一種動態高溫高壓氧化實驗裝置製造方法

2023-06-22 08:13:31 1

一種動態高溫高壓氧化實驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種材料氧化實驗裝置，具體涉及一種動態高溫高壓蒸汽氧化試驗裝置。包括：通過管路順次連接的超純水製備系統、高壓計量泵和用於產生蒸汽的預熱爐，所述預熱爐通過管路與高溫高壓反應器相連接；所述高溫高壓反應器包括用於再次加熱的釜體加熱爐和設置於釜體加熱爐內腔中用於對試樣進行實驗的高壓反應釜；出高溫高壓反應器的管路上設置有背壓閥和製冷腔；所述背壓閥設置於製冷腔內；所述製冷腔上連接有冷凝器；所述高壓反應釜設置用控制溫度的控溫熱電偶。能夠在實驗室條件下，實現對材料的高溫高壓蒸汽氧化動態試驗，且可達到800℃、40MPa的環境。
【專利說明】一種動態高溫高壓氧化實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種材料氧化試驗裝置，具體涉及一種動態高溫高壓蒸汽氧化試
驗裝置。
技術背景
[0002]水蒸汽氧化是一種特殊的腐蝕形式，腐蝕程度與蒸汽介質的參數(溫度和壓力)有直接的關係，尤其是電站鍋爐過熱器、再熱器、蒸汽管道等部件在運行過程中往往發生內壁嚴重氧化，脫落等現象。氧化皮剝離的損壞有兩種形式。第一，在機組啟動和停爐過程中，氧化物的剝落率最高。在立式過熱器和再熱器中，脫落物經常完全堵住底部的彎頭，特別是曲率較大的彎曲部位。通常情況下，這種堵塞，在機組投運時，可能不會被清理掉的，以致在機組升負荷時，產生短時過熱而損壞。其次，氧化物剝離引起的最常見的問題是造成汽輪機固體顆粒磨損而引起嚴重損壞。通常發生腐蝕的部位包括汽輪機汽門杆、一級噴嘴單元和中壓汽輪機隔板。因此，為研究和解決水蒸汽氧化問題，國內外的科研工作者開展了大量的實驗室試驗和分析工作。但是，能夠有效模擬鍋爐運行條件的實驗室測試設備還很有限，而考慮到電廠發電效率問題，又很難在電廠開展實測實驗。
[0003]截至目前，國內外很多科研院所都開發了蒸汽氧化測試裝置。例如，廣東電網公司電力科學研究院提出的《金屬材料高溫水蒸汽氧化實驗裝置》(CN10162661B)，通過蒸汽發生器產生蒸汽，依靠水不斷汽化膨脹產生的壓力推動蒸汽流動。這些工作對於試驗研究帶來不少幫助，但是不具備高壓條件，試驗工藝無法模擬實際工況。專利《高溫蒸汽氧化試驗裝置》(CN101118211B)，將去離子水經除氧由計量慄傳輸，經預熱爐加熱成為高溫蒸汽，由於密封結構設計導致系統壓力不高(25MPa)，也無法模擬實際工況。專利《一種超臨界水蒸汽氧化試驗裝置》的運行參數也不超過620°C。專利《一種在超臨界水中進行長時間氧化腐蝕實驗的方法和設備》設計了一種能夠對不鏽鋼、鎳基合金進行室溫_70(TC、常壓-35MPa、上千小時的超臨界水氧化實驗，但是該實用新型只能實現靜態浸泡腐蝕實驗，無法模擬高溫高壓動態腐蝕的實驗的需求。國外只有個別實驗室建立可以實現超(超)臨界蒸汽條件的試驗設備，例如:美國NETL實驗室的蒸汽氧化裝置，日本Nippon Steel公司的高溫蒸汽氧化平臺等，但其實驗參數遠低於下一代電站技術所要求的工況(750°C，35MPa)。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於，克服上述現有技術的缺陷，提供一種能夠在實驗室條件下，簡單有效的實現測試材料在動態環境、高溫高壓蒸汽條件下氧化行為的動態高溫高壓蒸汽氧化試驗裝置。
