汽液两相流动加速腐蚀试验装置

摘要

一种汽液两相流动加速腐蚀试验的装置，其特征是包括测试釜体、油浴加热夹套、釜体盖、磁力旋转装置、高温参比电极、石墨辅助电极、工作电极、变频电机、恒电位仪、腐蚀测量计算机、设备控制箱、内衬套、气相发生器、电加热器和热电偶传感器。本发明采用电化学测量的方法，对汽液两相流动加速腐蚀的有关特性进行试验研究，包括，某种材料瞬态的腐蚀特性、腐蚀阻抗、腐蚀反应有关系数的测定、传质与腐蚀反应之间的关系、汽液两相流型与腐蚀速度之间的关系、以及腐蚀产物膜产生与破坏的机理和破坏的临界特性。采用磁力旋转装置实现高速旋转的同时，保证了优良的密封特性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验装置，具体来说是涉及石化、核电汽液两相流动加速腐蚀试验的装置。 

背景技术

目前，石化、核电等工业在我国国民经济发展中具有特别重要的战略地位。在这些工业领域中，高技术机械装置向着高温、高压、大型化的方向发展，由此给工业输运管道带来的工况条件越来越复杂，对管道的抗腐蚀能力及可靠性提出了极高的要求。为保证机械装备安全可靠的运行，避免重大事故的发生，与其相关的寿命预测和管道防腐蚀技术的研究成为影响国家发展战略以及国家中长期科学和技术发展的重大问题。面对复杂工况条件下管道安全隐患，依靠科学技术研究，发展和应用可靠性技术，对高温高压汽液两相条件下管道寿命预测以及先进纳米技术在管道防腐方面的应用，已在我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中被列为先进制造前沿技术之一。 

据瑞典核电监察机构统计表明，在核电站设备失效中汽液两相流动加速腐蚀是除了应力腐蚀开裂以外排在第二的失效方式。我国1995年对石化企业Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类管道爆炸和严重损失事故原因进行了调查和分析，发现由流动加速腐蚀引起的占总失效次数的29.8%。流动加速腐蚀现象常见于压水堆核电站二回路管路系统、加氢裂化流出物空冷器、火力发电厂蒸汽凝汽器以及高温高压蒸汽凝水管线等，长期在高温（100～310℃）、高压（可达15MPa）、气-液两相、高雷诺数（可达1E5～1E6）的复杂环境下运行。 

随着国民经济的迅猛发展，能源问题成为制约我国经济快速增长的绊脚石。我国在中长期发展规划中提出要新建一批核电站，然而我国对核电管道汽液两相流动加速腐蚀的研究相对比较薄弱。这将给设备安全运行、人员生命安全造成潜在的威胁。存在问题主要有： 

（1）缺少相应的专业实验设备，虽然某些设备可以间接地得到一些实验数据，但是缺乏通用性无法将这些数据推广到实际生产中。

（2）已有的实验设备有两种，即旋转圆盘试验机和模拟实际使用工况搭建的实验平台。前者可以得到传质对腐蚀的影响，但是由于旋转圆盘提供的动力不足的缺陷，无法得到流体力学与腐蚀之间的交互作用，而且该试验机只能得到单相流体的流动加速腐蚀试验数据。后者虽然能够得到汽液两相流动加速腐蚀的实验数据，但是由于腐蚀速度测量手段的限制，得到的数据不够精确，且该实验台不具备通用性。 

（3）某些单相冲刷腐蚀实验装置，由于其不满足实际工况的条件，无法弄清楚汽液两相流动加速腐蚀机理。其实验数据对汽液两相流动加速腐蚀不具备指导意义。 

发明内容

针对国内汽液两相流动加速腐蚀试验装置缺乏的情况下，本发明提供了一种能模拟高温高压汽液两相流动加速腐蚀实验装置。本发明具备更加宽广的使用范围，实验工况更加贴近实际情况的优点。适用于温度高达300℃、压力为6.3MPa的汽液两相、单相，腐蚀与流动耦合作用的流动加速腐蚀机理、流体力学仿真、腐蚀产物膜空化破坏、以及流动加速腐蚀临界特性和瞬时特性的研究。本发明通过以下技术方案实现： 

