[发明专利]一种动态高温高压氧化实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料氧化试验装置，具体涉及一种动态高温高压蒸汽氧化试验装置。

技术背景

水蒸汽氧化是一种特殊的腐蚀形式，腐蚀程度与蒸汽介质的参数（温度和压力）有直接的关系，尤其是电站锅炉过热器、再热器、蒸汽管道等部件在运行过程中往往发生内壁严重氧化，脱落等现象。氧化皮剥离的损坏有两种形式。第一，在机组启动和停炉过程中，氧化物的剥落率最高。在立式过热器和再热器中，脱落物经常完全堵住底部的弯头，特别是曲率较大的弯曲部位。通常情况下，这种堵塞，在机组投运时，可能不会被清理掉的，以致在机组升负荷时，产生短时过热而损坏。其次，氧化物剥离引起的最常见的问题是造成汽轮机固体颗粒磨损而引起严重损坏。通常发生腐蚀的部位包括汽轮机汽门杆、一级喷嘴单元和中压汽轮机隔板。因此，为研究和解决水蒸汽氧化问题，国内外的科研工作者开展了大量的实验室试验和分析工作。但是，能够有效模拟锅炉运行条件的实验室测试设备还很有限，而考虑到电厂发电效率问题，又很难在电厂开展实测实验。

截至目前，国内外很多科研院所都开发了蒸汽氧化测试装置。例如，广东电网公司电力科学研究院提出的《金属材料高温水蒸汽氧化实验装置》（CN10162661B），通过蒸汽发生器产生蒸汽，依靠水不断汽化膨胀产生的压力推动蒸汽流动。这些工作对于试验研究带来不少帮助，但是不具备高压条件，试验工艺无法模拟实际工况。专利《高温蒸汽氧化试验装置》（CN101118211B），将去离子水经除氧由计量泵传输，经预热炉加热成为高温蒸汽，由于密封结构设计导致系统压力不高（25MPa），也无法模拟实际工况。专利《一种超临界水蒸汽氧化试验装置》的运行参数也不超过620℃。专利《一种在超临界水中进行长时间氧化腐蚀实验的方法和设备》设计了一种能够对不锈钢、镍基合金进行室温-700℃、常压-35MPa、上千小时的超临界水氧化实验，但是该发明只能实现静态浸泡腐蚀实验，无法模拟高温高压动态腐蚀的实验的需求。国外只有个别实验室建立可以实现超（超）临界蒸汽条件的试验设备，例如：美国NETL实验室的蒸汽氧化装置，日本Nippon Steel公司的高温蒸汽氧化平台等，但其实验参数远低于下一代电站技术所要求的工况（750℃，35MPa）。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述现有技术的缺陷，提供一种能够在实验室条件下，简单有效的实现测试材料在动态环境、高温高压蒸汽条件下氧化行为的动态高温高压蒸汽氧化试验装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：包括超纯水制备系统以及与超纯水制备系统相连通的高压计量泵，高压计量泵上安装有依次穿过预热炉和釜体加热炉的管道，该管道的出口与设置在釜体加热炉内的用于放置待测部件的高压反应釜相连通，且在高压反应釜上设置有用于控制釜体加热炉温度的控温热电偶，高压反应釜的出口经管路与设置在制冷腔内的背压阀相连通，且在制冷腔上还连接有冷凝器。

所述的超纯水制备系统包括设置有离子交换树脂的超纯水机与超纯水机相连通的带有放水阀的上水箱；所述上水箱通过管路与高压计量泵相连接。

所述的背压阀的出口管路上设置有带有下水箱阀门的下水箱；所述下水箱通过水泵与超纯水机相连通。

所述的高压计量泵与预热炉之间的管路上设置有用于缓冲压力波动的阻尼器。

所述的预热炉、釜体加热炉上分别设置有预热炉控温热电偶、釜体测温热电偶。

所述的预热炉内的管路采用螺旋管结构。

所述的管道的出口从高压反应釜底部进入，入口管道底部为能够使管道出口流体沿高压反应釜筒体壁旋转流动，并使高压反应釜筒体内部蒸汽自动旋转的弯曲结构，且在高压反应釜底部还开设有快开阀门。

所述的高压反应釜与背压阀之间的管路上设置有压力控制组件；

所述的压力控制组件包括设置在上游管路上的压力传感器以及设置在下游管路上配套工作的压力表和减压阀。

所述的釜体加热炉包括炉体和设置在炉体内壁上围绕着高压反应釜的的若干个加热棒，且预热炉和釜体加热炉均采用硅酸铝填充材料的保温隔热层。

所述的制冷腔内设置有用于测量温度的测温器。

本发明通过预热炉将超纯水转化为蒸汽，然后由釜体加热炉对蒸汽再次加热实现分级加热，从而达到氧化实验所需的温度，通过高压计量泵和背压阀配合使达到氧化实验所需的压力，且能达到800℃、40MPa。通过在高压反应釜内设置控温热电偶来实时的控制反应釜内的温度。通过在高压反应釜后设置制冷腔和冷凝器，提高蒸汽的冷凝速率，增加系统的稳定性和安全性。