[0005]為實現上述目的，本實用新型的技術方案為:包括超純水製備系統以及與超純水製備系統相連通的高壓計量慄，高壓計量慄上安裝有依次穿過預熱爐和釜體加熱爐的管道，該管道的出口與設置在釜體加熱爐內的用於放置待測部件的高壓反應釜相連通，且在高壓反應釜上設置有用於控制釜體加熱爐溫度的控溫熱電偶，高壓反應釜的出口經管路與設置在製冷腔內的背壓閥相連通，且在製冷腔上還連接有冷凝器。
[0006]所述的超純水製備系統包括設置有離子交換樹脂的超純水機、與超純水機相連通的帶有放水閥的上水箱；所述上水箱通過管路與高壓計量慄相連接。
[0007]所述的背壓閥的出口管路上設置有帶有下水箱閥門的下水箱；所述下水箱通過水慄與超純水機相連通。
[0008]所述的高壓計量慄與預熱爐之間的管路上設置有用於緩衝壓力波動的阻尼器。
[0009]所述的預熱爐、釜體加熱爐上分別設置有預熱爐控溫熱電偶、釜體測溫熱電偶。
[0010]所述的預熱爐內的管路採用螺旋管結構。
[0011]所述的管道的出口從高壓反應爸底部進入，入口管道底部為能夠使管道出口流體沿高壓反應釜筒體壁旋轉流動，並使高壓反應釜筒體內部蒸汽自動旋轉的彎曲結構，且在高壓反應釜底部還開設有快開閥門。
[0012]所述的高壓反應釜與背壓閥之間的管路上設置有壓力控制組件；
[0013]所述的壓力控制組件包括設置在上遊管路上的壓力傳感器以及設置在下遊管路上配套工作的壓力表和減壓閥。
[0014]所述的釜體加熱爐包括爐體和設置在爐體內壁上圍繞著高壓反應釜的的若干個加熱棒，且預熱爐和釜體加熱爐均採用矽酸鋁填充材料的保溫隔熱層。
[0015]所述的製冷腔內設置有用於測量溫度的測溫器。
[0016]本實用新型通過預熱爐將超純水轉化為蒸汽，然後由釜體加熱爐對蒸汽再次加熱實現分級加熱，從而達到氧化實驗所需的溫度，通過高壓計量慄和背壓閥配合使達到氧化實驗所需的壓力，且能達到800°C、40MPa。通過在高壓反應釜內設置控溫熱電偶來實時的控制反應釜內的溫度。通過在高壓反應釜後設置製冷腔和冷凝器，提高蒸汽的冷凝速率，增加系統的穩定性和安全性。
[0017]進一步的，本實用新型通過將釜體加熱爐內管路由爐體底部進入高壓反應釜，並將管路呈一定角度的彎曲，使蒸汽在高壓反應釜內自動旋轉，從而達到動態試驗的效果。
[0018]進一步的，本實用新型通過形成介質流動迴路，實現水資源的循環利用，能夠有效節約成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型的裝置結構示意圖。
[0020]其中:1、超純水機；2、上水箱；3、上水箱放水閥；4、高壓計量慄；5、阻尼器；6、預熱爐；7、控溫熱電偶；8、釜體加熱爐；9、高壓反應釜；10、加熱棒；11、控溫熱電偶；12、閥門；13、測溫熱電偶；14、壓力傳感器；15、壓力表；16、減壓閥；17、製冷腔；18、背壓閥；19、冷凝器；20、測溫器；21、下水箱；22、水慄；23、下水箱放水閥。