CN204694609U - 一种管道耐腐蚀特性试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种管道耐腐蚀特性试验系统，该系统由冷水集箱、热水集箱、三通调节阀、温度测控装置、待测换热管等组成。与现有技术相比，本实用新型具有测试效率高、壁面温度可控性好、多种型号和批次同时检测的特点，可大大节约测试的时间及人力成本，经济性大大提高；采用可适应不同的现场热源工况；可根据现场热源温度、压力的差异性以及工况参数的稳定性，通过设置缓冲水箱实现试验系统热源温度及压力的相对稳定；采用实时控制及反馈系统，确保在外界干扰情况下的实时调整，提高了系统的抗干扰能力；实现了相同烟气温度下，不同壁温、不同金属材质在某特定烟气条件下的腐蚀情况，具有简单、方便、多工况等特点。

Description

一种管道耐腐蚀特性试验系统

技术领域

本实用新型涉及工业余热回收换热器用管道的特性测试领域，具体地，涉及一种管道耐腐蚀特性试验系统。

背景技术

节能技术的是当前我国产业结构调整中的重要一环，现已成为国家能源政策中的一项基本国策，具有重要的现实意义。余热锅炉尾部烟道内的低温烟气余热回收是当前节能技术中的重要发展方向，具有广阔的市场前景。

低温烟气余热回收主要是通过热交换方法实现能量的回收，目前大量采用的换热器材质为碳钢、ND钢、304不锈钢、316不锈钢等，由于材质在价格上存在较大差异，片面追求材料的耐腐蚀性会导致改造项目投资大，回收周期长，不利于项目的开展，但如果均采用价格便宜的材质，则会直接面临烟气腐蚀的问题，该腐蚀过程可能引起换热管道的“跑、冒、滴、漏”，严重时直接引起管道破损，功能失效，甚至破坏其它设备，造成严重的经济损失，综合考虑改造项目的经济性和安全性，不难看出，低温烟气对换热管道的腐蚀问题是决定低温烟气余热的节能改造项目成功与否的关键，而目前相关管材耐腐蚀试验参数非常欠缺。

现有技术中，申请号为201310472773.5的中国专利申请中公开了一种气体腐蚀特性测试装置，该装置能研究高温下气体腐蚀特性以及气体化学组成、温度、气体的流速等多因素的综合作用，特别是高温下气体协同腐蚀作用。但是，该装置无法控制挂片材料的壁面温度，且材料温度随气体温度而变化。申请号为201310436963.1的中国专利申请中公开了一种锅炉高温腐蚀特性测量方法和系统，该方法采用燃烧数值模型，得到各种负荷下锅炉的腐蚀特性参数，该方法仅限于采用数值计算方法用于预测腐蚀特性参数，无法获得低温烟气环境下金属材料的耐腐蚀特性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种管道耐腐蚀特性试验系统。

根据本实用新型提供的一种管道耐腐蚀特性试验系统，用于测试管材在余热锅炉尾部烟道内的耐腐蚀特性，包括：冷水集箱、热水集箱、三通调节阀、温度测控装置、待测换热管；

所述冷水集箱的冷水出口连接至三通调节阀的第一进水口，所述热水集箱的热水出口连接至所述三通调节阀的第二进水口，所述三通调节阀的出水口连接至所述待测换热管，所述温度测控装置安装与所述三通调节阀的出水口，所述待测换热管设置于余热锅炉尾部烟道内；

