[發(fā)明專利]金屬材料高溫二氧化碳腐蝕的試驗裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210263161.4
• 申請日: 2022-03-17
• 公開（公告）號: CN114609030A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王碩;程義;郝維勛;史丹;魏力民;朱忠亮;張乃強;張虔
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司;華北電力大學(xué)
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 董玉嬌

金屬材料高溫二氧化碳腐蝕的試驗裝置及方法，屬于金屬材料在高溫氣體環(huán)境中的試驗研究技術(shù)領(lǐng)域。解決了如何真實的反應(yīng)出金屬材料在鍋爐實際運行過程中發(fā)生的腐蝕行為的問題。本發(fā)明包括二氧化碳氣體供應(yīng)裝置、預(yù)熱裝置、保護氣體供應(yīng)裝置、氣體流量監(jiān)測裝置、加熱/控溫裝置、反應(yīng)室、壓力監(jiān)測裝置和排氣監(jiān)測裝置；本發(fā)明試驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，能夠模擬金屬材料在鍋爐實際運行工況條件的腐蝕情況，試驗過程簡單，模擬準(zhǔn)確度高。本發(fā)明主要用于對金屬材料在鍋爐實際運行過程中發(fā)生的高溫二氧化碳腐蝕行為進行試驗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料在高溫氣體環(huán)境中的試驗研究技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

為實現(xiàn)2030年左右使二氧化碳(CO₂)排放達到峰值，爭取2060年前實現(xiàn)碳中和，這一目標(biāo)，達到節(jié)約能源和保護環(huán)境的目的，發(fā)電效率在不斷提高。近年來超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)燃煤發(fā)電技術(shù)成為各大鍋爐廠和科研機構(gòu)的研究熱點，而制約鍋爐向更高參數(shù)發(fā)展的最主要因素就是材料。因此，需要有一種能夠模擬鍋爐實際運行工況條件下，金屬材料在高溫二氧化碳環(huán)境中的腐蝕性能的試驗，驗證各類金屬材料在高溫高壓工況下的耐蝕性能，為超臨界二氧化碳鍋爐的設(shè)計提供參考和指導(dǎo)。高溫指的是高于100℃；

在金屬材料高溫氣體環(huán)境中的試驗研究技術(shù)領(lǐng)域，現(xiàn)有的技術(shù)方案主要公開了在穩(wěn)定的壓力和溫度條件下的腐蝕試驗，即試驗過程中，除了升溫和降溫階段，其他時間試驗條件(主要是壓力和溫度)是相對穩(wěn)定不變的。而電站鍋爐實際運行過程中的溫度是存在一定波動的，并且大量鍋爐存在調(diào)峰運行的情況，即在用電量較大的白天，負荷較大，而在夜間用電量較小時，鍋爐會降低功率運行。在調(diào)峰運行過程中，鍋爐各部件的壓力相對穩(wěn)定，但壁溫會隨著運行功率的變化而發(fā)生明顯波動。運行過程中產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物與基體材料的線膨脹系數(shù)存在差異，在溫度波動變化的過程中，線膨脹系數(shù)的差異會加快腐蝕產(chǎn)物從基體上的脫落速度，導(dǎo)致基體金屬更快的暴露在腐蝕環(huán)境中，從而加速腐蝕。

而如何真實模擬金屬材料在鍋爐實際運行工況條件下的高溫二氧化碳腐蝕試驗，實現(xiàn)能夠真實的反應(yīng)出金屬材料在鍋爐實際運行過程中發(fā)生的腐蝕行為，為超臨界二氧化碳鍋爐的選材提供技術(shù)支持這一問題，亟需解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決如何真實的反應(yīng)出金屬材料在鍋爐實際運行過程中發(fā)生的腐蝕行為的問題，提供了一種金屬材料高溫二氧化碳腐蝕的試驗裝置及方法。

金屬材料高溫二氧化碳腐蝕的試驗裝置，包括二氧化碳氣體供應(yīng)裝置、預(yù)熱裝置、保護氣體供應(yīng)裝置、氣體流量監(jiān)測裝置、加熱/控溫裝置、反應(yīng)室、壓力監(jiān)測裝置和排氣監(jiān)測裝置；

反應(yīng)室內(nèi)呈放金屬材料的試樣；

二氧化碳氣體供應(yīng)裝置，用于提供預(yù)設(shè)濃度和壓力的常溫二氧化碳氣體；

預(yù)熱裝置，用于對二氧化碳氣體供應(yīng)裝置輸出二氧化碳氣體進行預(yù)熱后送至反應(yīng)室；

保護氣體供應(yīng)裝置，用于提供惰性保護氣體對反應(yīng)室內(nèi)的試樣進行保護；

氣體流量監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測通入反應(yīng)室內(nèi)的氣體流量；

加熱/控溫裝置，用于對反應(yīng)室內(nèi)的溫度進行調(diào)控，實現(xiàn)模擬鍋爐調(diào)峰運行的實際工況下的溫度變化；

壓力監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測反應(yīng)室內(nèi)的壓力；

排氣監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測反應(yīng)室排出的二氧化碳氣體濃度。

采用所述的金屬材料高溫二氧化碳腐蝕的試驗裝置實現(xiàn)的試驗方法，該方法包括如下步驟：

S1、先將金屬材料的試樣放置反應(yīng)室內(nèi)，通過保護氣體供應(yīng)裝置輸出的惰性保護氣體對反應(yīng)室進行充氣置換，排除反應(yīng)室內(nèi)的空氣后，保護氣體供應(yīng)裝置停止供氣；

S2、通過預(yù)熱裝置對二氧化碳氣體供應(yīng)裝置輸出的預(yù)設(shè)濃度和壓力的常溫二氧化碳氣體進行加熱，升至預(yù)設(shè)試驗溫度后，送至反應(yīng)室；