一种汽液两相流动加速腐蚀试验的装置，包括测试釜体、油浴加热夹套、釜体盖、磁力旋转装置、高温参比电极、石墨辅助电极、工作电极、变频电机、恒电位仪、腐蚀测量计算机、设备控制箱、内衬套、气相发生器、电加热器和热电偶传感器，所述测试釜体与釜体盖采用螺栓法兰结构联接；测试釜体与油浴加热夹套通过氩弧焊焊接起来；磁力旋转装置包括外磁鼓和内磁鼓，油浴加热夹套内的电加热器、热电偶温度传感器与设备控制箱相连构成控制温度的闭合回路，保证实验过程中介质处于恒温状态下；实验装置的动力系统采用磁力搅拌装置，即变频电机通过带动外磁鼓旋转，使内磁鼓在外磁鼓形成的磁场下进行动力传递，而内磁鼓通过传动轴与涡轮联接，从而将动力传递给测试釜体内的流体；变频电机、装在变频电机上的转速传感器与设备控制箱相连，构成转速控制回路；所述工作电极与气相发生器通过螺纹安装到内衬套上；安装时工作电极的测试面与内衬套表面平齐，根据气相含量调节气相发生器的大小。所述参比电极、石墨辅助电极、工作电极引出的导线利用高温胶密封在不锈钢管中，然后将软密封垫通过中心开有通孔的压紧螺栓压紧。实现装置的良好密封性能；所述釜体盖上开有五个孔，分别为石墨辅助电极导线引出孔、参比电极导线引出孔、注液\注气孔、温度感应器插入孔、压力表及安全连锁装置接入孔。

所述测试釜体与油浴加热夹套侧面分别开孔，这两个孔处在同一条轴线上。 

所述参比电极从釜体盖外侧装入釜体盖上开好的参比电极导线引出孔内，然后通过参比电极导向密封装置、四氟软垫片和压紧螺栓进行压紧密封。 

所述石墨辅助电极将石墨棒通过螺纹连接在石墨辅助电极连接棒上，石墨棒与釜体盖之间用四氟垫片隔开，石墨辅助电极连接棒与釜体盖相接触的地方通过四氟带绝缘。 

所述工作电极测试表面与参比电极铂丝尖端的距离为0.5-1.5mm。优选为1mm。 

所述磁力旋转装置通过循环冷却系统进行冷却。 

所述工作电极、参比电极、石墨辅助电极所引出的导线均与恒电位仪相连，恒电位仪与腐蚀数据采集计算机相连，实现腐蚀实验数据的采集。 

所述参比电极的导线，从参比电极导线引出装置中引出，该参比电极导线引出装置内填充高温胶密封，该参比电极导线引出装置与釜体盖之间通过四氟垫片密封，然后电极导线引出装置通过参比电极压紧螺栓压紧；为了提高密封的压力等级，参比电极导线引出装置上设有石墨软填料，石墨软填料通过密封套压盖压紧密封。 

所述工作电极的导线，从工作电极导线引出装置引出，工作电极导线引出装置内填充高温密封胶，工作电极导线引出装置与测试釜体之间通过四氟垫片密封，然后工作电极导线引出装置通过工作电极压境螺栓压紧；工作电极导线引出装置上设有石墨软填料，石墨软填料通过密封套压盖压紧密封。提高装置的密封的压力等级。 

所述汽相发生装置为圆柱形凸台；所述高温参比电极上设有参比电极保护套管；所述釜体盖通过紧固螺栓固定；所述外磁鼓外设有外磁鼓冷却系统外壳；所述油浴加热夹套侧部连通有油浴加热系统排烟接管，油浴加热夹套底部设有油浴加热系统排油接管；所述釜体底部设有釜体排液接管。 

