CN203606261U - 一种动态高温高压氧化实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种材料氧化实验装置，具体涉及一种动态高温高压蒸汽氧化试验装置。包括：通过管路顺次连接的超纯水制备系统、高压计量泵和用于产生蒸汽的预热炉，所述预热炉通过管路与高温高压反应器相连接；所述高温高压反应器包括用于再次加热的釜体加热炉和设置于釜体加热炉内腔中用于对试样进行实验的高压反应釜；出高温高压反应器的管路上设置有背压阀和制冷腔；所述背压阀设置于制冷腔内；所述制冷腔上连接有冷凝器；所述高压反应釜设置用控制温度的控温热电偶。能够在实验室条件下，实现对材料的高温高压蒸汽氧化动态试验，且可达到800℃、40MPa的环境。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种材料氧化试验装置，具体涉及一种动态高温高压蒸汽氧化试验装置。
技术背景
水蒸汽氧化是一种特殊的腐蚀形式，腐蚀程度与蒸汽介质的参数（温度和压力）有直接的关系，尤其是电站锅炉过热器、再热器、蒸汽管道等部件在运行过程中往往发生内壁严重氧化，脱落等现象。氧化皮剥离的损坏有两种形式。第一，在机组启动和停炉过程中，氧化物的剥落率最高。在立式过热器和再热器中，脱落物经常完全堵住底部的弯头，特别是曲率较大的弯曲部位。通常情况下，这种堵塞，在机组投运时，可能不会被清理掉的，以致在机组升负荷时，产生短时过热而损坏。其次，氧化物剥离引起的最常见的问题是造成汽轮机固体颗粒磨损而引起严重损坏。通常发生腐蚀的部位包括汽轮机汽门杆、一级喷嘴单元和中压汽轮机隔板。因此，为研究和解决水蒸汽氧化问题，国内外的科研工作者开展了大量的实验室试验和分析工作。但是，能够有效模拟锅炉运行条件的实验室测试设备还很有限，而考虑到电厂发电效率问题，又很难在电厂开展实测实验。
截至目前，国内外很多科研院所都开发了蒸汽氧化测试装置。例如，广东电网公司电力科学研究院提出的《金属材料高温水蒸汽氧化实验装置》（CN10162661B），通过蒸汽发生器产生蒸汽，依靠水不断汽化膨胀产生的压力推动蒸汽流动。这些工作对于试验研究带来不少帮助，但是不具备高压条件，试验工艺无法模拟实际工况。专利《高温蒸汽氧化试验装置》 （CN101118211B），将去离子水经除氧由计量泵传输，经预热炉加热成为高温蒸汽，由于密封结构设计导致系统压力不高（25MPa），也无法模拟实际工况。专利《一种超临界水蒸汽氧化试验装置》的运行参数也不超过620℃。专利《一种在超临界水中进行长时间氧化腐蚀实验的方法和设备》设计了一种能够对不锈钢、镍基合金进行室温-700℃、常压-35MPa、上千小时的超临界水氧化实验，但是该实用新型只能实现静态浸泡腐蚀实验，无法模拟高温高压动态腐蚀的实验的需求。国外只有个别实验室建立可以实现超（超）临界蒸汽条件的试验设备，例如：美国NETL实验室的蒸汽氧化装置，日本Nippon Steel公司的高温蒸汽氧化平台等，但其实验参数远低于下一代电站技术所要求的工况（750℃，35MPa）。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，克服上述现有技术的缺陷，提供一种能够在实验室条件下，简单有效的实现测试材料在动态环境、高温高压蒸汽条件下氧化行为的动态高温高压蒸汽氧化试验装置。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：包括超纯水制备系统以及与超纯水制备系统相连通的高压计量泵，高压计量泵上安装有依次穿过预热炉和釜体加热炉的管道，该管道的出口与设置在釜体加热炉内的用于放置待测部件的高压反应釜相连通，且在高压反应釜上设置有用于控制釜体加热炉温度的控温热电偶，高压反应釜的出口经管路与设置在制冷腔内的背压阀相连通，且在制冷腔上还连接有冷凝器。
所述的超纯水制备系统包括设置有离子交换树脂的超纯水机、与超纯水机相连通的带有放水阀的上水箱；所述上水箱通过管路与高压计量泵相连接。
所述的背压阀的出口管路上设置有带有下水箱阀门的下水箱；所述下水箱 通过水泵与超纯水机相连通。
