一种高温蒸汽氧化试验装置的制作方法

本发明涉及氧化试验装置技术领域，特别涉及一种以模拟火力发电厂蒸汽流通部件服役状态的高温蒸汽氧化试验装置。

背景技术：

鉴于我国目前资源状况和煤炭在能源生产及消费结构中占用非常重要的比例，高效率、高参数的超临界(sc)和超超临界(usc)火电机组是火电发展的主要方向，超临界(sc)和超超临界(usc)燃煤发电技术是目前国际上比较成熟且广使用一种清洁燃烧技术。鉴于世界现有的火力发电技术水平，不断提升机组蒸汽参数是提高火力发电厂效率的主要途径，即提高蒸汽温度和蒸汽压力。

由于火力发电厂锅炉蒸汽温度和蒸汽压力的进一步增加，越来越多锅炉爆管事故随之发生。统计发现电站锅炉事故中,受热面管水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管,又称“四管”的爆漏损坏事故最为严重和常见,约占锅炉事故的,火电厂锅炉的“四管”爆漏引起的非计划停运时间占机组非计划停运时间的48.9％左右,少发电量占全部事故少发电量的50％以上。造成“四管”爆漏事故的原因很多,一般大容量高参数锅炉“四管”爆漏主要由于氧化、应力腐蚀、过热、磨损、焊接质量及材质等原因引起。而对于承受高温和高压蒸汽作用的过热器管和再热器管来说,氧化和腐蚀更是造成爆管的主要因素。作为高压高温承压部件的过热器、再热器管在高温水蒸汽环境下管道内壁氧化严重，氧化膜剥落使得管壁有效壁减小，另一方面管壁氧化膜增厚也会使其导热性变差，运行温度提高，管道将处于超温服役状态，最后导致炉管爆裂失效。再者，剥落的氧化皮对汽轮机末级叶片造成严重的冲刷损伤，主汽门也会出现因剥落的氧化皮导致卡涩现象。

目前在役超临界(sc)和超超临界(usc)火电机组使用的管道。高温水蒸气会加速合金材料氧化，管道在水蒸气中比空气中氧化更严重，氧化机理也与空气中氧化不同。在水蒸气气氛中，随温度升高，氧化速度明显加快，氧化产物为fe3o4、fe2o3、(fe,cr)3o4和(fe,cr)2o3等，但在氧化初始阶段也可能生成cr2o3相，在表面形成一层保护性的氧化薄膜。随着氧化速度加快和温度的变化，厚氧化膜受到较大的生长应力和热应力，加之氧化膜的塑性变形程度小，管道在服役过程中经常出现氧化膜开裂剥落现象，而氧化膜的剥落又进一步加快氧化速度。

目前，国内外对管道氧化机理的研究相对校多，对提高管道材料抗氧化性的方法也有不少的研究，但针对管道这个部件在实际运行过程中的防止氧化皮脱落的手段非常少，并且研究的许多提高抗氧化性的方法在实际工程上并不能适用。

基于此，本发明设计了一种高温蒸汽氧化试验装置，以模拟火电厂蒸汽流通部件服役条件的参数和火电厂实际服役条件等手段，对管道抗氧化机理进行不同表面处理工艺下，管道抗氧化影响的研究，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高温蒸汽氧化试验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高温蒸汽氧化试验装置，包括除氧水箱、给水箱、蒸发器、电炉、冷凝器、循环水箱、水泵、计量泵、循环水泵及若干阀门和管路，所述除氧水箱的上端通过管路和设置在管路上的阀门与真空泵及真空压力表相连通，所述除氧水箱的上端还通过管路和设置在管路上的阀门连接补水口，所述蒸发器的内部安装有除氧管，所述除氧管的输入端通过管路和设置在管路上的减压阀和流量控制器与氩气瓶相连通，所述除氧水箱和给水箱的上端通过管路和设置在管路上的阀门与水封相连通，所述水封通过管路与大气相连，所述除氧水箱和给水箱之间通过管路和设置在管路上的阀门及水泵相连，所述给水箱通过管路和设置在管路上的流量计及计量泵与蒸发器的入口相连通，所述电炉的内部设有试验仓，所述蒸发器的出口通过管路与试验仓的入口相连通，所述试验仓的出口通过管路与冷凝器的入口相连通，所述冷凝器的出口通过管路和设置在管路上的阀门与循环水箱的入口相连通，所述循环水箱的出口通过管路和设置在管路上的阀门及循环水泵与除氧水箱相连通。

