一种模拟硫酸露点腐蚀的实验装置及测试方法

摘要

本发明提供一种模拟硫酸露点腐蚀的实验装置及测试方法，包括加热装置，蒸发瓶，试验腔和回收装置；其中，加热装置包括电加热套；所述蒸发瓶置于电加热套内，蒸发瓶通过玻璃管与置于导热油箱内的加热管连接，再与试验腔连通，试验腔由试验腔外壳和试验腔内衬组成；试验腔外壳的内部设有固定装置，固定装置设在所述试验腔内衬上端；试验腔内衬的顶部设有测试孔，测试孔上设有密封垫片，试验腔外壳的出风口和连接所述试验腔内衬的排液口通过玻璃管连接至所述回收装置。测试时技术参数如下：电加热套的控制温度为60-200℃，所产生的腐蚀气体为三氧化硫气体；所述导热油箱的温度为25-200℃；回收装置处理废液和尾气的是质量浓度为30％的氢氧化钠溶液。

说明书

技术领域

本发明涉及工业设备材料的性能测试，提供一种模拟工业设备材料遭受露点腐蚀的性能测试实验装置及测试方法。

背景技术

露点腐蚀是由于工业气氛中的腐蚀介质在金属表面温度低于露点而凝聚所导致的腐蚀过程。例如在锅炉或各种燃烧炉中，燃料中的杂质硫燃烧后生成二氧化硫，其中部分二氧化硫又被氧化为三氧化硫，进而与燃气中的水蒸气结合生成硫酸，在温度低于硫酸露点的构件表面凝聚，造成设备发生严重的腐蚀失效。在石油化工行业中，常减压装置、焦化装置、烟道等所有与含硫燃气接触的设备低温位置，都有可能会发生硫酸露点腐蚀，一旦腐蚀发生，极易导致设备在很短时间发生穿孔、泄漏，造成非计划停车，大大增加了企业的生产成本。近年来我国自行开采或进口的原油中硫含量急剧增加，由此带来的硫酸露点腐蚀问题日趋严重。因此发明一种能够模拟硫酸露点腐蚀试验设备，将为研究各种工业气氛的硫酸露点腐蚀机理研究，以及耐硫酸露点腐蚀材料的评测提供快速、简便的试验手段。

CN101251467A公开了一种评价材料抗露点腐蚀的测试装置及测试方法，该装置的结构为二氧化硫气瓶连接干燥塔后通过流量计连接到气体混合器；空压机经干燥塔后通过流量计和置于恒温水槽内的鼓泡瓶连接，再连接到气体混合器；混合器与加热炉及尾气吸收装置串连，加热炉内放置腐蚀介质及试样的陶瓷坩锅。该装置通过测定试样实验前后的重量变化来评价材料的抗露点腐蚀性。但该发明至少存在两个严重问题：其一是该发明采取通入二氧化硫气体作为腐蚀介质，而实际工况中是三氧化硫和水蒸气凝结成硫酸的腐蚀介质，显然用二氧化硫来模拟硫酸露点腐蚀是不准确的；其二是发生露点腐蚀的必要条件是要求样片的温度低于露点温度，三氧化硫和水蒸气才会在其表面冷凝成硫酸，而该发明中的测试样片全部置于加热炉内，无法保证试样表面温度低于露点温度，甚至减缓氧化硫和水蒸气的冷凝。基于上述两个问题，用该发明来模拟硫酸露点腐蚀和实际工况有很大差异，其评测结果也可能不准确。

发明内容

针对我国目前还没有可进行硫酸露点腐蚀研究的模拟装置的现状，本发明的目的在于提供一种能够真实地模拟材料在实际工业环境中遭受硫酸露点腐蚀的实验装置和方法，用于研究各种工业气氛的硫酸露点腐蚀机理，以及为耐硫酸露点腐蚀材料的评测提供快速、简便的试验手段。

本发明一种模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，包括电加热装置，蒸发瓶，试验腔和回收装置。其中，所述加热装置包括电加热套；所述蒸发瓶置于电加热套内，所述蒸发瓶通过玻璃管与置于导热油箱内的加热管连接，再与所述试验腔连通，所述试验腔由试验腔外壳和试验腔内衬组成；所述试验腔外壳的内部设有固定装置，所述固定装置设在所述试验腔内衬上端；所述试验腔内衬的顶部设有测试孔，所述测试孔上设有密封垫片，所述试验腔外壳的出风口和连接所述试验腔内衬的排液口通过玻璃管连接至所述回收装置。