所述温度测控装置用于根据探测获得的所述三通调节阀的出水口水温控制所述第一进水口和/或第二进水口的阀门开度，使所述三通调节阀的出水口水温为预设温度；

进入所述待测换热管内的水流通过该待测换热管与余热锅炉尾部烟道内的烟气实现热交换，所述待测换热管被所述烟气腐蚀。

作为一种优化方案，所述待测换热管为至少一种金属管材首尾依次焊接的直管道。

作为一种优化方案，还包括出水集箱和水回收罐，所述待测换热管的出水口连接至所述出水集箱的进水口，所述出水集箱的出水口连接至所述水回收罐。

作为一种优化方案，所述三通调节阀为4个，所述温度测控装置为4个，所述待测换热管为4个；

每个所述三通调节阀的出水口分别对应连接至1个所述待测换热管，每个所述三通调节阀的出水口安装有一个所述温度测控装置；

所述4个三通调节阀的出水口的所述预设水温不同。

作为一种优化方案，还包括缓冲水箱，所述缓冲水箱的入口包括第一热水入口和第二热水入口，所述第一热水入口外接锅炉除氧器出水管，所述第二热水入口外接预热器出水管，所述缓冲水箱的出水口连接至所述热水集箱的进水口；

所述锅炉除氧器出水管和/或预热器出水管中的水流入所述缓冲水箱混合缓冲后通过所述缓冲水箱的出水口流入所述热水集箱中。

作为一种优化方案，所述第一热水入口设有第一截止阀；所述第二热水入口设有浮球阀，该浮球阀的浮子浮于所述缓冲水箱的水面上。

作为一种优化方案，所述缓冲水箱内设有双金属温度计，该双金属温度计用于检测所述缓冲水箱的水温；

所述缓冲水箱顶部还设有排气管和溢流口。

作为一种优化方案，所述缓冲水箱的出水口通过一热源水泵与所述热水集箱相连，所述热源水泵用于将所述缓冲水箱中的水抽至所述热水集箱中；

所述缓冲水箱的出水口还设有第二截止阀。

作为一种优化方案，所述温度测控装置包括热电阻和DCS控制系统；所述热电阻设于所述三通调节阀的出水口的水流中；

所述热电阻实时将所述三通调节阀的出水口水温的监测数据传输至所述DCS控制系统，所述DCS控制系统将该三通调节阀的出水口水温与所述预设温度比较后对所述第一进水口和/或第二进水口的阀门开度进行所述控制。

作为一种优化方案，所述冷水集箱通过冷源水泵外接冷水罐的出水口，所述冷水罐的出水口设有第三截止阀。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1. 具有测试效率高、壁面温度可控性好、多种型号和批次同时检测的特点，可大大节约测试的时间及人力成本，经济性大大提高；

2. 采用可适应不同的现场热源工况，不需要在实验室模拟现场条件，且保证原系统的安全运行；

3. 可根据现场热源温度、压力的差异性以及工况参数的稳定性，通过设置缓冲水箱实现试验系统热源温度及压力的相对稳定，保证系统的整体可控性和试验准确性；

4. 采用实时控制及反馈系统，确保在外界干扰情况下的实时调整，提高了系统的抗干扰能力；

5. 实现了相同烟气温度下，不同壁温、不同金属材质在某特定烟气条件下的腐蚀情况，具有简单、方便、多工况等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是一种管道耐腐蚀特性试验系统结构原理示意图；

图2是试验曲线图；

其中，1为缓冲水箱，2为浮球阀，3为第一截止阀，4为排气管，5为溢流口，6为双金属温度计，7为缓冲水箱的出水口，8为第二截止阀，9为热源水泵，10为第三截止阀，11为冷源水泵，12为冷水集箱，13为热水集箱，14为三通调节阀，15为温度测控装置，16为待测换热管，17为测试段，18为出水集箱，19为温度测控装置的控制回路。

具体实施方式

下文结合附图以具体实施例的方式对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，还可以使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本实用新型的范围和实质。

本实用新型的目的在于提供一种可用于研究现场低温烟气环境下金属材料的耐腐蚀特性的试验系统和方法，以解决现有技术中无法在线测量不同烟气及金属材料温度可控条件下的耐腐蚀特性问题，同时也可以作为试验室研究测试平台使用，具有很好的通用性。

一种移动式低温耐腐蚀特性的试验系统，该系统基于管材水侧换热系数远远大于烟气侧换热系数的事实，在烟气-水换热过程中，金属壁面的温度接近水侧流体温度，通过调整和控制管内水温实现对管外壁温度的控制。

