一種模擬冷凝環(huán)境的腐蝕試驗箱及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明是涉及研究材料在冷凝環(huán)境下腐蝕行為的裝置和方法，用以評估對比冷凝管的腐蝕程度以及預估其使用壽命。該裝置包括加熱裝置、循環(huán)冷凝裝置。待檢測冷凝管固定在透明石英玻璃管內(nèi)，上端開口，內(nèi)部放置加熱電偶，外部流動低溫恒溫溶液。溶液介質(zhì)的選擇可根據(jù)冷凝管實際服役環(huán)境，如海水、淡水等。本發(fā)明可以對比不同服役環(huán)境冷凝管的腐蝕行以及不同服役周期的腐蝕程度，彌補了現(xiàn)有實驗室環(huán)境下缺乏對模擬冷凝環(huán)境下材料腐蝕研究的不足。本發(fā)明的有益效果在于：1）可在實驗室環(huán)境下評價冷凝管的腐蝕程度等級并可分析其腐蝕發(fā)生的過程及機理；2）能夠建立冷凝管的腐蝕模型并對其服役壽命進行預測。
【專利說明】
一種模擬冷凝環(huán)境的腐蝕試驗箱及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明是涉及研究冷凝環(huán)境下金屬腐蝕行為的裝置及方法，具體地說是一種研究金屬內(nèi)部高溫環(huán)境而外部有流動冷凝水的條件下，模擬在實際情況中冷凝管的腐蝕狀況的裝置及方法。【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著國民經(jīng)濟的穩(wěn)步增長，電力供應(yīng)能力不足的問題日益突出，因此國家加強能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的政策，在發(fā)展火力發(fā)電和水力發(fā)電的同時，鼓勵和支持核電發(fā)展?；痣娫O(shè)備和核電設(shè)備均需要大量的冷凝管;而冷凝管在我國的造船工業(yè)中的用量也較大，同時沿海一些城市面臨淡水短缺的威脅與挑戰(zhàn)，海水的淡化冷凝管設(shè)備的需求也日益增加。銅鎳合金具有優(yōu)良的耐海水腐蝕性能，且能夠防止海洋生物污損，基本上沒有晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂和腐蝕疲勞等現(xiàn)象，因而被廣泛應(yīng)用于船舶、海上鉆井平臺、濱海電廠、核電等海洋設(shè)施中的海水熱交換系統(tǒng)。
[0003]然而近年關(guān)于傳熱管的腐蝕失效現(xiàn)象頻繁發(fā)生，包括點蝕、沖刷腐蝕、微生物腐蝕以及應(yīng)力腐蝕破裂等等，此外，循環(huán)冷卻水水質(zhì)、殺菌處理、阻垢處理、循環(huán)水流速、鍍膜和清洗情況以及凝汽器的停用、凝汽器管壁溫度等，都是影響冷凝管服役壽命的重要因素。
[0004]目前我國僅對銅及銅合金在材料的典型腐蝕問題上開展了實海腐蝕投樣和實驗室短期腐蝕試驗，尚未開展針對冷凝管在不同溫度、不同海水流速以及模擬加速實驗等方面進行系統(tǒng)研究，尤其是對腐蝕模型的建立、腐蝕等級的評價以及壽命預測等未展開研究。 冷凝管在海水中的腐蝕數(shù)據(jù)多采用國外相關(guān)管系材料的數(shù)據(jù)，缺乏針對國產(chǎn)材料的用于設(shè)計建造、使用和維護方面環(huán)境腐蝕基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，急需開展這些方面的研究，為解決海水管系材料銅鎳合金的環(huán)境腐蝕問題奠定基礎(chǔ)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服目前對材料在冷凝環(huán)境下腐蝕行為研究的不足，本發(fā)明的目的是提供一種適合研究模擬冷凝環(huán)境條件下的冷凝管腐蝕行為的裝置及方法，可在實驗室環(huán)境下評價冷凝管的腐蝕程度等級并可分析其腐蝕發(fā)生的過程及機理。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。