优选的，所述除氧水箱和给水箱的侧面均设有由透明材料制成的水位计，所述除氧水箱的底部和顶部通过管路与水泵和溶解氧表构成回路。

优选的，所述除氧水箱的底部安装有电加热管。

优选的，所述除氧水箱和给水箱的下端设有管路和设置在管路上的排污阀。

优选的，所述蒸发器和电炉的内腔分别设有热电偶组件一和热电偶组件二，所述热电偶组件一和热电偶组件二通过线路与计算机相连接。

优选的，所述试验仓与外界大气隔离，所述试验仓的一端设有蒸汽入口的法兰盘，另一端设有蒸汽出口端盖，所述试验仓的内腔顶部均匀设有用于安装热电偶组件二的测点，所述试验仓的内腔底部安装有安装座，所述安装座的顶部均匀设设有若干试样。

优选的，所述试验仓的内壁设有保温层，所述试验仓的内腔靠近法兰盘的一侧均匀设有扰流板，所述扰流板的外壁上均匀开有微孔。

优选的，所述安装座的顶部均匀设有定位块，所述定位块通过螺栓将试样固定在安装座上。

优选的，若干所述试样分别为由不同表面处理工艺处理后的试验件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过采用若干经不同处理工艺下的试样置于该在高温蒸汽氧化试验装置的电炉内，通过改变试验温度，获得不同温度氧化试验的数据，可用于绘制出材料水蒸汽氧化动力学曲线，根据不同工艺处理后的试样在相同参数条件下的氧化试验结果，可以比较材料的抗氧化性能，分析出各个试样承压部件不同表面处理工艺在抗氧化特性上的差异，提出改各个试样抗氧化特性的工艺，并且能在工程实际上得以实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明试验仓内部结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、除氧水箱；2、给水箱；3、蒸发器；4、电炉；5、冷凝器；6、循环水箱；7、真空压力表；8、真空泵；9、除氧管；10、减压阀；11、流量控制器；12、氩气瓶；13、电加热管；14、水泵；15、溶解氧表；16、补水口；17、阀门；18、水封；19、水位计；20、排污阀；21、计量泵；22、流量计；23、热电偶组件一；24、热电偶组件二；25、计算机；26、试验仓；27、循环水泵；28、法兰盘；29、端盖；30、保温层；31、扰流板；32、微孔；33、安装座；34、试样；35、定位块；36、螺栓；37、测点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种高温蒸汽氧化试验装置，包括除氧水箱1、给水箱2、蒸发器3、电炉4、冷凝器5、循环水箱6、水泵14、计量泵21、循环水泵27及若干阀门17和管路，所述除氧水箱1的上端通过管路和设置在管路上的阀门17与真空泵8及真空压力表7相连通，所述除氧水箱1的上端还通过管路和设置在管路上的阀门17连接补水口16，所述蒸发器3的内部安装有除氧管9，所述除氧管9的输入端通过管路和设置在管路上的减压阀10和流量控制器11与氩气瓶12相连通，使得氩气可以按比例输出，除氧水箱1的作用主要对试验用水进行除氧，同时还具备储水功能，结合真空泵8抽真空，点集热管13加热和惰性氩气可以对水中溶解氧含量降低到2ppb以下，真空泵8对除氧水箱1抽真空，使得溶解在水中的氧气尽量排出，在相应阀门17开启的条件下，还可以对整个系统抽空，从而排出装置内的空气，真空压力表7可显示除氧水箱1内的真空度或气体压力，所述除氧水箱1和给水箱2的上端通过管路和设置在管路上的阀门17与水封18相连通，所述水封18通过管路与大气相连，通过开启相应的阀门17，可将位于除氧水箱1和给水箱2内的气体排出至大气，水封18还能够避免外界空气的进入，所述除氧水箱1和给水箱2之间通过管路和设置在管路上的阀门17及水泵14相连，除氧后，经除氧水箱1内的水源通过开启水泵14和相应的阀门17可将水源通入至给水箱2内，所述给水箱2通过管路和设置在管路上的流量计22及计量泵21与蒸发器3的入口相连通，流量计22可显示水流量，计量泵21可定量进行供水，进入到蒸汽器3内的水源进行蒸发，产生高温蒸汽并进入到电炉4内，进行试验，所述电炉4的内部设有试验仓26，所述蒸发器3的出口通过管路与试验仓26的入口相连通，电炉4进行加热至实验温度，开始计时，待试验进行到一定时间后，计时结束，将试样34冷却干燥后对试样进行称重或者进行金相制样测量氧化层厚度，所述试验仓26的出口通过管路与冷凝器5的入口相连通，所述冷凝器5的出口通过管路和设置在管路上的阀门17与循环水箱6的入口相连通，所述循环水箱6的出口通过管路和设置在管路上的阀门17及循环水泵27与除氧水箱1相连通，试验仓26排出的蒸汽在冷凝器5的作用下，冷凝成水，并通过循环水箱6进行回收，再利用循环水泵27重新回到除氧水箱1内，以便继续使用，节约水资源。

