[發明專利]一種動態高溫高壓氧化實驗裝置

有效

• 申請號: 201310529916.1
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103543096A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 魯金濤;楊珍;谷月峰;趙新寶;嚴靖博;尹宏飛;黨瑩櫻
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

技術領域

本發明涉及一種材料氧化試驗裝置，具體涉及一種動態高溫高壓蒸汽氧化試驗裝置。

技術背景

水蒸汽氧化是一種特殊的腐蝕形式，腐蝕程度與蒸汽介質的參數（溫度和壓力）有直接的關系，尤其是電站鍋爐過熱器、再熱器、蒸汽管道等部件在運行過程中往往發生內壁嚴重氧化，脫落等現象。氧化皮剝離的損壞有兩種形式。第一，在機組啟動和停爐過程中，氧化物的剝落率最高。在立式過熱器和再熱器中，脫落物經常完全堵住底部的彎頭，特別是曲率較大的彎曲部位。通常情況下，這種堵塞，在機組投運時，可能不會被清理掉的，以致在機組升負荷時，產生短時過熱而損壞。其次，氧化物剝離引起的最常見的問題是造成汽輪機固體顆粒磨損而引起嚴重損壞。通常發生腐蝕的部位包括汽輪機汽門桿、一級噴嘴單元和中壓汽輪機隔板。因此，為研究和解決水蒸汽氧化問題，國內外的科研工作者開展了大量的實驗室試驗和分析工作。但是，能夠有效模擬鍋爐運行條件的實驗室測試設備還很有限，而考慮到電廠發電效率問題，又很難在電廠開展實測實驗。

截至目前，國內外很多科研院所都開發了蒸汽氧化測試裝置。例如，廣東電網公司電力科學研究院提出的《金屬材料高溫水蒸汽氧化實驗裝置》（CN10162661B），通過蒸汽發生器產生蒸汽，依靠水不斷汽化膨脹產生的壓力推動蒸汽流動。這些工作對于試驗研究帶來不少幫助，但是不具備高壓條件，試驗工藝無法模擬實際工況。專利《高溫蒸汽氧化試驗裝置》（CN101118211B），將去離子水經除氧由計量泵傳輸，經預熱爐加熱成為高溫蒸汽，由于密封結構設計導致系統壓力不高（25MPa），也無法模擬實際工況。專利《一種超臨界水蒸汽氧化試驗裝置》的運行參數也不超過620℃。專利《一種在超臨界水中進行長時間氧化腐蝕實驗的方法和設備》設計了一種能夠對不銹鋼、鎳基合金進行室溫-700℃、常壓-35MPa、上千小時的超臨界水氧化實驗，但是該發明只能實現靜態浸泡腐蝕實驗，無法模擬高溫高壓動態腐蝕的實驗的需求。國外只有個別實驗室建立可以實現超（超）臨界蒸汽條件的試驗設備，例如：美國NETL實驗室的蒸汽氧化裝置，日本Nippon?Steel公司的高溫蒸汽氧化平臺等，但其實驗參數遠低于下一代電站技術所要求的工況（750℃，35MPa）。

發明內容

本發明的目的在于，克服上述現有技術的缺陷，提供一種能夠在實驗室條件下，簡單有效的實現測試材料在動態環境、高溫高壓蒸汽條件下氧化行為的動態高溫高壓蒸汽氧化試驗裝置。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：包括超純水制備系統以及與超純水制備系統相連通的高壓計量泵，高壓計量泵上安裝有依次穿過預熱爐和釜體加熱爐的管道，該管道的出口與設置在釜體加熱爐內的用于放置待測部件的高壓反應釜相連通，且在高壓反應釜上設置有用于控制釜體加熱爐溫度的控溫熱電偶，高壓反應釜的出口經管路與設置在制冷腔內的背壓閥相連通，且在制冷腔上還連接有冷凝器。

所述的超純水制備系統包括設置有離子交換樹脂的超純水機與超純水機相連通的帶有放水閥的上水箱；所述上水箱通過管路與高壓計量泵相連接。

所述的背壓閥的出口管路上設置有帶有下水箱閥門的下水箱；所述下水箱通過水泵與超純水機相連通。

所述的高壓計量泵與預熱爐之間的管路上設置有用于緩沖壓力波動的阻尼器。

所述的預熱爐、釜體加熱爐上分別設置有預熱爐控溫熱電偶、釜體測溫熱電偶。

所述的預熱爐內的管路采用螺旋管結構。

所述的管道的出口從高壓反應釜底部進入，入口管道底部為能夠使管道出口流體沿高壓反應釜筒體壁旋轉流動，并使高壓反應釜筒體內部蒸汽自動旋轉的彎曲結構，且在高壓反應釜底部還開設有快開閥門。

所述的高壓反應釜與背壓閥之間的管路上設置有壓力控制組件；

所述的壓力控制組件包括設置在上游管路上的壓力傳感器以及設置在下游管路上配套工作的壓力表和減壓閥。

所述的釜體加熱爐包括爐體和設置在爐體內壁上圍繞著高壓反應釜的的若干個加熱棒，且預熱爐和釜體加熱爐均采用硅酸鋁填充材料的保溫隔熱層。

所述的制冷腔內設置有用于測量溫度的測溫器。

本發明通過預熱爐將超純水轉化為蒸汽，然后由釜體加熱爐對蒸汽再次加熱實現分級加熱，從而達到氧化實驗所需的溫度，通過高壓計量泵和背壓閥配合使達到氧化實驗所需的壓力，且能達到800℃、40MPa。通過在高壓反應釜內設置控溫熱電偶來實時的控制反應釜內的溫度。通過在高壓反應釜后設置制冷腔和冷凝器，提高蒸汽的冷凝速率，增加系統的穩定性和安全性。