[0007]本發(fā)明是一種模擬冷凝環(huán)境的腐蝕試驗箱，包括箱體，加熱裝置、流量控制裝置、 冷凝裝置，所述的箱體分為三個部分，上部為試驗環(huán)境箱體、中部為流量控制箱體、下部為恒溫冷凝溶液箱體，箱體之間溶液由水管連通，所述的加熱裝置為電熱偶(12)，用于控制冷凝管(13)內(nèi)溫度，所述的流量控制裝置由流量計(4)組成，通過水管分別連接恒溫溶液流出口(7)和恒溫溶液流入口( 16)，可分別控制試驗流量大小，所述的冷凝裝置由循環(huán)冷凝槽 (17)提供，冷凝槽立于試驗箱體旁，恒溫水流經(jīng)冷凝槽出水口(18)流出，通過纏繞在水箱內(nèi)的銅管保持水箱內(nèi)的溶液溫度恒定，而后通過冷凝槽入水口(19)流入，從而達到循環(huán)冷凝效果，恒溫試驗溶液通過水栗裝置(10)，經(jīng)試驗溶液流出口(14)，由流量調(diào)節(jié)裝置(4)控制流速，從而達到試驗環(huán)境石英玻璃管(15)內(nèi)的試驗段(13)，最后再通過試驗溶液流出口 (14)和試驗溶液流入口( 6)回到試驗溶液箱體(5)內(nèi)。
[0008]—種采用權(quán)利要求1所述的研究金屬在模擬冷凝環(huán)境下腐蝕行為的裝置的方法， 將試驗段固定在石英管(15)內(nèi)，試驗段內(nèi)部放入電熱偶，在實驗過程中設(shè)置并保持所需的溫度;在試驗溶液箱體(5)內(nèi)加入試驗所需溶液，由低溫恒溫循環(huán)冷凝裝置使試驗環(huán)境溶液保持溫度恒定，在實驗過程中恒溫溶液不斷流經(jīng)試樣管表面，并可通過流量控制裝置(3)控制流速，其具體步驟為:1)將試樣管放置在透明石英管(15)內(nèi)，通過溫控裝置(1)調(diào)節(jié)其內(nèi)部溫度，實驗過程中可通過肉眼觀察試驗管的腐蝕程度及變化；2)將試驗溶液，加入試驗溶液箱體(5)，并通過外接低溫恒溫循環(huán)冷凝裝置保持其溫度恒定，實驗過程中通過流量控制裝置(3)調(diào)節(jié)溶液流經(jīng)試樣管表面的流速；3)可同時進行四組平行試驗，可同時對比不同的管材性能，如B10冷凝管、B30冷凝管； 試驗也可設(shè)置四組不同的周期，如1、3、5、7月；本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是上述的試驗溶液為海水或淡水，根據(jù)實際要求配制。
[0009]試驗結(jié)束后，可通過一系列測試，如形貌觀察、成分測試等，可評價冷凝管的腐蝕程度等級并可分析其腐蝕發(fā)生的過程及機理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明提供一套可實時觀測的金屬在冷凝環(huán)境下腐蝕行為的裝置和方法，彌補了現(xiàn)有對冷凝管實驗室環(huán)境下研究的不足，目前的研究大多針對實際服役環(huán)境下對冷凝管失效的分析。本發(fā)明所采用的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在不同溫度、不同溶液以及不同的試驗周期下冷凝管的腐蝕行為并可對其進行實時觀測，可滿足冷凝管的不同的服役環(huán)境?！靖綀D說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的箱體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為試驗段的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為循環(huán)冷凝水槽結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中1.溫控裝置;2.試驗段觀察窗；3.流量控制裝置;4.流量計;5.試驗溶液箱體;6.試驗溶液流入口；7.試驗溶液流出口；8.恒溫循環(huán)冷凝水流入口；9.恒溫循環(huán)冷凝水流出口；10.水栗裝置；11.裝置滑動輪；12.熱電偶；13.試驗段試樣；14.試驗溶液流出口；15.透明石英玻璃管；16.試驗溶液流入口；17.循環(huán)冷凝水槽；18.循環(huán)冷凝槽出水口； 19.循環(huán)冷凝槽入水口。【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明裝置可實現(xiàn)的功能。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0015]本發(fā)明包括加熱裝置、流量控制裝置、冷凝裝置。圖1是本發(fā)明的箱體結(jié)構(gòu)示意圖， 分為三個部分，上部為試驗環(huán)境箱體、中部為流量控制箱體、下部為恒溫冷凝溶液箱體，箱體之間溶液由水管連通。圖2是試驗段的結(jié)構(gòu)示意圖，其外部是由耐高溫、高壓的石英玻璃管制作。圖3是循環(huán)冷凝水槽結(jié)構(gòu)示意圖。恒溫冷凝槽立于箱體旁邊，通過水管與箱體下部恒溫冷凝溶液箱體連接。