在本实用新型提供的用于测试管材在余热锅炉尾部烟道内的耐腐蚀特性的一种管道耐腐蚀特性试验系统的实施例中，如图1所示，包括：冷水集箱12、热水集箱13、三通调节阀14、温度测控装置15、待测换热管16；

所述冷水集箱12的冷水出口连接至三通调节阀14的第一进水口，所述热水集箱13的热水出口连接至所述三通调节阀14的第二进水口，所述三通调节阀14的出水口连接至所述待测换热管16，所述温度测控装置15安装与所述三通调节阀14的出水口，所述待测换热管16设置于余热锅炉尾部烟道内；

所述温度测控装置15用于根据探测获得的所述三通调节阀14的出水口水温控制所述第一进水口和/或第二进水口的阀门开度，使所述三通调节阀14的出水口水温为预设温度；

进入所述待测换热管16内的水流通过该待测换热管16与余热锅炉尾部烟道内的烟气实现热交换，所述待测换热管16被所述烟气腐蚀。

三通调节阀14采用两进一出的合流结构，两路进口分别连接冷、热端水源，经阀门调节后，冷热水混合成相应的温度值，经由出水口进入对应安装的待测换热管，并在出水口处设置热电阻15，实时监测三通调节阀14出水口的混合水温，以实时做出相应调整使其维持在预设水温。

作为一种实施例，所述待测换热管16为至少一种金属管材首尾依次焊接的直管道。

针对不同的被测管材，通过焊接的形式拼接成一根直的换热管，形成可拆卸的试验用待测换热管16，其两端以法兰与系统测试段17连接，拼接后的待测换热管16总长度与测试段17的预留长度保持一致，同时确保其内、外径大小与试验系统的其他管径基本一致，防止发生明显的流动状态变化，引起试验误差，测试段17的待测换热管16整体插入现场窑炉尾部烟道的烟气系统中，该烟气够满足200摄氏度以下的低温烟气环境的试验要求。

作为一种实施例，还包括出水集箱18和水回收罐，所述待测换热管16的出水口连接至所述出水集箱18的进水口，所述出水集箱18的出水口连接至所述水回收罐。

进入三通调节阀14的各独立通道经待测换热管16后，进入出水集箱18，并最终排放到所述水回收罐中，使水资源得到合理回收。

作为一种实施例，所述三通调节阀14为4个，所述温度测控装置15为4个，所述待测换热管16为4个；

每个所述三通调节阀14的出水口分别对应连接至1个所述待测换热管16，每个所述三通调节阀14的出水口安装有一个所述温度测控装置15；

所述4个三通调节阀14的出水口的所述预设水温不同。

每个三通调节阀14都与一个温度测控装置15、一个待测换热管16对应。

作为一种实施例，还包括缓冲水箱1，所述缓冲水箱1的入口包括第一热水入口和第二热水入口，所述第一热水入口外接锅炉除氧器出水管，所述第二热水入口外接预热器出水管，所述缓冲水箱1的出水口7连接至所述热水集箱13的进水口；

所述锅炉除氧器出水管和/或预热器出水管中的水流入所述缓冲水箱1混合缓冲后通过所述缓冲水箱1的出水口7流入所述热水集箱13中。

针对实际现场中热源参数不匹配的问题，本实施例采用了缓冲水箱1来进行热源水温调节，对于略高于100℃的热水，可直接通过缓冲水箱1实现降压降温的功能，保证试验装置的稳定运行；对于远高于100℃的热水，可通过掺混部分温水或冷水，以减少过多的闪蒸蒸汽损失，节约能源资源和水资源。

作为一种实施例，所述第一热水入口设有第一截止阀3；所述第二热水入口设有浮球阀2，该浮球阀2的浮子浮于所述缓冲水箱1的水面上。

作为一种实施例，所述缓冲水箱1内设有双金属温度计6，该双金属温度计6用于检测所述缓冲水箱1的水温；所述缓冲水箱1顶部还设有排气管4和溢流口5。

为了确保热源的稳定，除了第一热水入口、第二热水入口、出水口外，另在其顶部设置排气管4及溢流口5，热源管路其中一路热源采用浮球阀2控制，确保在负荷变化时能保证系统水量匹配，不会导致下游水泵因缺水而损坏，保证系统的安全运行。