本发明的有益效果是： 

本发明采用电化学测量的方法，对汽液两相流动加速腐蚀的有关特性进行试验研究，包括，某种材料瞬态的腐蚀特性、腐蚀阻抗、腐蚀反应有关系数的测定、传质与腐蚀反应之间的关系、汽液两相流型与腐蚀速度之间的关系、以及腐蚀产物膜产生与破坏的机理和破坏的临界特性。采用磁力旋转装置实现高速旋转的同时，保证了优良的密封特性。对流动加速腐蚀过程及汽液两相流体力学进行仿真分析；试验数据结合汽液两相流体力学、传质学、腐蚀反应理论的有关参数，研究腐蚀速度的分布规律。本发明可以对核电站二回路蒸汽凝水管线、石化系统高温高压蒸汽凝水管线，以及存在汽液两相流动加速腐蚀特性的装置进行仿真研究、寿命预测、结构优化设计、腐蚀速度预测、风险检验、安全评估等。为管道及有关设备的安全运行提供技术保障。另外，该试验装置结构简单，操作方便，易于推广。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。 

图2是本发明实施例的工作电极结构图。 

图3是本发明实例的参比电极密封结构图。 

图4是本发明实例的工作电极密封结构图。 

图5是本发明实例的石墨辅助电极密封结构图。 

图6是本发明实例的高温参比结构图。 

图7是本发明实例的汽相发生装置结构示意图。 

图8是本发明实例的汽相发生装置剖视结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述： 

如图1，一种汽液两相流动加速腐蚀试验的装置，包括测试釜体10、油浴加热夹套3、釜体盖13、磁力旋转装置、高温参比电极18、石墨辅助电极21、工作电极6、变频电机20、恒电位仪9、腐蚀测量计算机11、设备控制箱22、内衬套2、气相发生器7、电加热器1和热电偶传感器24，所述测试釜体10与釜体盖13采用螺栓法兰结构联接；测试釜体10与油浴加热夹套3通过氩弧焊焊接起来；磁力旋转装置包括外磁鼓15和内磁鼓16，油浴加热夹套内的电加热器1、热电偶温度传感器24与设备控制箱22相连构成控制温度的闭合回路，保证实验过程中介质处于恒温状态下；实验装置的动力系统采用磁力搅拌装置，即变频电机20通过带动外磁鼓15旋转，使内磁鼓16在外磁鼓15形成的磁场下进行动力传递，而内磁鼓16通过传动轴25与涡轮26联接，从而将动力传递给测试釜体10内的流体；变频电机20、装在变频电机20上的转速传感器与设备控制箱22相连，构成转速控制回路；所述工作电极6与气相发生器7通过螺纹安装到内衬套2上；安装时工作电极6的测试面与内衬套2表面平齐，根据气相含量调节气相发生器7的大小。所述参比电极18、石墨辅助电极21、工作电极6引出的导线利用高温胶密封在不锈钢管中，然后将软密封垫通过中心开有通孔的压紧螺栓压紧。实现装置的良好密封性能；所述釜体盖13上开有五个孔，分别为石墨辅助电极导线引出孔、参比电极导线引出孔、注液\注气孔、温度感应器插入孔、压力表及安全连锁装置接入孔。

测试釜体10与油浴加热夹套3侧面分别开孔，这两个孔处在同一条轴线上。用开有通孔的不锈钢棒分别焊接在测试釜体10外侧和油浴加热夹套外侧，供工作电极导线引出之用。参比电极导线引出装置14与工作电极导线引出装置5均由不锈钢棒制得。 