[0016]圖1中加熱裝置(1)是由四個獨立的熱電偶組成，加熱溫度精度為±2°C，試驗段放置在石英玻璃管(15)內(nèi)，上下端都由耐高溫塑料密封并通過緊固螺栓固定在箱體上，上端開有與試樣管外徑相匹配的圓孔，便于放置試樣管。試驗溶液流出口(7)通過水管與試驗段石英玻璃管內(nèi)試驗溶液流入口(16)連接，試驗段石英玻璃管內(nèi)試驗溶液從流出口(17)再通過水管流入口(6)流回試驗溶液箱體(5)，從而達到循環(huán)，溶液溫度由外接低溫恒溫冷凝裝置通過纏繞在水箱內(nèi)的冷凝銅管保持恒定。
[0017]如圖2所示，試樣為管狀試樣。工作段固定在石英玻璃管(15)內(nèi)，管內(nèi)由熱電偶加熱，管外流動恒溫溶液，可通過石英玻璃管肉眼觀察管壁腐蝕的發(fā)生過程。[〇〇18] 具體實施例1低溫循環(huán)冷凝裝置保持溶液箱體內(nèi)(5)溶液溫度恒定，將試驗冷凝管放入石英玻璃管 (13)內(nèi)，并將熱電偶(12)放入試驗冷凝管內(nèi)；打開水栗(10)將溶液栗入工作段的石英玻璃管內(nèi)，同時可通過流量計(4)調(diào)節(jié)溶液的流量，設(shè)置加熱裝置溫度即可實現(xiàn)材料的冷凝工作環(huán)境，實驗過程中可觀察冷凝管表面的腐蝕狀況并記錄，當達到試驗周期后，關(guān)閉熱電偶和水栗取出試驗冷凝管進行后續(xù)分析即可。
[0019]值得一提的是此裝置可同時進行四組平行試驗，而且可模擬不同冷凝環(huán)境，如不同的冷凝溫度、不同的冷凝溶液，同時可進行不同周期的試驗并可以通過肉眼觀察記錄，這對腐蝕發(fā)生的過程及其機理分析尤為重要。
[0020]本發(fā)明中試樣尺寸為長約30cm，外徑約2.5cm，壁厚約0.2cm;試驗溫度可控可調(diào)， 管內(nèi)溫度范圍為室溫?300°C，管外流動溶液溫度范圍(-10°O95°C);試驗溶液可根據(jù)實際情況配制，如淡水、海水等環(huán)境。
【主權(quán)項】
1.一種模擬冷凝環(huán)境的腐蝕試驗箱，包括箱體，加熱裝置、流量控制裝置、冷凝裝置，所 述的箱體分為三個部分，上部為試驗環(huán)境箱體、中部為流量控制箱體、下部為恒溫冷凝溶液 箱體，箱體之間溶液由水管連通，所述的加熱裝置為電熱偶(12)，用于控制冷凝管(13)內(nèi)溫 度，所述的流量控制裝置由流量計(4)組成，通過水管分別連接恒溫溶液流出口(7)和恒溫 溶液流入口(16)，可分別控制試驗流量大小，所述的冷凝裝置由循環(huán)冷凝槽(17)提供，冷凝 槽立于試驗箱體旁，恒溫水流經(jīng)冷凝槽出水口(18)流出，通過纏繞在水箱內(nèi)的銅管保持水 箱內(nèi)的溶液溫度恒定，而后通過冷凝槽入水口(19)流入，從而達到循環(huán)冷凝效果，恒溫試驗 溶液通過水栗裝置(10)，經(jīng)試驗溶液流出口(14)，由流量調(diào)節(jié)裝置(4)控制流速，從而達到 試驗環(huán)境石英玻璃管(15)內(nèi)的試驗段(13)，最后再通過試驗溶液流出口(14)和試驗溶液流 入口( 6)回到試驗溶液箱體(5)內(nèi)。2.—種如權(quán)利要求1所述的一種模擬冷凝環(huán)境的腐蝕試驗箱的使用方法，其具體步驟 為:1)將試樣管放置在透明石英管(15)內(nèi)，通過溫控裝置(1)調(diào)節(jié)其內(nèi)部溫度，實驗過程 中可通過肉眼觀察試驗管的腐蝕程度及變化；2)將試驗溶液，加入試驗溶液箱體(5)，并通過外接低溫恒溫循環(huán)冷凝裝置保持其溫 度恒定，實驗過程中通過流量控制裝置(3)調(diào)節(jié)溶液流經(jīng)試樣管表面的流速。3.如權(quán)利要求2所述的一種模擬冷凝環(huán)境的腐蝕試驗箱的使用方法，其特征是所述的 試驗溶液為海水或淡水，根據(jù)實驗要求配制。
【文檔編號】G01N17/00GK105954181SQ201610345232
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】董超芳, 孔德成, 肖葵, 徐奧妮, 何暢, 李曉剛
【申請人】北京科技大學