[实用新型]控制氧含量的动态高温高压蒸汽氧化试验装置

说明书

技术领域：

本实用新型属于金属材料在高温高压环境中的试验研究技术领域，具体涉及一种控制氧含量的动态高温高压蒸汽氧化试验装置。

背景技术：

在火力发电领域中，随着人们对节约能源和保护环境的日益重视，机组参数不断提高，过热器、再热器、高温蒸汽管道、汽轮机转子、叶片、喷嘴等蒸汽流通部件的蒸汽侧氧化问题也越来越突出。开发适合的试验设备是研究并解决金属蒸汽氧化问题的关键，其中水化学控制和循环系统是设备的核心，为保证试验结果可靠有三个关键因素：(1)蒸汽或水中的氧含量可控，由于蒸汽中的含量会影响材料的氧化层结构以及氧化速率，蒸汽中的氧含量是否可控制到火电机组实际运行时蒸汽条件(水全挥发处理时为10ppb以下，加氧处理时为30ppb～150ppb)，即成为试验结果是否可靠的关键因素。(2)蒸汽流量不能过低，由于蒸汽氧化的反应过程中会生成H₂、CrO₂(OH)₂等挥发性的反应产物，如果蒸汽为静态或流量过低，挥发性反应产物不能被及时带走，反应进入平衡状态，试验结果就不能真实反映材料的抗蒸汽氧化性能。(3)温度和压力应可以达到电站锅炉常见的超临界条件。除了这三个关键条件以外，系统简单可靠、方便以及节能环保也是必须考虑的。

国内外很多研究单位都开发了蒸汽或超临界水氧化试验装置，例如专利：专利CN 10162661 B《金属材料高温水蒸汽氧化实验装置》、CN 103543096 A《一种动态高温高压氧化实验装置》：美国NETL实验室的蒸汽氧化装置、美国Wisconsin–Madison大学超临界水氧化装置、日本Nippon Steel公司的实验台以及浙江工业大学废水处理的超临界水氧化实验装置等设备的主要缺点是蒸汽中的氧含量等关键因素无法控制。专利申请文件200810011845.5《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》介质为静态。专利CN 101118211 B《高温蒸汽氧化试验装置》不能用于高压，且冷凝的水需要定期处理，需要消耗大量的氩气。专利CN 102519863 A《一种超临界水蒸汽氧化试验装置》实现了超临界水氧化环境，但是有以下缺点：(1)通过设定氩气和氧气的流量调节水中的溶解氧含量，调节范围小，不能达到10ppb以下，做不到实时观察和控制氧含量；(2)在水路中先设置加热棒加热，随后又设置水冷套，浪费大量电能和自来水；(3)结构复杂，水循环系统中设置三个密封结构的蒸馏水箱，且水箱上安装排水阀、观察窗、加热管、换热器等部件，安全可靠性较差。

实用新型内容：

本实用新型的目的是为了克服现有高温高压环境下加载技术中的以上弊端，提供了一种控制氧含量的动态高温高压蒸汽氧化试验装置。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案来实现的：

控制氧含量的动态高温高压蒸汽氧化试验装置，包括给水组件、真空除氧组件、惰性气体除氧组件、常温循环水回路、高温高压水回路和高压反应釜及加热组件；其中，

给水组件包括储水桶，储水桶顶部管路依次通过背压阀A和单向阀A与大气相连通；

真空除氧组件包括真空泵；

惰性气体除氧组件包括比例电磁阀、单向阀B和惰性气体气瓶；

常温循环水回路包括循环泵、流通池和溶解氧表；

高温高压水回路包括高压计量泵、阻尼器、换热器、冷凝器和背压阀B；

高压反应釜及加热组件包括釜体加热炉和高压反应釜；

其中，真空泵通过管路与储水桶相连通；

惰性气体气瓶通过管路以及设置该管路上的单向阀B和比例电磁阀与储水桶的惰性气体入口相连通；

流通池通过管路以及设置该管路上的循环泵和溶解氧表与储水桶形成常温循环水回路；

高压计量泵、阻尼器、换热器、冷凝器和背压阀通过管路与储水桶形成高温高压水回路；

高压反应釜设置在釜体加热炉内，釜体加热炉通过管路与换热器形成水循环回路。

本实用新型进一步的改进在于，给水组件还包括高纯水机和给水泵，给水泵用于将高纯水机制取的高纯水加入至储水桶中。

本实用新型进一步的改进在于，给水组件还包括设置在储水桶底部的排污口，以及设置在储水桶侧面的水位计。

本实用新型进一步的改进在于，真空除氧组件还包括设置在真空泵与储水桶相连通的管路上的压力表A。

本实用新型进一步的改进在于，惰性气体气瓶还包括通过信号线与溶解氧表和比例电磁阀相连接的溶解氧控制系统。