排气阀（23）进行抽真空，压力达到-0.1MPa时关闭排气阀（23），之后打开进气阀（3）通入氩气，压力达到0.1MPa后，关闭进气阀（3）；
步骤3、通过温控仪（21）及热电偶控制炉体（20）的温度，同时从上进水口（6）和下进水口（10）通入循环冷却水，调节炉体（20）外接温控仪（21）直至测温保护管（18）内的高精度热电偶外接测温表测温达到目标测试温度；
步骤4、通过设置挂片夹（12）的半径，根据角速度与线速度关系模拟转动速度，通过转速控制器控制直流电机（1）的转动速度达到试验要求；
步骤5、对温控仪（21）和转速控制器设置不同参数，即可进行高温熔盐环境下的腐蚀测试。
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| CN117250144B (zh) * | 2023-09-19 | 2024-04-16 | 南京工业大学 | 气氛可控的高温熔盐腐蚀-热-机械疲劳试验装置及方法 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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