抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試裝置，包括蒸氣產(chǎn)生機構(gòu)和高溫反應爐，蒸氣產(chǎn)生機構(gòu)包括裝有去離子水的密封容器和用于密封容器的加熱裝置，密封容器設(shè)有進氣口、出氣口和進水口，進氣口通過進氣管接有氬氣瓶且進氣管伸至液面以下，進水口接有自動補水機構(gòu)，出氣口通過管道與高溫反應爐的入口連接。由于本裝置氬氣脫氧、水蒸氣的形成均在一個密封容器內(nèi)實現(xiàn)，而金屬試樣的測試僅在高溫反應爐中，因此采用了少量的實驗室設(shè)備即能達到準確實驗的目的，極大的提高了實驗的便利性。本實用新型可應用于高溫氧化試驗裝置。
【專利說明】抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水或者水蒸氣廣泛存在于工業(yè)環(huán)境中，如核反應堆、發(fā)電和航天領(lǐng)域、石油石化領(lǐng)域和固體燃料電池等。而濕空氣對材料具有很大的腐蝕性，嚴重影響著合金材料的力學性能和壽命，誘發(fā)生產(chǎn)事故，危害人身安全，造成巨大的經(jīng)濟損失。如何使金屬材料在含水蒸氣的高溫腐蝕環(huán)境下保持優(yōu)異的性能是目前工業(yè)中面臨的一個重要的問題。
[0003]在緩解全球能源緊張、減少環(huán)境污染的迫切要求下，發(fā)展清潔煤發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為了世界各國的當務(wù)之急，作為清潔煤發(fā)電主要技術(shù)之一的超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)就是利用進一步提升鍋爐蒸汽壓力和溫度參數(shù)來達到提高機組效率和節(jié)能降耗的目的。鑒于我國的電力結(jié)構(gòu)以燃煤火電機組為主，故大力發(fā)展和推廣超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)不但十分重要而且非常必要?？偨Y(jié)近年來的運行經(jīng)驗可知，雖然過熱器、再熱器選用的鋼已從G102發(fā)展到T22、T91、P91和奧氏體不銹鋼TP304H、TP347H等，但由于惡劣服役環(huán)境造成管材內(nèi)壁的嚴重的水蒸氣氧化腐蝕而引發(fā)鍋爐爆管失效以及過熱器、再熱器管壁剝離下來的堅硬氧化鐵粒子造成汽輪機固體顆粒侵蝕（SPE)事故還是時有發(fā)生，嚴重影響了發(fā)電機組運行的安全性和經(jīng)濟性。
[0004]因此，很有必要深入研究這類材料的蒸汽氧化機理，以便從鍋爐管選材、運行參數(shù)控制和材料表面防護等方面提出一些控制氧化皮生長速度和剝落總量的有效措施，為工業(yè)生產(chǎn)提供有效的技術(shù)依據(jù)。但是，如果將相關(guān)研究建立在工業(yè)生產(chǎn)上，所需實驗周期過長，投入人力、物力大，維護成本也較高，特別是過長的實驗周期限制了實驗數(shù)據(jù)對新材料開發(fā)指導的時效性，不能滿足研發(fā)需求，因此，尋求能反映金屬材料抗高溫水蒸氣氧化性能的實驗室快速評價方法十分必要。
實用新型內(nèi)容
[0005]為了克服上述技術(shù)問題，本實用新型的目的在于提供一種抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試裝置，通過本裝置可以在實驗室中快速、方便的獲取金屬在高溫、水蒸氣環(huán)境下的氧化性能。
[0006]本實用新型所采用的技術(shù)方案是：
[0007]—種抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試裝置，包括蒸氣產(chǎn)生機構(gòu)和高溫反應爐，所述蒸氣產(chǎn)生機構(gòu)包括裝有去離子水的密封容器和用于密封容器的加熱裝置，所述密封容器設(shè)有進氣口、出氣口和進水口，所述進氣口通過進氣管接有氬氣瓶且所述進氣管伸至液面以下，所述進水口接有自動補水機構(gòu)，所述出氣口通過管道與高溫反應爐的入口連接。