其中，所述除氧水箱1和给水箱2的侧面均设有由透明材料制成的水位计19，可以指示除氧水箱1和给水箱2中的水位，所述除氧水箱1的底部和顶部通过管路与水泵14和溶解氧表15构成回路，由水泵14强制使除氧水箱1中的水由箱底流出经过溶解氧表15从箱顶回到箱内，可以在除氧过程中随时监测水中的溶解氧含量，同时还可以使除氧水箱1内水除氧更加均匀，避免有死角出现。

其中，所述除氧水箱1的底部安装有电加热管13，可对除氧水箱1内的水加热至设定温度，例如98℃自动断电，根据水中气体溶解度随温度上升而很快下降的特点，可以帮助去除水中的溶解氧。

其中，所述除氧水箱1和给水箱2的下端设有管路和设置在管路上的排污阀20，用于排出长时间运行，参与水可能沉积的杂质。

其中，所述蒸发器3和电炉4的内腔分别设有热电偶组件一23和热电偶组件二24，所述热电偶组件一23和热电偶组件二24通过线路与计算机25相连接，通过热电偶组件一23和热电偶组件二24可实时监测位于蒸发器3和电炉4内蒸汽的温度，并再计算机25上进行控制和显示。

其中，所述试验仓26与外界大气隔离，所述试验仓26的一端设有蒸汽入口的法兰盘28，另一端设有蒸汽出口端盖29，所述试验仓26的内腔顶部均匀设有用于安装热电偶组件二24的测点37，所述试验仓26的内腔底部安装有安装座33，所述安装座33的顶部均匀设设有若干试样34，所述试验仓26的内壁设有保温层30，减少热量损失，以确保电炉4内蒸汽温度恒定，所述试验仓26的内腔靠近法兰盘28的一侧均匀设有扰流板31，所述扰流板31的外壁上均匀开有微孔32，增加蒸汽进入到试验仓26内对试样接触的均匀性，提高试验精度，所述安装座33的顶部均匀设有定位块35，所述定位块35通过螺栓36将试样34固定在安装座33上，对试样34安装、拆卸方便，便于试验的有效进行。

其中，若干所述试样34分别为由不同表面处理工艺处理后的试验件，包括渗铝处理工艺、喷丸处理工艺、喷丸与电泳沉积稀土薄膜复合处理工艺、热浸镀铝并退火处理工艺等，通过改变试验温度，获得不同温度氧化试验的数据，可用于绘制出材料水蒸汽氧化动力学曲线；根据不同材料在相同参数条件下的氧化试验结果，可以比较材料的抗氧化性能。

本实施例的一个具体应用为：实验开始前，通过采购若干相同的管道试样34，并对其进行进行组织性能评定，并对其进行表面处理，实验开始时，首选需对装置进行除氧，仅保持除氧水箱1内加满水，而积水箱2内为空桶，用真空泵8对装置抽真空，随后用通过氩气瓶12将装置充满，将压力达到略高于大气压力，随后通过电加热管13对除氧水箱1内的水进行加热至设定温度，通过氩气瓶12内的氩气对除氧水箱1中的水进行除氧，溢出的气体通过水封18排出至大气，同时洗出装置内的残余气体，观察溶解氧表15的读数，达到试验所需数值使是系统压力保持到略高于大气压力时关闭氩气瓶12，对蒸发器3和电炉4加热至所设定的温度，打开计量泵21，调整到适当流量，待电炉4达到试验温度，试验开始计时，待试验进行到一定时间后，计时结束，将试样34冷却干燥后对各个试样34进行称重或者进行金相制样测量氧化层厚度，然后调节电炉4的温度，获得不同温度氧化试验的数据，各个试样34分别为由不同表面处理工艺处理后的试验件，包括渗铝处理工艺、喷丸处理工艺、喷丸与电泳沉积稀土薄膜复合处理工艺、热浸镀铝并退火处理工艺等，通过改变试验温度，获得不同温度氧化试验的数据，可用于绘制出材料水蒸汽氧化动力学曲线，根据不同工艺处理后的试样在相同参数条件下的氧化试验结果，可以比较材料的抗氧化性能，分析出各个试样34承压部件不同表面处理工艺在抗氧化特性上的差异，提出改各个试样34抗氧化特性的工艺，并且能在工程实际上得以实现。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。