[发明专利]一种模拟空冷凝汽器金属汽液两相腐蚀试验装置和方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及模拟火电厂实验系统，具体涉及到一种模拟火电厂直接空冷凝汽器金属管道内部汽液两相流动加速腐蚀试验系统。

背景技术

火力发电消耗的不仅是一次性能源，还有水资源，而水资源缺乏是目前全世界面临的一大难题。根据联合国最近几年的统计显示，全世界淡水消耗量自本世纪初增加了六至七倍，比人口增长的速度高两倍。目前世界上八十个国家约十五亿人口面临着淡水资源不足，其中二十六个国家约三亿人口完全生活在缺水状态中。我国人均占有水量只有世界人均占有量的四分之一，位列世界第一百一十位，已被联合国列为十三个贫水国之一。并且我国水资源分布极不平衡，在北方地区，特别是一些煤炭资源丰富的地区往往又是水资源相对缺乏的“富煤贫水”地区，这与建设大型火电站必须具备煤和水的要求产生了矛盾，致使大型常规凝汽机组在我国的建设受到制约。如采用煤炭跨地区调度方案，一方面不能保证丰富的地产煤及时运出，另一方面也加大了交通运输行业的压力。为了适应国民经济快速发展对电力资源的需求，发展无水或少水的空冷发电机组无疑是解决上述问题的有效措施，同时还解决了对当地水资源污染的问题。

由于直接空冷系统庞大，泄漏点多，很容易造成空气泄漏进入负压系统从而造成凝结水的溶氧量超过标准（一般在100-500μg/L，最高时凝结水含氧量达到547μg/L）；国标GB/T 12145（火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量）规定的直接空冷机组凝结水溶解氧浓度标准值应小于100μg/L。因造价、运行等因素，目前建造空冷凝汽器的材料主要为碳钢（20G），碳钢在高温溶氧水环境中腐蚀严重，尤其是高流速汽轮机乏汽导致空冷系统发生单相及气液两相的流动加速腐蚀（FAC），引起机组水汽系统铁含量严重超标，进而带来更严重的腐蚀问题。

目前尚无指导空冷机组化学运行的标准，已投运的空冷机组一般参照湿冷机组的相关化学运行指标进行控制，导致空冷机组普遍存在碳钢部件的FAC现象。现行研究空冷凝汽器材质在运行环境下腐蚀特性的方法，主要是实验室模拟研究，现有的模拟实验装置仅能模拟单一液相流动环境，系统内部不能做到无金属，除氧效率低，以及不能做到在负压条件下模拟，从而达不到模拟实验的基本目的，与现场实际环境差距大。而真实模拟现场腐蚀条件，弄清其腐蚀机理，降低或抑制腐蚀发生，从而使整个水汽系统中铁浓度将下来，保护整个热力设备和提高树脂制水量和运行周期，具有重大的理论意义和实际意义。

发明内容

针对现有存在的问题，本发明提供了一种汽液两相流动加速腐蚀模拟实验装置和方法，根据实际火电厂空冷凝汽器金属管道内部汽液两相流动环境数据，在同一套装置中同时进行汽液两相流动腐蚀模拟研究，以便掌握火电厂中直接空冷凝汽器金属管道腐蚀行为、规律和机理，以及可以在实验室研究一种合适的复配防腐剂来减少现场腐蚀，这对火电厂的安全高效运行有重要意义。

为了实现上述目的，本发明主要部件有水箱、恒温水浴锅、试片槽、小混床、真空泵、加药口、溶解氧表、氮气瓶、温度计、电极、挂片、气体流量计、液体流量计、磁力泵、pH计、电导率仪。正方体结构的透明玻璃水箱放入装有水的水浴锅中，水箱顶部开有两个孔，一个孔用于溶解氧气表探头，用硅胶塞密封，另一个孔用橡皮塞密封，两根直径2mm的充气管穿过橡皮塞，分别连接氮气瓶和真空泵；橡皮塞上再设置一个加药口；水箱右侧上下连接硅胶管，上面蒸汽出口，下面液体出口；水箱左侧下部连接硅胶管，为汽液混合入口。上述硅胶管与试片槽连接，蒸汽管中间有气体磁力泵和可调节气体流量计，液体管中间有液体磁力泵和可调节液体流量计试片槽上端固定安装温度计；上部有活塞，插入三电极体系以及固定试片的架子，试片槽是密封的；三电极体系连接电化学工作站。在液体管出口分出一管道连接小混床柱和水质监测点，水质监测为pH计和电导率仪。

本发明涉及的水箱容积为3L试片槽中温度传感器连接水浴锅，在恒温水浴锅面板中显示出来，并且可恒定在这个温度，温度自动控制并连续可设置。水箱中升温前用真空泵抽出里面气体，使其处于较大负压条件下，当升温时能使气相中水蒸汽含量增大。

本发明水箱中的液体为水箱中放入2L高纯水，再通过加药口加入药品控制液体中各物质浓度。采用充氮除氧的方式控制氧浓度，氮气管插入液面下，水箱底部有一排气管，排气管连接真空泵，充氮时启动真空泵。

本发明实现汽液两相流动模拟具体过程为：加药除氧完成后，同时启动气体磁力泵和液体磁力泵，通过流量计调节流量，时蒸汽和液体同时进去试片槽，使液体和蒸汽在试片或工作电极表面流动。