[0008]作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述連接出氣口和高溫反應爐的管道上設(shè)有用于檢測流過氣體的流量計。[0009]作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述密封容器內(nèi)設(shè)置有溫度監(jiān)測機構(gòu)，所述溫度監(jiān)測機構(gòu)包括位于液面以上、用于監(jiān)測出氣口溫度的第一溫度計和位于液面以下、用于監(jiān)測去離子水溫度的第二溫度計。[0010]作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述連接出氣口和高溫反應爐的管道上設(shè)有用于檢測流過氣體的濕度計和溫度計。
[0011]作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述蒸氣產(chǎn)生機構(gòu)包括設(shè)置在密封容器內(nèi)的超聲波加濕裝置。
[0012]作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述加熱裝置包括包覆于密封容器外壁的加熱護套。
[0013]作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述高溫反應爐的出口接有真空泵。
[0014]本實用新型的有益效果是：密封容器中的去離子水變成水蒸氣后與經(jīng)過去離子水脫氧的氬氣混合并通入高溫反應爐中形成實驗氛圍，金屬試樣在高溫反應爐中加熱至合適的溫度并持續(xù)設(shè)定的時間后即能開展其氧化性能模擬和加速的測試，由于本裝置和方法中氬氣脫氧、水蒸氣的形成均在一個密封容器內(nèi)實現(xiàn)，而金屬試樣的測試僅在高溫反應爐中，因此采用了少量的實驗室設(shè)備即能達到準確實驗的目的，極大的提高了實驗的便利性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型進一步說明。
[0016]圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是T91鋼在650°C~800°C溫度下（Ar+lOvol. %H20)氣氛中氧化動力學曲線。【具體實施方式】
[0018]如圖I所示，一種抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試裝置，包括蒸氣產(chǎn)生機構(gòu)和高溫反應爐I。蒸氣產(chǎn)生機構(gòu)包括裝有去離子水的密封容器2和用于密封容器2的加熱裝置。加熱裝置為包覆于密封容器2外壁的加熱護套10，一方面可以對密封容器2加熱，另一方面也起了隔熱的作用，防止對操作人員的誤傷。
[0019]蒸氣產(chǎn)生機構(gòu)還包括設(shè)置在密封容器2內(nèi)的超聲波加濕裝置9，根據(jù)超聲波加濕的原理，采用超聲波產(chǎn)生水蒸氣，使得水蒸氣發(fā)生量可控，而且也無需將水加熱到沸點也能產(chǎn)生水蒸氣，保證了所需的實驗溫度。
[0020]密封容器2設(shè)有進氣口、出氣口和進水口。進氣口通過進氣管接有氬氣瓶3，進氣管上還安裝有進氣調(diào)節(jié)閥門12和進氣流量計，進氣流量計用于統(tǒng)計使用的氬氣流量。進氣管伸至液面以下，使得氬氣進入去離子水內(nèi)脫氧后才排入下一工藝環(huán)節(jié)。
[0021 ] 密封容器2的進水口接有自動補水機構(gòu)。該自動補水機構(gòu)由電動閥13、液位計14、控制器15和水箱16組成。其中，電動閥13安裝在連接進水口和水箱16的管道中，液位計14安裝在密封容器2內(nèi)，電動閥13、液位計14分別與控制器15電連接。其工作原理是，液位計14檢測到密封容器2內(nèi)水位不足的信號后由控制器15發(fā)出開啟電動閥13的指令，水箱16為密封容器2補水直到液位計14檢測到水位達到設(shè)定值，電動閥13關(guān)閉。