作为一种实施例，所述缓冲水箱1的出水口7通过一热源水泵9与所述热水集箱13相连，所述热源水泵9用于将所述缓冲水箱1中的水抽至所述热水集箱13中；

所述缓冲水箱1的出水口7还设有第二截止阀8。

高温热水（>100℃）来自锅炉除氧器出水管，如除氧器采用滑压运行，则热水的压力随锅炉负荷的波动而发生变化，可在引入缓冲水箱时调节截止阀3到合适开度，以确保除氧器在低负荷时缓冲水箱水温92℃，另一路由预热器出水管引入的水温通常在50~95℃范围内波动，故采用浮球阀2进行流量控制，同时保护下游水泵安全。除此之外，为了保证缓冲水箱安全稳定运行，设置排气管4、溢流口5及双金属温度计6，热水则经由出水口7排出。

作为一种实施例，所述温度测控装置15包括热电阻和DCS控制系统；所述热电阻设于所述三通调节阀14的出水口的水流中；

所述热电阻实时将所述三通调节阀14的出水口水温的监测数据传输至所述DCS控制系统，所述DCS控制系统将该三通调节阀14的出水口水温与所述预设温度比较后对所述第一进水口和/或第二进水口的阀门开度进行所述控制。

本实施例采用三通调节阀14来调节冷、热水的流量比例，进而控制混合后水温在设定值，混合后的水温通过热电阻来测量并作为DCS控制系统的输入信号，与设定值进行比较，输出执行信号来调节三通调节阀14的开度。所述温度测控装置15的控制回路19将热电阻15的测试结果反馈给DCS控制器，并经过PID运算分析后，输出信号传送到三通阀14进行调整，通过阀门开度的变化，实现混合水温的变化，达到实时控制的目的。同时实时保存三通调节阀开度大小和混合后水温值大小，保存间隔时间可调。

根据不同的试验温度要求，选取合适的温度值，设置不同的温度控制试验通道，并将各个试验通道合理组合在一起，形成试验测试系统，并通过法兰连接，简化不同材质试验管材的更换和维护。

作为一种实施例，所述冷水集箱12通过冷源水泵11外接冷水罐的出水口，所述冷水罐的出水口设有第三截止阀10。

本实用新型的设有多个三通调节阀14的实施例中，可以对不同的三通调节阀14设置不同的预设水温，从而对同样的待测换热管16实现多种水温下的腐蚀特性研究。而对所述待测换热管16也可以采用若干种管材焊接而成，实现在同样的壁温、同样烟气环境下的腐蚀特性比较分析试验。附图2为试验系统在现场24h的实际运行试验结果，纵坐标为四处三通调节阀14的出水口水温。不难看出，本测试系统具有良好的壁温可控性能，运行结果验证了该系统的可靠性。

基于上述试验系统，一种移动式低温耐腐蚀特性的试验方法，包括以下步骤：

1.  按照试验温度的要求，可设置不同的温度控制试验通道，并将各个试验通道合理组合在一起，形成试验测试系统；

2.  可同时测试不同金属材料的耐腐蚀特性，通过焊接的形式拼接成一根直的换热管，两端以法兰连接，拼接后的管材总长度与测试框架的预留长度保持一致，同时确保其内、外径大小与流通管道基本一致，防止发生明显的流动状态变化，引起试验误差；

3.  采用缓冲水箱来进行调节进水温度和压力，对于略高于100℃的热水，可直接通过缓冲水箱实现降压降温的功能，保证试验装置的稳定运行；对于远高于100℃的热水，可通过掺混部分温水或冷水，以减少过多的闪蒸蒸汽损失，节约能源资源和水资源；

