[发明专利]模拟燃煤电厂锅炉管服役环境的内压蠕变试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟燃煤电厂锅炉管服役环境的内压蠕变试验装置及方法，包括气体加压系统、蒸汽供给系统、烟气供给系统、试验加热系统及控制柜。与现有技术对比，本发明可以实现燃煤电厂锅炉管在高温、高压、外壁腐蚀性烟气、内壁水蒸气等多种环境耦合作用下的内压蠕变试验，使得试验环境更贴近燃煤电站锅炉管实际服役环境，试验结果更加准确可靠；与此同时，该装置的温度(0～1000℃)、压力(0～200MPa)、烟气配比、蒸汽溶解氧含量都可调节，可以满足不同试验条件需求；最后该装置可以同时并联多套试验加热单元，可以同时进行多个试样的内压蠕变试验。

技术领域

本发明属于金属材料高温蠕变试验研究技术领域，具体涉及一种模拟燃煤电厂锅炉管服役环境的内压蠕变试验装置及方法。

背景技术

高温蠕变试验是测定材料在长时恒温、恒应力作用下，发生缓慢塑性变形的一种材料机械性能试验。通过高温蠕变试验可研究材料在外加载荷作用下或载荷和环境因素(温度、压力和介质等)耦合作用下表现出的断裂规律、机理及影响因素，为高温构件(如燃煤锅炉管)的选材、设计提供重要依据，特别是在高温部件服役期间，可以通过取样进行高温蠕变持久试验以更准确的评估部件的剩余寿命。

目前常规的高温蠕变持久强度试验采用标准试样(如GB/T 2039-2012、ASTM E139中给出的棒状试样、板状试样)进行高温单向拉伸蠕变或持久试验，而在实际工况中承压金属管材在高温环境承受环向和轴向的二维应力，传统的单向拉伸的蠕变或持久试验结果与实际工况有一定的差距，为此人们提出了内压蠕变试验方法，并已经形成了相关的试验标准(DL/T 369-2010电站锅炉管内压蠕变试验方法)。然而标准中并未规定试验气氛的要求，只是提到充压用气体介质应采用在试验条件下自身物理化学性质稳定且对试样管样内壁不会产生非预期腐蚀的流体。专利CN200920274875.5也公开了一种金属管内压蠕变试验装置，也未涉及到试验气氛的要求。

然而，燃煤电厂锅炉管(如过热器、再热器)的实际服役环境极为苛刻，在承受高温高压的同时，管内壁和外壁分别受到水蒸气和烟气的氧化与腐蚀。而实践表明，环境介质(水蒸气和烟气)对金属材料的高温力学性能(蠕变持久强度)往往有着重要的影响，在力学和环境介质的共同耦合作用下材料往往表现出更为劣化的力学性能。因此目前试验设备只能进行在空气中进行的高温内压蠕变试验(内部充压气体全部为惰性气体)并不能真实地反应燃煤电厂锅炉管在实际工况下的高温蠕变性能，试验结果往往会有一定偏差。为此迫切需要研发一套能够模拟燃煤电厂锅炉管实际服役环境的高温内压蠕变试验装置。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的以上弊端，提供了一种模拟燃煤电厂锅炉管服役环境的内压蠕变试验装置及方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

模拟燃煤电厂锅炉管服役环境的内压蠕变试验装置，包括气体加压系统、蒸汽供给系统、烟气供给系统、试验加热系统及控制柜；其中，

气体加压系统包括利用管路依次连接的加压气瓶组、压力传感器、超高压气泵、微流量进气针阀、截止阀C、背压阀、高压安全阀和截止阀D；

蒸汽供给系统包括利用管路依次连接的储水罐、循环水泵、流通池、微流量蠕动泵和截止阀F；

烟气供给系统包括利用管路依次连接的烟气气瓶组、过滤器D、气体质量流量计、单向阀B、混气罐、截止阀G、单向阀C和废气处理装置；

试验加热系统包括加热电炉、金属炉管和试样；

蠕变试验状态时，试样设置于金属炉管内，试样的入口分别连接气体加压系统和蒸汽供给系统，且两者为并联，金属炉管入口连接烟气供给系统，加热电炉设置于金属炉管外；控制柜分别与气体加压系统、试验加热系统连接，分别用于控制压力及温度。