[0022]密封容器2的出氣口通過管道與高溫反應爐I的入口連接。密封容器2內(nèi)產(chǎn)生的混合氣體從上述管道中進入高溫反應爐1，以營造水蒸氣一気氣的實驗氣氛。同時，在實驗開始之前，也可通入氬氣將高溫反應爐I內(nèi)的空氣排出。
[0023]連接出氣口和高溫反應爐I的管道上依次裝有減壓閥17、混合氣體控制閥18、溫度計8、濕度計7和流量計4。通過流量計4進一步精確控制進入高溫反應爐I中的水蒸氣量，而濕度計7和溫度計8對管內(nèi)混合氣體的檢測使所需實驗條件得到精確控制，從而提高實驗的準確性和可靠度。管內(nèi)氣體實驗條件可以由密封容器2加熱溫度、水蒸氣發(fā)生量、氬氣供應量和混合氣體控制閥18的開度同時調(diào)節(jié)。
[0024]密封容器2內(nèi)設(shè)置有溫度監(jiān)測機構(gòu)，包括位于液面以上、用于監(jiān)測出氣口溫度的第一溫度計5和位于液面以下、用于監(jiān)測去離子水溫度的第二溫度計6，用于溫度的精確控制。
[0025]高溫反應爐I內(nèi)裝有高溫絲掛鉤19，試樣20放置在高溫絲掛鉤19上進行反應。高溫反應爐I的出口接有真空泵11，由真空泵11將水蒸氣和氬氣吸入高溫反應爐I后排出。
[0026]抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試方法，按下列步驟進行：
[0027]首先將試樣機械切割至規(guī)定尺寸，經(jīng)砂紙打磨后，采用脫脂劑表面除油，無水酒精清洗后用吹風機吹干試樣，采用電子數(shù)顯卡尺測量試樣尺寸，用電子分析天平稱量原始重量后置入干燥皿中保存?zhèn)溆茫?br> [0028]實驗開始前，啟動真空泵11，使用水箱16往密封容器2中加去離子水至規(guī)定液面，打開進氣調(diào)節(jié)閥門12，啟動超聲波加濕裝置9，并加熱密封容器2中的去離子水至工作溫度，通過流量計4、溫度計8、濕度計7精確控制氣體流量、溫度及濕度以達到實驗條件，確保裝置內(nèi)部形成水蒸氣-氬氣實驗氣氛，持續(xù)通氣約30分鐘。
[0029]將試樣掛在高溫絲掛鉤19上，并密封好高溫反應爐I,對高溫反應爐I加熱至工作溫度后開始實驗。自動補水機構(gòu)自`動控制密封容器2中去離子水的水位，實驗到設(shè)定時間點后，取出試樣，稱重；實驗結(jié)束后，獲得其氧化動力學規(guī)律，采用氧化產(chǎn)物分析技術(shù)如SED、XRD等對試樣進行綜合分析，得到相應的結(jié)論。
[0030]其中，水蒸氣一気氣的溫度由溫度計8控制在80~90°C。
[0031]實施例I :650°C~800°C，Ar+10vol. %H20條件下T91鋼的抗高溫水蒸氣氧化性能檢測。
[0032]以T91鋼為檢測對象，測試了 T91鋼在650 V、700 V、750 V、800 V下的抗高溫水蒸
氣氧化性能。
[0033]首先將待評價樣品通過機械切割至IOmmX IOmmX 2mm,表面脫脂處理,最后用酒精清洗后吹干備用。
[0034]具體操作如下：
[0035]I)啟動真空泵11;
[0036]2)打開電動閥13往密封容器2中加去離子水至規(guī)定液面，關(guān)閉電動閥13 ；
[0037]3)打開進氣調(diào)節(jié)閥門12，啟動超聲波加濕裝置9，并加熱密封容器2的去離子水至工作溫度；
[0038]4)檢查溫度計8、第一溫度計5及第二溫度計6，控制水蒸氣一気氣溫度在85°C ；檢查濕度計7、流量計4，控制實驗氣氛為Ar+lOvol. %H20，持續(xù)通氣約30分鐘。
[0039]5)將試樣20掛在高溫絲掛鉤19上，并密封好高溫反應爐I,對高溫反應爐I加熱至 650°C、700°C、750°C、800°C后開始實驗。
[0040]6)每隔IOh取出試樣20稱重一次，氧化總時間為160h，獲得其氧化動力學規(guī)律。
[0041]從圖2可以看出，在650°C ~800°C溫度范圍內(nèi)，T91鋼的高溫水蒸氣氧化動力學基本服從拋物線規(guī)律。
[0042]實施例2 ：650°C,Ar+5vol. %H20/Ar 和 Ar+10vol. %H20 條件下 T91 鋼的抗高溫水蒸氣氧化性能檢測。