所述固定装置包括固定杆和固定螺栓，所述固定螺栓通过螺纹连接在固定杆上。

所述蒸发瓶的底部与补液瓶相连接，并设有阀门。

所述试验腔外壳设有鼓风机。

所述回收装置设有排空口。

本发明提供一种模拟硫酸露点腐蚀的测试方法：

(1).首先把待测试试样安装在试验腔内衬的顶部，并用固定螺栓固定；把硫酸溶液装入蒸发瓶和补液瓶，开启阀门；

(2).启动电加热套对蒸发瓶加热，使蒸发瓶中液体沸腾后产生腐蚀气体；

(3).产生的腐蚀气体经由置于导热油箱内的加热管进入试验腔；

(4).试验腔内多余的腐蚀气体通过出风口进入回收装置；试验腔内衬冷凝的液体通过排液口进入回收装置。

其中：腐蚀介质为三氧化硫气体；电加热套的控制温度为60-200℃；导热油箱的控制温度为25-200℃；处理废液和尾气的是质量浓度为30％的氢氧化钠溶液。

本发明的优点在于：一是采用硫酸蒸发方法直接制取三氧化硫气体作为腐蚀介质，可以更真实模拟实际工况中的腐蚀介质；二是通过导热油箱加热气体，实现腐蚀气体温度可调节，可以更真实模拟实际工况中的环境温度；三是测试试样仅有一面暴露在腐蚀介质中，另一面暴露在空气中并可通过风扇快速降温，保证了试样表面温度始终低于露点温度。基于上述优点，用本发明来模拟硫酸露点腐蚀非常接近实际工况，评测结果准确可靠。

附图说明

图1为本发明模拟硫酸露点腐蚀的实验装置结构示意图。

图2为本发明20#碳钢、Q345NS(鞍钢生产)和2205双相不锈钢三种材料采用本发明测试以及现场挂片耐硫酸露点腐蚀的试验结果图，

图中：

1.蒸发瓶                9.试验腔内衬

2.加热管                10.排液口

3.试验腔外壳            11.导热油箱

4.鼓风机                12.排空口

5.固定杆                13.回收装置

6.固定螺栓              14.补液瓶

7.密封垫片              15.阀门

8.出风口                16.电加热套

具体实施方式

如图1所示，本发明一种模拟硫酸露点腐蚀的实验装置，包括蒸发瓶1、加热管2、试验腔外壳3、鼓风机4、固定杆5、固定螺栓6、出风口8、试验腔内衬9、排液口10、导热油箱11、排空口12、回收装置13、补液瓶14、阀门15和电加热套16。

蒸发瓶1通过玻璃管与加热管2的入口连接，加热管2置于导热油箱11内，加热管2的出口通过玻璃管和试验腔外壳3以及试验腔内衬9的底部连通，固定杆5固定在试验腔外壳3的内部，固定螺栓6通过螺纹连接在固定杆5上，试验腔内衬9顶部的设有测试孔，密封垫片7设在测试孔上，鼓风机4固定在试验腔外壳3的左上侧，连接在试验腔外壳3右上侧的出风口8和连接试验腔内衬9底部的排液口10通过玻璃管连接至回收装置13，回收装置13设有排空口12，补液瓶14底部与蒸发瓶1的底部连接，并设有阀门15，蒸发瓶1放置在电加热套16里面。

本发明的工作过程如下：

首先把待测试试样通过固定螺栓6固定在固定杆5上，与测试孔相对应，紧固固定螺栓6使试样与试验腔内衬9压紧，然后把配制好的硫酸溶液装入蒸发瓶1和补液瓶14，开启阀门15；将配制好的质量百分比为30％的氢氧化钠溶液装入回收装置13；仔细检查各个连接头，确保无泄漏后，开启导热油箱11并设置温度稳定为120℃；启动电加热套16对蒸发瓶1加热，同时启动鼓风机4保证试样表面温度低于露点温度；控制电加热套16的温度略高于蒸发瓶1中液体沸点。

蒸发瓶1中液体沸腾后产生的腐蚀气体经玻璃管道进入置于导热油箱11内加热管2；腐蚀气体从加热管2出口流出进入试验腔，安装在试验腔内衬9顶部的试样接触到腐蚀气体后发生腐蚀；鼓风机4排出的气体和排液口10排除的气液体通过管道进入回收装置13，经回收液吸收净化后的气体通过排空口12直接排空；随着试验时间延长，蒸发瓶1中的液体逐渐减少，定期向补液瓶14补充配制好的硫酸溶液。完成预设的试验时间后，依次关闭阀门15、电加热套16、导热油箱11和鼓风机4，取出试样进行相关分析。

图2是本发明20#碳钢、Q345NS(鞍钢生产)和2205双相不锈钢三种材料采用本发明测试以及现场挂片耐硫酸露点腐蚀的试验结果图。

试验结果显示：2205双相不锈钢的耐硫酸腐蚀性能最好，20#碳钢最差，Q345NS的耐硫酸露点腐蚀性能居中，三种材料的实验室模拟测试结果和现场挂片结果吻合很好。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。