所述的高压计量泵与预热炉之间的管路上设置有用于缓冲压力波动的阻尼器。
所述的预热炉、釜体加热炉上分别设置有预热炉控温热电偶、釜体测温热电偶。
所述的预热炉内的管路采用螺旋管结构。
所述的管道的出口从高压反应釜底部进入，入口管道底部为能够使管道出口流体沿高压反应釜筒体壁旋转流动，并使高压反应釜筒体内部蒸汽自动旋转的弯曲结构，且在高压反应釜底部还开设有快开阀门。
所述的高压反应釜与背压阀之间的管路上设置有压力控制组件；
所述的压力控制组件包括设置在上游管路上的压力传感器以及设置在下游管路上配套工作的压力表和减压阀。
所述的釜体加热炉包括炉体和设置在炉体内壁上围绕着高压反应釜的的若干个加热棒，且预热炉和釜体加热炉均采用硅酸铝填充材料的保温隔热层。
所述的制冷腔内设置有用于测量温度的测温器。
本实用新型通过预热炉将超纯水转化为蒸汽，然后由釜体加热炉对蒸汽再次加热实现分级加热，从而达到氧化实验所需的温度，通过高压计量泵和背压阀配合使达到氧化实验所需的压力，且能达到800℃、40MPa。通过在高压反应釜内设置控温热电偶来实时的控制反应釜内的温度。通过在高压反应釜后设置制冷腔和冷凝器，提高蒸汽的冷凝速率，增加系统的稳定性和安全性。
进一步的，本实用新型通过将釜体加热炉内管路由炉体底部进入高压反应釜，并将管路呈一定角度的弯曲，使蒸汽在高压反应釜内自动旋转，从而达到动态试验的效果。
进一步的，本实用新型通过形成介质流动回路，实现水资源的循环利用，能够有效节约成本。
附图说明
图1是本实用新型的装置结构示意图。
其中：1、超纯水机；2、上水箱；3、上水箱放水阀；4、高压计量泵；5、阻尼器；6、预热炉；7、控温热电偶；8、釜体加热炉；9、高压反应釜；10、加热棒；11、控温热电偶；12、阀门；13、测温热电偶；14、压力传感器；15、压力表；16、减压阀；17、制冷腔；18、背压阀；19、冷凝器；20、测温器；21、下水箱；22、水泵；23、下水箱放水阀。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
参见图1，本实用新型包括超纯水机1以及与超纯水机1相连通的带有放水阀3的上水箱2组成的超纯水制备系统，超纯水机1采用离子交换树脂净化器；使制备出的超纯水电导率>0.05μs/cm(18MΩ)；上水箱2通过管路依次与高压计量泵4、阻尼器5相连接，出阻尼器5的管路依次穿过预热炉6和釜体加热炉8，并与设置在釜体加热炉8内的用于放置待测部件的高压反应釜9相连通，且该管路采用直径6mm、壁厚1mm哈氏合金管从高压反应釜9底部进入，入口管道底部为能够使管道出口流体沿高压反应釜9筒体壁旋转流动，并使高压反应釜9筒体内部蒸汽自动旋转的弯曲结构，且在高压反应釜9底部还开设有快开阀门12，在高压反应釜9上设置有用于控制釜体加热炉温度的控温热电偶11，高压反应釜9的出口经管路与设置在制冷腔17内的背压阀18相连通，且在制冷腔17上还连接有冷凝器19，制冷腔17内设置有用于测量温度的测温器20，背压阀18的出口管路上设置有带有下水箱阀门23的下水箱21；所 述下水箱通过水泵22与超纯水机1相连通。预热炉6、釜体加热炉8上分别设置有预热炉控温热电偶7、釜体测温热电偶13，且预热炉6和釜体加热炉8均采用硅酸铝填充材料的保温隔热层。且在高压反应釜9与背压阀18之间的管路上设置有压力控制组件；所述的压力控制组件包括设置在上游管路上的压力传感器14以及设置在下游管路上配套工作的压力表15和减压阀16。
本实用新型的预热炉6内的管路采用螺旋管结构，管外径φ6mm，壁厚1.5mm。高压反应釜9采用镍基整体锻件或棒材合金，无焊接，壁厚20mm。釜体加热炉8包括炉体和设置在炉体内壁上围绕着高压反应釜9的的若干个加热棒10。
本实用新型的介质流动回路内液体流速为小于8ml/min，蒸汽流速小于50ml/min。管阀件采用哈氏合金材料加工，主要有阀门、三通、四通、压帽、压环、直通、转换接头等。