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0022]參見圖1，本實用新型包括超純水機I以及與超純水機I相連通的帶有放水閥3的上水箱2組成的超純水製備系統，超純水機I採用離子交換樹脂淨化器；使製備出的超純水電導率>0.05us/cm(18MQ);上水箱2通過管路依次與高壓計量慄4、阻尼器5相連接，出阻尼器5的管路依次穿過預熱爐6和釜體加熱爐8，並與設置在釜體加熱爐8內的用於放置待測部件的高壓反應釜9相連通，且該管路採用直徑6皿1、壁厚Imm哈氏合金管從高壓反應釜9底部進入，入口管道底部為能夠使管道出口流體沿高壓反應釜9筒體壁旋轉流動，並使高壓反應釜9筒體內部蒸汽自動旋轉的彎曲結構，且在高壓反應釜9底部還開設有快開閥門12，在高壓反應釜9上設置有用於控制釜體加熱爐溫度的控溫熱電偶11，高壓反應釜9的出口經管路與設置在製冷腔17內的背壓閥18相連通，且在製冷腔17上還連接有冷凝器19，製冷腔17內設置有用於測量溫度的測溫器20，背壓閥18的出口管路上設置有帶有下水箱閥門23的下水箱21 ;所述下水箱通過水慄22與超純水機I相連通。預熱爐6、釜體加熱爐8上分別設置有預熱爐控溫熱電偶7、釜體測溫熱電偶13，且預熱爐6和釜體加熱爐8均採用矽酸鋁填充材料的保溫隔熱層。且在高壓反應釜9與背壓閥18之間的管路上設置有壓力控制組件；所述的壓力控制組件包括設置在上遊管路上的壓力傳感器14以及設置在下遊管路上配套工作的壓力表15和減壓閥16。
[0023]本實用新型的預熱爐6內的管路採用螺旋管結構，管外徑Φ6πιιιι，壁厚1.5皿1。高壓反應釜9採用鎳基整體鍛件或棒材合金，無焊接，壁厚20mm。釜體加熱爐8包括爐體和設置在爐體內壁上圍繞著高壓反應釜9的的若干個加熱棒10。
[0024]本實用新型的介質流動迴路內液體流速為小於8ml/min，蒸汽流速小於50ml/min。管閥件採用哈氏合金材料加工，主要有閥門、三通、四通、壓帽、壓環、直通、轉換接頭
坐寸ο
[0025]工作過程:裝置運行前的準備工作包括系統排空、試樣安裝、系統注水(超純水)和啟動水處理、設置高壓計量慄4和背壓閥18幾個步驟。系統排空指將系統密封后，啟動高壓慄將上次試驗殘留的水完全排出。試樣安裝指將片狀試樣固定在試樣臺架上並放置於高壓反應器9內。系統注水是指在不升溫的條件下，用較低的壓力將超純水注滿整個腔體及管道。啟動水處理指開啟超純水製備系統，包括超純水機I和用於水循環的慄22。高壓計量慄4設置包括壓力和流量設置。
[0026]正常狀態:以高壓計量慄4為起點，高壓超純水在高壓計量慄4的壓力作用下向前流動，經阻尼器5緩衝壓力波動後進入蒸汽預熱爐進行加熱，實現由水到氣的轉變，並達到指定蒸汽預熱溫度，約450-60(TC ;然後蒸汽通過管路進入釜體加熱爐，由釜體加熱爐8再次加熱，達到實驗所需溫度700-80(TC，且由爐體底部進入高壓反應釜9，入口管線底部適當彎曲，使管線出口流體沿筒體壁旋轉流動，在高壓反應釜9內部蒸汽自動旋轉。出高壓反應釜9的蒸汽首先通過壓力控制組件，當發生超壓事故時，壓力傳感器14和減壓閥16將自動開啟進行洩壓，壓力示數由壓力表15讀出。然後蒸汽由製冷組件進行冷卻，將蒸汽冷凝、液化。冷凝後的超純水通過管路進入下水箱21，然後由水慄22導入超純水機1，從而實現水的循環利用。