[0043]以T91鋼作為評價對象，氧化溫度為650 °C，比較鋼在Ar+5vol. %H20、Ar+10vol. %H20下的抗高溫水蒸氣氧化性能。
[0044]首先將待評價樣品通過機械切割至IOmmX IOmmX 2mm,表面脫脂處理,最后用酒精清洗后吹干備用。
[0045]具體操作如下：
[0046]1)啟動真空泵11;
[0047]2)打開電動閥13往密封容器2中加去離子水至規(guī)定液面，關(guān)閉電動閥13 ；
[0048]3)打開進氣調(diào)節(jié)閥門12，啟動超聲波加濕裝置9，并加熱密封容器2的去離子水至工作溫度；
[0049]4)檢查溫度計8、第一溫度計5及第二溫度計6，控制水蒸氣一気氣溫度在85°C ；檢查濕度計7、流量計4，控制實驗氣氛為Ar+lOvol. %H20和Ar+5vol. %H20,持續(xù)通氣約30分鐘。
[0050]5)將試樣20掛在高溫絲掛鉤19上，并密封好高溫反應爐I,對高溫反應爐I加熱至650°C后開始實驗。
[0051]6)每隔2h取出試樣20稱重一次,氧化總時間IOh,獲得其氧化動力學規(guī)律。
[0052]結(jié)果表明，T91鋼在650°C下Ar+5vol. %H20氣氛中氧化時，動力學基本符合拋物線規(guī)律，在Ar+10vol. %H20氣氛中符合分段拋物線規(guī)律。
[0053]以上所述只是本實用新型優(yōu)選的實施方式，其并不構(gòu)成對本實用新型保護范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試裝置，其特征在于：包括蒸氣產(chǎn)生機構(gòu)和高溫反應爐（I)，所述蒸氣產(chǎn)生機構(gòu)包括裝有去離子水的密封容器（2)和用于密封容器(2)的加熱裝置，所述密封容器（2)設(shè)有進氣口、出氣口和進水口，所述進氣口通過進氣管接有氬氣瓶（3)且所述進氣管伸至液面以下，所述進水口接有自動補水機構(gòu)，所述出氣口通過管道與高溫反應爐（I)的入口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試裝置，其特征在于：所述連接出氣口和高溫反應爐（I)的管道上設(shè)有用于檢測流過氣體的流量計（4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試裝置，其特征在于：所述密封容器（2)內(nèi)設(shè)置有溫度監(jiān)測機構(gòu)，所述溫度監(jiān)測機構(gòu)包括位于液面以上、用于監(jiān)測出氣口溫度的第一溫度計（5)和位于液面以下、用于監(jiān)測去離子水溫度的第二溫度計(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試裝置，其特征在于：所述連接出氣口和高溫反應爐（I)的管道上設(shè)有用于檢測流過氣體的濕度計（7)和溫度計⑶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試裝置，其特征在于：所述蒸氣產(chǎn)生機構(gòu)包括設(shè)置在密封容器（2)內(nèi)的超聲波加濕裝置（9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試裝置，其特征在于：所述加熱裝置包括包覆于密封容器（2)外壁的加熱護套（10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高溫水蒸氣氧化性能模擬和加速測試裝置，其特征在于：所述高溫反應爐（I)的出 口接有真空泵（11)。
【文檔編號】G01N17/00GK203376244SQ201320362452
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月21日
【發(fā)明者】李茂東, 倪進飛, 馬括, 黎華, 陳洪君, 盧忠銘, 王小聰, 楊波, 薛峰, 張輝 申請人:廣州市特種承壓設(shè)備檢測研究院