[發(fā)明專利]一種超臨界二氧化碳腐蝕實驗裝置

有效

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• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN106896054B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設計）人: 周永莉;李衛(wèi)東;魯金濤;袁勇;趙新寶;黨瑩櫻;楊珍;黃錦陽;尹宏飛;嚴靖博
• 申請（專利權）人: 華能國際電力股份有限公司;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: 安彥彥

一種超臨界二氧化碳腐蝕實驗裝置，包括二氧化碳氣源、預熱爐和腐蝕反應釜，二氧化碳氣源的出口經增壓泵與預熱爐入口相連通，預熱爐出口與用于放置試樣的腐蝕反應釜相連通，腐蝕反應釜的出口連接有冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明通過設置二氧化碳氣源、增壓泵、腐蝕反應釜以及冷卻系統(tǒng)，將二氧化碳氣源經過增壓泵增壓后進入腐蝕反應釜，通過在腐蝕反應釜后設置冷凝系統(tǒng)，提高氣體的冷凝速率，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。本裝置結構簡單，能夠在實驗室條件下，簡單有效的實現(xiàn)測試材料在高溫超臨界二氧化碳(S?CO₂)條件下腐蝕行為。

技術領域

本發(fā)明涉及一種材料腐蝕實驗裝置，具體涉及一種超臨界二氧化碳腐蝕實驗裝置。

背景技術

超臨界二氧化碳(S-CO₂)布雷頓循環(huán)以處于超臨界狀態(tài)的二氧化碳(臨界壓力7.38MPa，臨界溫度30.98℃)為工質，采用布雷頓循環(huán)原理實現(xiàn)能量轉換。相比當前大規(guī)模使用的蒸汽動力循環(huán)，S-CO₂布雷頓循環(huán)高溫(一般高于400℃)下的能量轉換效率更高，且渦輪系統(tǒng)和冷卻設備的體積僅相當于蒸汽系統(tǒng)對應設備體積的十分之一；相比于常規(guī)氣體布雷頓循環(huán)，其壓縮過程參數(shù)位于工質臨界點附近的特點使得壓縮功耗顯著降低，循環(huán)效率明顯提高。超臨界二氧化碳(S-CO₂)布雷頓循環(huán)因其自身的技術優(yōu)勢在新型燃機、第四代核電、火電以及太陽能發(fā)電機組中具有潛在的應用。相對于系統(tǒng)設計，S-CO₂布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中關鍵部件，如渦輪、熱交換器、管道等，合金腐蝕行為將是決定系統(tǒng)安全和部件壽命的重要因素之一。

一般認為，較低溫度下(400℃)干燥的、純S-CO₂流體是穩(wěn)定的，與接觸的金屬部件(壓力容器、管道、動力部件等)發(fā)生反應的速率極低。而在CO₂捕捉和存儲、CO₂運輸、超臨界CO₂布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中，摻雜水蒸氣、含硫氣體(1mg/L量級)、空氣等是不可避免的，也是導致腐蝕現(xiàn)象產生的原因。在更高的溫度下，如超臨界CO₂布雷頓循環(huán)火電機組中CO₂的溫度和壓力可達到650℃/25MPa或更高，即便以超純的CO₂作為流動介質，系統(tǒng)中的關鍵部件仍會出現(xiàn)一定的腐蝕現(xiàn)象。腐蝕程度與合金材質、溫度和壓力等環(huán)境參數(shù)有密切的關系。

因此，將超臨界二氧化碳(S-CO₂)布雷頓循環(huán)應用到發(fā)電機組時，很有必要對合金的超臨界二氧化碳腐蝕行為進行考察，對合金在服役環(huán)境中的腐蝕機制進行剖析。但是考慮到電廠發(fā)電效率問題，很難在電廠開展實測實驗，因此，有必要開發(fā)一種能夠有效模擬鍋爐運行條件的實驗室測試設備。目前有關合金在S-CO₂環(huán)境中的腐蝕行為研究報道相對較少，所用腐蝕實驗裝置不具備高壓條件，其實驗參數(shù)遠低于超臨界二氧化碳循環(huán)火力發(fā)電系統(tǒng)目標參數(shù)(750℃，30MPa)，且無法模擬高溫高壓動態(tài)腐蝕的實驗需求。因此，考慮到合金耐超臨界二氧化碳腐蝕性對研發(fā)超臨界二氧化碳(S-CO₂)布雷頓循環(huán)發(fā)電機組的重要性，設計一種有效模擬鍋爐運行條件的超臨界二氧化碳高溫高壓耐蝕性實驗室測試設備迫在眉睫，解決超臨界二氧化碳腐蝕問題，為高參數(shù)超臨界二氧化碳發(fā)電技術提供理論基礎和新思路。

發(fā)明內容

為克服現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于，針對超臨界二氧化碳(S-CO₂)布雷頓循環(huán)，提供一種能夠在實驗室條件下，簡單有效的實現(xiàn)測試材料在高溫高壓超臨界二氧化碳(S-CO₂)條件下腐蝕行為的動態(tài)循環(huán)超臨界二氧化碳腐蝕實驗裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為：

一種超臨界二氧化碳腐蝕實驗裝置，包括二氧化碳氣源、預熱爐和用于放置試樣的腐蝕反應釜，二氧化碳氣源的出口經增壓泵、定量注入容器與預熱爐入口相連通，預熱爐出口與腐蝕反應釜入口相連通，腐蝕反應釜的出口連接有冷卻系統(tǒng)；所述預熱爐上安裝有用于控制預熱爐溫度的控溫熱電偶。