[實(shí)用新型]一種超臨界二氧化碳腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720420479.3
• 申請(qǐng)日: 2017-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206684013U
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周永莉;李衛(wèi)東;魯金濤;袁勇;趙新寶;黨瑩櫻;楊珍;黃錦陽(yáng);尹宏飛;嚴(yán)靖博
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華能?chē)?guó)際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N17/00
• 分類(lèi)號(hào): G01N17/00
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 安彥彥

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種材料腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種超臨界二氧化碳腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

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(zhì)，采用布雷頓循環(huán)原理實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。相比當(dāng)前大規(guī)模使用的蒸汽動(dòng)力循環(huán)，S-CO₂布雷頓循環(huán)高溫(一般高于400℃)下的能量轉(zhuǎn)換效率更高，且渦輪系統(tǒng)和冷卻設(shè)備的體積僅相當(dāng)于蒸汽系統(tǒng)對(duì)應(yīng)設(shè)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(guò)程參數(shù)位于工質(zhì)臨界點(diǎn)附近的特點(diǎn)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(shù)優(yōu)勢(shì)在新型燃機(jī)、第四代核電、火電以及太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組中具有潛在的應(yīng)用。相對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，S-CO₂布雷頓循環(huán)系統(tǒng)中關(guān)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(rèn)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(dòng)力部件等)發(fā)生反應(yīng)的速率極低。而在CO₂捕捉和存儲(chǔ)、CO₂運(yùn)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(jí))、空氣等是不可避免的，也是導(dǎo)致腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)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(jī)組中CO₂的溫度和壓力可達(dá)到650℃/25MPa或更高，即便以超純的CO₂作為流動(dòng)介質(zhì)，系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件仍會(huì)出現(xiàn)一定的腐蝕現(xiàn)象。腐蝕程度與合金材質(zhì)、溫度和壓力等環(huán)境參數(shù)有密切的關(guān)系。

因此，將超臨界二氧化碳(S-CO₂)布雷頓循環(huán)應(yīng)用到發(fā)電機(jī)組時(shí)，很有必要對(duì)合金的超臨界二氧化碳腐蝕行為進(jìn)行考察，對(duì)合金在服役環(huán)境中的腐蝕機(jī)制進(jìn)行剖析。但是考慮到電廠(chǎng)發(fā)電效率問(wèn)題，很難在電廠(chǎng)開(kāi)展實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)，因此，有必要開(kāi)發(fā)一種能夠有效模擬鍋爐運(yùn)行條件的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備。目前有關(guān)合金在S-CO₂環(huán)境中的腐蝕行為研究報(bào)道相對(duì)較少，所用腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置不具備高壓條件，其實(shí)驗(yàn)參數(shù)遠(yuǎn)低于超臨界二氧化碳循環(huán)火力發(fā)電系統(tǒng)目標(biāo)參數(shù)(750℃，30MPa)，且無(wú)法模擬高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕的實(shí)驗(yàn)需求。因此，考慮到合金耐超臨界二氧化碳腐蝕性對(duì)研發(fā)超臨界二氧化碳(S-CO₂)布雷頓循環(huán)發(fā)電機(jī)組的重要性，設(shè)計(jì)一種有效模擬鍋爐運(yùn)行條件的超臨界二氧化碳高溫高壓耐蝕性實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備迫在眉睫，解決超臨界二氧化碳腐蝕問(wèn)題，為高參數(shù)超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)提供理論基礎(chǔ)和新思路。

實(shí)用新型內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于，針對(duì)超臨界二氧化碳(S-CO₂)布雷頓循環(huán)，提供一種能夠在實(shí)驗(yàn)室條件下，簡(jiǎn)單有效的實(shí)現(xiàn)測(cè)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(dòng)態(tài)循環(huán)超臨界二氧化碳腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種超臨界二氧化碳腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置，包括二氧化碳?xì)庠础㈩A(yù)熱爐和用于放置試樣的腐蝕反應(yīng)釜，二氧化碳?xì)庠吹某隹诮?jīng)增壓泵與預(yù)熱爐入口相連通，預(yù)熱爐出口與腐蝕反應(yīng)釜入口相連通，腐蝕反應(yīng)釜的出口連接有冷卻系統(tǒng)。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述增壓泵連接有空氣壓縮機(jī)。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述增壓泵與預(yù)熱爐之間設(shè)置有定量注入容器。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述增壓泵的出口經(jīng)高壓儲(chǔ)罐與定量注入容器相連通。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述定量注入容器連接有高壓平流泵。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述腐蝕反應(yīng)釜設(shè)置在釜體加熱爐內(nèi)。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述腐蝕反應(yīng)釜頂部和底部設(shè)置有快開(kāi)閥門(mén)，腐蝕反應(yīng)釜上還設(shè)置有釜體測(cè)溫?zé)犭娕肌?/p>

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述預(yù)熱爐上安裝有用于控制預(yù)熱爐溫度的控溫?zé)犭娕肌?/p>

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述冷卻系統(tǒng)包括冷凝器和氣液分離器，高壓反應(yīng)釜的出口經(jīng)管路、背壓閥及冷凝器后與氣液分離器連接。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述氣液分離器的出口經(jīng)管路、閥門(mén)與干燥器的入口相連通，干燥器的出口與二氧化碳?xì)庠聪噙B。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果：