[发明专利]高温高压超临界二氧化碳流动加速腐蚀试验系统及方法

说明书

本发明公开了高温高压超临界二氧化碳流动加速腐蚀试验系统及方法，所述试验系统包括闭合循环回路和供气系统；所述闭合循环回路包括通过管道连接的脉冲阻尼器、二氧化碳质量流量计、电动调节阀V6、加热装置、高温高压反应釜和冷却器，所述冷却器设置在高温高压反应釜后端，所述脉冲阻尼器、二氧化碳质量流量计和电动调节阀V6、加热装置设置在高温高压反应釜前端，所述闭合循环回路上设置有质谱仪和背压阀；所述供气系统包括二氧化碳储罐和高压液相色谱泵，所述供气系统用于为闭合循环回路提供二氧化碳气流。本发明解决了现有技术问题中高流速超临界二氧化碳工况难以实现、超临界二氧化碳流动加速腐蚀试验无法开展的问题。

技术领域

本发明涉及耐蚀材料腐蚀试验技术，具体涉及高温高压超临界二氧化碳流动加速腐蚀试验系统及方法。

背景技术

核能因具有稳定、经济、高效等优点正逐渐成为替代化石能源的重要选择，并成为了世界能源三大支柱之一。超临界二氧化碳核能系统采用流体布雷顿循环原理，与传统朗肯循环相比具有系统简单、结构紧凑、热效率高、模块化技术易实现等优点。材料可靠性是限制超临界二氧化碳发展的重要瓶颈之一。在超临界二氧化碳工况下，系统材料不仅会发生均匀腐蚀和应力腐蚀，而且会在高流速的高温高压超临界二氧化碳环境中发生流动加速腐蚀。因此，开展核能系统关键材料在高温高压超临界二氧化碳条件下的流动加速腐蚀试验研究对系统整体运行安全性和可靠性的提升具有十分重要的意义。

超临界二氧化碳工质具有较强的渗透性，这对高温高压超临界二氧化碳腐蚀试验装置的密封性和耐蚀性提出了极高要求。与此同时，国内外由于受到高温高压超临界流体循环泵制造困难的限制，难以在高温高压条件下实现高流速超临界二氧化碳试验工况，尚不具备制造超临界二氧化碳高流速腐蚀试验装置的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供高温高压超临界二氧化碳流动加速腐蚀试验系统及方法，基于自然循环原理依靠冷热二氧化碳流体间密度差作为驱动压头而实现高温高压超临界二氧化碳快速流动，解决现有技术问题中高流速超临界二氧化碳工况难以实现、超临界二氧化碳流动加速腐蚀试验无法开展的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

高温高压超临界二氧化碳流动加速腐蚀试验系统，包括闭合循环回路和供气系统；所述闭合循环回路包括通过管道连接的脉冲阻尼器、二氧化碳质量流量计、电动调节阀V6、加热装置、高温高压反应釜和冷却器，所述冷却器设置在高温高压反应釜后端，所述脉冲阻尼器、二氧化碳质量流量计和电动调节阀V6、加热装置设置在高温高压反应釜前端，所述闭合循环回路上设置有质谱仪和背压阀；所述供气系统包括二氧化碳储罐和高压液相色谱泵，所述供气系统用于为闭合循环回路提供二氧化碳气流。

本发明所述高压液相色谱泵用于维持试验系统中二氧化碳流体总量保持恒定，并通过背压阀旋紧量调节闭式循环回路压力，通过高压液相色谱泵和背压阀精确调节高温高压反应釜内的压力(0.1～20MPa)；所述二氧化碳质量流量计采用科里奥利质量流量计，与电动调节阀V6协调配合可精度测量和准确控制闭式循环回路内二氧化碳流量；通过质谱仪精确在线测量闭式循环回路内二氧化碳气体中杂质气体组分和含量；所述加热装置能够调节闭式循环回路的温度，通过加热装置和高温高压反应釜将超临界二氧化碳从室温加热至650℃。

本发明不仅能实现在高流速的高温高压超临界二氧化碳条件下开展流动加速腐蚀试验，并且本发明是基于自然循环原理依靠冷热二氧化碳流体间密度差作为驱动压头而实现高温高压超临界二氧化碳快速流动，不采用高温高压超临界流体循环泵，解决现有技术问题中高流速超临界二氧化碳工况难以实现、超临界二氧化碳流动加速腐蚀试验无法开展的困难。

进一步地，二氧化碳储罐通过2个并联管路与闭合循环回路连接，供气系统与闭合循环回路的连接点设置在冷却器和脉冲阻尼器之间，其中一个管路上按照进气方向依次设置有截止阀V2、第二过滤器和高压液相色谱泵，另一个管路上按照进气方向依次设置有截止阀V1、减压阀、第一过滤器和气体增压泵。