[发明专利]液态介质小型热对流试验回路

说明书

技术领域

本发明属于材料腐蚀技术领域，具体涉及一种用于研究液态介质对材料腐蚀情况的小型热对流试验回路。

背景技术

在工业生产和科学技术研究与应用的各个领域中涉及到各种液态介质在管道中进行长距离传输(或者短距离循环输运)，如能源领域中的原油远距离输送、化工生产用的酸碱盐、冶金行业用液态金属介质输送与浇铸、核工业与核反应堆工程技术领域液态金属(载热或氚增殖)循环流动等。这些液态介质在传输过程中会引起一系列问题，如介质流动对传输管道的冲蚀、介质温度变化引起传输管道热应力作用下的腐蚀问题、不同介质在管道中的流动特性影响长距离传输效率、介质流动所处的各种工况环境因素影响流动效率等。特别是液态介质对管道腐蚀，从而使管道及结构部件的安全性和使用寿命受到威胁，因此，必须进行其结构材料与液态介质的相容性试验研究。液态介质小型热对流试验回路能有效模拟该类结构材料所处的工况，从而获得结构材料的液态介质腐蚀性能数据，以保证管道部件的完整性和安全运行。

发明内容

本发明的目的是提供一液态介质小型热对流试验回路，能够根据实验目的，选用相应的结构材料建造小型热对流试验回路，营造相应的实验环境与工况，开展液态介质对材料腐蚀的实验研究。

本发明的技术方案如下：

一种液态介质小型热对流试验回路，包括回路主体、膨胀箱，以及用于对试验回路抽真空和充氩气的气体系统，其特征在于，所述回路主体由竖直方向的高温段(热端、实验段)、低温段(冷端)及水平方向的加热段与冷却段构成正方形循环回路；膨胀箱连接回路主体，处于循环回路的最高点；膨胀箱与回路主体的连接管上设有阀门。

在本发明的一个具体实施例中，所述回路主体的每段管路长度都为0.5m，高温段与低温段管路中心距为0.5m，整个循环回路长度为2m。高温段和低温段管路位于竖直方向，低温段下端和高温段下端之间的连接管路为加热段，而高温段上端和低温段上端之间的连接管路为冷却段，热对流提供液态介质自然循环的驱动力。管路系统可由被研究的结构材料制成，也可用SS316LN等不锈钢管材构成，根据高温段和低温段的温度，进行热工水力计算，可估算管内液态介质流速。通过调节高、低温段的温度，可以调节液态介质的流速。

在高温段的管道内可设置试验样品架，通过高温段管道上端口可在试验样品架上安放试验样品，然后将高温段管道上端口用法兰金属密封。

膨胀箱是为提供整个回路系统温度上升期间的液态介质自由膨胀空间而设计。膨胀箱处在回路系统的最高点，试验开始前，实验介质(常温下，该实验介质可以是液态也可以是固态)通过膨胀箱灌入回路系统中，试验结束后，膨胀箱则可作为实验介质储存罐。

优选的，膨胀箱的箱体与回路主体相连处具有一定的斜度，二者的连接管与水平方向有3°～5°左右的倾斜角，膨胀箱的实验介质流出口(即膨胀箱与连接管的接口)位于较高处，以便让液态介质流入回路系统中。

进一步的，膨胀箱上端用法兰金属密封，打开法兰可以放入实验介质(常温下，该实验介质可以是液态，也可以是固态)。

进一步的，膨胀箱内设有液位计以显示液态介质的液位高低。

进一步的，膨胀箱可设计为圆柱状，在膨胀箱侧面中部设有一管道口，与气体系统相连，以便对整个回路抽真空、充氩气。

通常，膨胀箱的容积大约为回路主体容积的二倍以上，当液态介质在循环回路中运行完毕，将试验回路翻转倒立过来，回路中液态介质在重力作用下回流到膨胀箱。

进一步的，所述液态介质小型热对流试验回路还具有一个回路支架。所述回路支架由底座和两金属支杆构成，其中，底座由上下两块金属钢板组成，两钢板一端用绞链联结，另一端上面的钢板相对于下面的钢板可螺纹升降，两金属支杆垂直焊接在上面的钢板上，两金属支杆上端设有一水平转轴。回路主体的高温段和低温段的中部分别与该水平转轴绝热柔性连接固定。整个装置重心很低，稳稳地支撑整个回路；两金属支杆与回路绝热接触，不影响回路温度分布；回路工作时，能缓解整个回路在不同的温差下的热应力。整个回路可绕水平转轴在垂直方向上转动，试验时，底座两块金属钢板平行，整个回路主体直立，膨胀箱在最高点，为整个回路系统温度上升期间的液态介质自由膨胀提供空间；当试验结束后，回路停止运行，整个回路主体绕水平转轴翻转，整个回路主体正倒立，然后，旋转底座上的螺纹升降，两钢板变成楔形，整个回路主体侧倒立，膨胀箱在最低点，所有液态介质在重力作用下回流到膨胀箱，整个回路中无死角，此时，膨胀箱作为储罐储存实验介质。