[0027]實驗結束時，首先關閉蒸汽預熱組件、高溫高壓反應器，然後關閉高壓計量慄4即可，高壓反應釜9隨爐緩慢冷卻至室溫，開啟快開閥門取出試樣。正常實驗一般不需要實驗人員幹預，系統將自動運行。根據實驗設計的流量，需定時給下水箱進行水補給。
【權利要求】
1.一種動態高溫高壓蒸汽氧化實驗裝置，其特徵在於，包括超純水製備系統以及與超純水製備系統相連通的高壓計量慄(4)，高壓計量慄(4)上安裝有依次穿過預熱爐(6)和釜體加熱爐(8)的管道，該管道的出口與設置在釜體加熱爐(8)內的用於放置待測部件的高壓反應釜(9)相連通，且在高壓反應釜(9)上設置有用於控制釜體加熱爐溫度的控溫熱電偶(11)，高壓反應釜(9)的出口經管路與設置在製冷腔(17)內的背壓閥(18)相連通，且在製冷腔(17 )上還連接有冷凝器(19 )。
2.根據權利要求1所述的動態高溫高壓蒸汽氧化實驗裝置，其特徵在於:所述的超純水製備系統包括設置有離子交換樹脂的超純水機(I )、與超純水機(I)相連通的帶有放水閥(3)的上水箱(2);所述上水箱(2)通過管路與高壓計量慄(4)相連接。
3.根據權利要求2所述的動態高溫高壓蒸汽氧化實驗裝置，其特徵在於:所述的背壓閥(18)的出口管路上設置有帶有下水箱閥門(23)的下水箱(21);所述下水箱通過水慄(22 )與超純水機(I)相連通。
4.根據權利要求1所述的動態高溫高壓蒸汽氧化實驗裝置，其特徵在於:所述的高壓計量慄(4)與預熱爐(6)之間的管路上設置有用於緩衝壓力波動的阻尼器(5)。
5.根據權利要求1所述的動態高溫高壓蒸汽氧化實驗裝置，其特徵在於:所述的預熱爐(6 )、釜體加熱爐(8 )上分別設置有預熱爐控溫熱電偶(7 )、釜體測溫熱電偶(13 )。
6.根據權利要求1所述的動態高溫高壓蒸汽氧化實驗裝置，其特徵在於:所述的預熱爐(6)內的管路採用螺旋管結構。
7.根據權利要求1所述的動態高溫高壓蒸汽氧化實驗裝置，其特徵在於:所述的管道的出口從高壓反應釜(9)底部進入，入口管道底部為能夠使管道出口流體沿高壓反應釜(9)筒體壁旋轉流動，並使高壓反應釜(9)筒體內部蒸汽自動旋轉的彎曲結構，且在高壓反應釜(9 )底部還開設有快開閥門(12 )。
8.根據權利要求1所述的動態高溫高壓蒸汽氧化實驗裝置，其特徵在於:所述的高壓反應釜(9)與背壓閥(18)之間的管路上設置有壓力控制組件； 所述的壓力控制組件包括設置在上遊管路上的壓力傳感器(14)以及設置在下遊管路上配套工作的壓力表(15)和減壓閥(16)。
9.根據權利要求1所述的動態高溫高壓蒸汽氧化實驗裝置，其特徵在於:所述的釜體加熱爐(8)包括爐體和設置在爐體內壁上圍繞著高壓反應釜(9)的的若干個加熱棒(10)，且預熱爐(6)和釜體加熱爐(8)均採用矽酸鋁填充材料的保溫隔熱層。
10.根據權利要求1所述的動態高溫高壓蒸汽氧化實驗裝置，其特徵在於:所述的製冷腔(17)內設置有用於測量溫度的測溫器(20)。
【文檔編號】G01N17/00GK203606261SQ201320682299
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年10月30日 優先權日:2013年10月30日
【發明者】魯金濤, 楊珍, 谷月峰, 趙新寶, 嚴靖博, 尹宏飛, 黨瑩櫻 申請人:西安熱工研究院有限公司