4.  设置三通调节阀调节冷、热水的流量比例，进而控制混合后水温在设定值，混合后的水温通过热电阻来测量并作为DCS控制系统的输入信号，与设定水温进行比较，输出执行信号来调节三通调节阀的开度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种管道耐腐蚀特性试验系统，用于测试管材在余热锅炉尾部烟道内的耐腐蚀特性，其特征在于，包括：冷水集箱、热水集箱、三通调节阀、温度测控装置、待测换热管；

所述冷水集箱的冷水出口连接至三通调节阀的第一进水口，所述热水集箱的热水出口连接至所述三通调节阀的第二进水口，所述三通调节阀的出水口连接至所述待测换热管，所述温度测控装置安装与所述三通调节阀的出水口，所述待测换热管设置于余热锅炉尾部烟道内；

所述温度测控装置用于根据探测获得的所述三通调节阀的出水口水温控制所述第一进水口和/或第二进水口的阀门开度，使所述三通调节阀的出水口水温为预设温度；

进入所述待测换热管内的水流通过该待测换热管与余热锅炉尾部烟道内的烟气实现热交换，所述待测换热管被所述烟气腐蚀。

2.根据权利要求1所述的一种管道耐腐蚀特性试验系统，其特征在于，所述待测换热管为至少一种金属管材首尾依次焊接的直管道。

3.根据权利要求1或2所述的一种管道耐腐蚀特性试验系统，其特征在于，还包括出水集箱和水回收罐，所述待测换热管的出水口连接至所述出水集箱的进水口，所述出水集箱的出水口连接至所述水回收罐。

4.根据权利要求1所述的一种管道耐腐蚀特性试验系统，其特征在于，所述三通调节阀为4个，所述温度测控装置为4个，所述待测换热管为4个；

每个所述三通调节阀的出水口分别对应连接至1个所述待测换热管，每个所述三通调节阀的出水口安装有一个所述温度测控装置；

所述4个三通调节阀的出水口的所述预设水温不同。

5.根据权利要求1所述的一种管道耐腐蚀特性试验系统，其特征在于，还包括缓冲水箱，所述缓冲水箱的入口包括第一热水入口和第二热水入口，所述第一热水入口外接锅炉除氧器出水管，所述第二热水入口外接预热器出水管，所述缓冲水箱的出水口连接至所述热水集箱的进水口；

所述锅炉除氧器出水管和/或预热器出水管中的水流入所述缓冲水箱混合缓冲后通过所述缓冲水箱的出水口流入所述热水集箱中。

6.根据权利要求5所述的一种管道耐腐蚀特性试验系统，其特征在于，所述第一热水入口设有第一截止阀；所述第二热水入口设有浮球阀，该浮球阀的浮子浮于所述缓冲水箱的水面上。

7.根据权利要求5所述的一种管道耐腐蚀特性试验系统，其特征在于，所述缓冲水箱内设有双金属温度计，该双金属温度计用于检测所述缓冲水箱的水温；

所述缓冲水箱顶部还设有排气管和溢流口。

8.根据权利要求5所述的一种管道耐腐蚀特性试验系统，其特征在于，所述缓冲水箱的出水口通过一热源水泵与所述热水集箱相连，所述热源水泵用于将所述缓冲水箱中的水抽至所述热水集箱中；

所述缓冲水箱的出水口还设有第二截止阀。

9.根据权利要求1所述的一种管道耐腐蚀特性试验系统，其特征在于，所述温度测控装置包括热电阻和DCS控制系统；所述热电阻设于所述三通调节阀的出水口的水流中；

所述热电阻实时将所述三通调节阀的出水口水温的监测数据传输至所述DCS控制系统，所述DCS控制系统将该三通调节阀的出水口水温与所述预设温度比较后对所述第一进水口和/或第二进水口的阀门开度进行所述控制。

10.根据权利要求1所述的一种管道耐腐蚀特性试验系统，其特征在于，所述冷水集箱通过冷源水泵外接冷水罐的出水口，所述冷水罐的出水口设有第三截止阀。