参比电极18从釜体盖13外侧装入釜体盖13上开好的参比电极导线引出孔内，然后通过参比电极导向密封装置、四氟软垫片和压紧螺栓进行压紧密封。 

石墨辅助电极21将石墨棒通过螺纹连接在石墨辅助21电极连接棒上，石墨棒与釜体盖13之间用四氟垫片隔开，石墨辅助电极连接棒与釜体盖13相接触的地方通过四氟带绝缘。 

工作电极6测试表面与参比电极18铂丝尖端的距离为0.5-1.5mm。优选为1mm。 

磁力旋转装置通过循环冷却系统17进行冷却。 

工作电极6、参比电极18、石墨辅助电极21所引出的导线均与恒电位仪9相连，恒电位仪9与腐蚀数据采集计算机11相连，实现腐蚀实验数据的采集。 

参照图2，工作电极的测量面，测试表面用800目-1200目金相砂纸打磨抛光，然后用乙醇和丙酮除油，并用蒸馏水洗净，置于干燥处待用。将导线用锡焊焊接到工作电极的中心孔中。其他非测量表面在实验的过程中与介质隔离而切绝缘。 

参照图3，参比电极的导线35，从参比电极导线引出装置14中引出，该参比电极导线引出装置14内填充高温胶密封36，该参比电极导线引出装置14与釜体盖13之间通过四氟垫片33密封，然后电极导线引出装置14通过参比电极压紧螺栓19压紧；为了提高密封的压力等级，参比电极导线引出装置14上设有石墨软填料34，石墨软填料34通过密封套压盖29压紧密封。 

参照图4，工作电极的导线35’，从工作电极导线引出装置5引出，工作电极导线引出装置5内填充高温密封胶36，工作电极导线引出装置5与测试釜体10之间通过四氟垫片33密封，然后工作电极导线引出装置5通过工作电极压境螺栓4压紧；工作电极导线引出装置5上设有石墨软填料34，石墨软填料34通过密封套压盖29压紧密封。提高装置的密封的压力等级。 

参照图5，石墨辅助电极21通过螺纹与石墨电极连接件37连接，该石墨电极连接件37与测试釜体10之间通过参比电极压紧螺栓19压紧四氟垫片。实现密封盒绝缘的。 

参照图6，高温参比电极，采用耐高温玻璃30作为外壳，测量端31采用直径为1mm的铂丝，耐高温玻璃壳内封装着直径为0.1mm的铂丝，壳内用高温胶填充。参比电极的封头32采用陶瓷制成。 

参照图7，汽相发生装置7，安装在工作电极6的上游，根据含气率的不同选用不同直径的气相发生装置。其工作原理是，测试釜体10内的介质始终处在饱和状态，当流体流过汽相发生装置时，会产生负压区，使压力低于饱和蒸汽压，介质开始蒸发，产生气泡，通过选择合适的安装距离可以有效的制造出人工汽化流场。   

汽相发生装置7为圆柱形凸台。高温参比电极18上设有参比电极保护套管8；釜体盖13通过紧固螺栓12固定；外磁鼓15外设有外磁鼓冷却系统外壳17；油浴加热夹套3侧部连通有油浴加热系统排烟接管23，油浴加热夹套3底部设有油浴加热系统排油接管27；釜体10底部设有釜体排液接管28。

工作电极、参比电极、石墨辅助电极所引出的导线均与CHI660C电化学工作站相连，CHI660C电化学工作站与数据采集计算机相连，实现腐蚀实验数据的采集。 

所述的石墨辅助电极采用耐温、导电性能较好的石墨制成。 

作为本发明的进一步改进，所述的参比电极采用耐高温玻璃封装铂丝制成。 

所述的气相发生装置，采用316L不锈钢制成直径不同的圆柱体，根据含气率的大小，选择相应直径的圆柱体。 

作为本发明的进一步改进，所述参比电极、工作电极引出的导线利用高温密封胶、密封套、密封套压盖、石墨软填料、四氟垫片制成。 

所述的工作电极测试表面与参比电极铂丝尖端的距离为1mm。 

所述的磁力旋转装置通过循环冷却液进行冷却。 

所述的石墨辅助电极将石墨棒通过螺纹连接在石墨辅助电极连接棒上，石墨棒与测试釜体10盖之间用四氟垫片隔开，石墨辅助电极连接棒与釜体盖相接触的地方用四氟带绝缘。