工作过程：装置运行前的准备工作包括系统排空、试样安装、系统注水（超纯水）和启动水处理、设置高压计量泵4和背压阀18几个步骤。系统排空指将系统密封后，启动高压泵将上次试验残留的水完全排出。试样安装指将片状试样固定在试样台架上并放置于高压反应器9内。系统注水是指在不升温的条件下，用较低的压力将超纯水注满整个腔体及管道。启动水处理指开启超纯水制备系统，包括超纯水机1和用于水循环的泵22。高压计量泵4设置包括压力和流量设置。
正常状态：以高压计量泵4为起点，高压超纯水在高压计量泵4的压力作用下向前流动，经阻尼器5缓冲压力波动后进入蒸汽预热炉进行加热，实现由水到气的转变，并达到指定蒸汽预热温度，约450-600℃；然后蒸汽通过管路进入釜体加热炉，由釜体加热炉8再次加热，达到实验所需温度700-800℃， 且由炉体底部进入高压反应釜9，入口管线底部适当弯曲，使管线出口流体沿筒体壁旋转流动，在高压反应釜9内部蒸汽自动旋转。出高压反应釜9的蒸汽首先通过压力控制组件，当发生超压事故时，压力传感器14和减压阀16将自动开启进行泄压，压力示数由压力表15读出。然后蒸汽由制冷组件进行冷却，将蒸汽冷凝、液化。冷凝后的超纯水通过管路进入下水箱21，然后由水泵22导入超纯水机1，从而实现水的循环利用。
实验结束时，首先关闭蒸汽预热组件、高温高压反应器，然后关闭高压计量泵4即可，高压反应釜9随炉缓慢冷却至室温，开启快开阀门取出试样。正常实验一般不需要实验人员干预，系统将自动运行。根据实验设计的流量，需定时给下水箱进行水补给。
Claims (10)
1.一种动态高温高压蒸汽氧化实验装置，其特征在于，包括超纯水制备系统以及与超纯水制备系统相连通的高压计量泵（4），高压计量泵（4）上安装有依次穿过预热炉（6）和釜体加热炉（8）的管道，该管道的出口与设置在釜体加热炉（8）内的用于放置待测部件的高压反应釜（9）相连通，且在高压反应釜（9）上设置有用于控制釜体加热炉温度的控温热电偶（11），高压反应釜（9）的出口经管路与设置在制冷腔（17）内的背压阀（18）相连通，且在制冷腔（17）上还连接有冷凝器（19）。
2.根据权利要求1所述的动态高温高压蒸汽氧化实验装置，其特征在于：所述的超纯水制备系统包括设置有离子交换树脂的超纯水机（1）、与超纯水机（1）相连通的带有放水阀（3）的上水箱（2）；所述上水箱（2）通过管路与高压计量泵（4）相连接。
3.根据权利要求2所述的动态高温高压蒸汽氧化实验装置，其特征在于：所述的背压阀（18）的出口管路上设置有带有下水箱阀门（23）的下水箱（21）；所述下水箱通过水泵（22）与超纯水机（1）相连通。
4.根据权利要求1所述的动态高温高压蒸汽氧化实验装置，其特征在于：所述的高压计量泵（4）与预热炉（6）之间的管路上设置有用于缓冲压力波动的阻尼器（5）。
5.根据权利要求1所述的动态高温高压蒸汽氧化实验装置，其特征在于：所述的预热炉（6）、釜体加热炉（8）上分别设置有预热炉控温热电偶（7）、釜体测温热电偶（13）。
6.根据权利要求1所述的动态高温高压蒸汽氧化实验装置，其特征在于：所述的预热炉（6）内的管路采用螺旋管结构。
7.根据权利要求1所述的动态高温高压蒸汽氧化实验装置，其特征在 于：所述的管道的出口从高压反应釜（9）底部进入，入口管道底部为能够使管道出口流体沿高压反应釜（9）筒体壁旋转流动，并使高压反应釜（9）筒体内部蒸汽自动旋转的弯曲结构，且在高压反应釜（9）底部还开设有快开阀门（12）。
8.根据权利要求1所述的动态高温高压蒸汽氧化实验装置，其特征在于：所述的高压反应釜（9）与背压阀（18）之间的管路上设置有压力控制组件；
所述的压力控制组件包括设置在上游管路上的压力传感器（14）以及设置在下游管路上配套工作的压力表（15）和减压阀（16）。
9.根据权利要求1所述的动态高温高压蒸汽氧化实验装置，其特征在于：所述的釜体加热炉（8）包括炉体和设置在炉体内壁上围绕着高压反应釜（9）的的若干个加热棒（10），且预热炉（6）和釜体加热炉（8）均采用硅酸铝填充材料的保温隔热层。
10.根据权利要求1所述的动态高温高压蒸汽氧化实验装置，其特征在于：所述的制冷腔（17）内设置有用于测量温度的测温器（20）。
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