本发明涉及一种材料腐蚀实验装置，具体涉及一种超临界二氧化碳腐蚀实验装置。
背景技术：
超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环以处于超临界状态的二氧化碳(临界压力7.38MPa，临界温度30.98℃)为工质，采用布雷顿循环原理实现能量转换。相比当前大规模使用的蒸汽动力循环，S-CO2布雷顿循环高温(一般高于400℃)下的能量转换效率更高，且涡轮系统和冷却设备的体积仅相当于蒸汽系统对应设备体积的十分之一；相比于常规气体布雷顿循环，其压缩过程参数位于工质临界点附近的特点使得压缩功耗显著降低，循环效率明显提高。超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环因其自身的技术优势在新型燃机、第四代核电、火电以及太阳能发电机组中具有潜在的应用。相对于系统设计，S-CO2布雷顿循环系统中关键部件，如涡轮、热交换器、管道等，合金腐蚀行为将是决定系统安全和部件寿命的重要因素之一。
一般认为，较低温度下(<400℃)干燥的、纯S-CO2流体是稳定的，与接触的金属部件(压力容器、管道、动力部件等)发生反应的速率极低。而在CO2捕捉和存储、CO2运输、超临界CO2布雷顿循环系统中，掺杂水蒸气、含硫气体(1mg/L量级)、空气等是不可避免的，也是导致腐蚀现象产生的原因。在更高的温度下，如超临界CO2布雷顿循环火电机组中CO2的温度和压力可达到650℃/25MPa或更高，即便以超纯的CO2作为流动介质，系统中的关键部件仍会出现一定的腐蚀现象。腐蚀程度与合金材质、温度和压力等环境参数有密切的关系。
因此，将超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环应用到发电机组时，很有必要对合金的超临界二氧化碳腐蚀行为进行考察，对合金在服役环境中的腐蚀机制进行剖析。但是考虑到电厂发电效率问题，很难在电厂开展实测实验，因此，有必要开发一种能够有效模拟锅炉运行条件的实验室测试设备。目前有关合金在S-CO2环境中的腐蚀行为研究报道相对较少，所用腐蚀实验装置不具备高压条件，其实验参数远低于超临界二氧化碳循环火力发电系统目标参数(750℃，30MPa)，且无法模拟高温高压动态腐蚀的实验需求。因此，考虑到合金耐超临界二氧化碳腐蚀性对研发超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环发电机组的重要性，设计一种有效模拟锅炉运行条件的超临界二氧化碳高温高压耐蚀性实验室测试设备迫在眉睫，解决超临界二氧化碳腐蚀问题，为高参数超临界二氧化碳发电技术提供理论基础和新思路。
技术实现要素：
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于，针对超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环，提供一种能够在实验室条件下，简单有效的实现测试材料在高温高压超临界二氧化碳(S-CO2)条件下腐蚀行为的动态循环超临界二氧化碳腐蚀实验装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种超临界二氧化碳腐蚀实验装置，包括二氧化碳气源、预热炉和用于放置试样的腐蚀反应釜，二氧化碳气源的出口经增压泵、定量注入容器与预热炉入口相连通，预热炉出口与腐蚀反应釜入口相连通，腐蚀反应釜的出口连接有冷却系统；所述预热炉上安装有用于控制预热炉温度的控温热电偶。
本发明进一步的改进在于，所述增压泵连接有空气压缩机。
本发明进一步的改进在于，所述增压泵的出口经高压储罐与定量注入容器相连通。
本发明进一步的改进在于，所述定量注入容器连接有高压平流泵。
本发明进一步的改进在于，所述腐蚀反应釜设置在釜体加热炉内。
本发明进一步的改进在于，所述腐蚀反应釜顶部和底部设置有快开阀门，腐蚀反应釜上还设置有釜体测温热电偶。
本发明进一步的改进在于，所述冷却系统包括冷凝器和气液分离器，高压反应釜的出口经管路、背压阀及冷凝器后与气液分离器连接。
本发明进一步的改进在于，所述气液分离器的出口经管路、阀门与干燥器的入口相连通，干燥器的出口与二氧化碳气源相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过设置二氧化碳气源、增压泵、定量注入容器、腐蚀反应釜以及冷却系统，将二氧化碳气源经过增压泵增压后，通过定量注入容器，能够按照实验所需向预热炉内注入一定量的二氧化碳，并且通过在预热炉内设置控温热电偶来实时的控制预热炉内的温度，然后二氧化碳进入腐蚀反应釜，在腐蚀反应釜后设置冷凝系统，能够提高气体的冷凝速率，增加系统的稳定性和安全性。本装置结构简单，能够在实验室条件下，简单有效的实现测试材料在高温超临界二氧化碳(S-CO2)条件下腐蚀行为。
进一步的，本发明通过将冷却系统与二氧化碳气源相连，形成介质流动回路，实现二氧化碳的动态循环，能够真实模拟锅炉运行条件，有效节约成本。
进一步的，通过设置釜体加热炉，能够对二氧化碳再次加热达到腐蚀实验所需的温度。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图。
其中：1、二氧化碳气源；2、干燥器；3、空气压缩机；4、增压泵；5、高压储罐；6、定量注入容器；7、高压平流泵；8、预热炉；9、腐蚀反应釜；10、冷凝器；11、气液分离器；12、背压阀；13、测温热电偶；14、控温热电偶；15、阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括通过管路顺次连接的二氧化碳送气系统、预热炉8和腐蚀反应釜9，二氧化碳来自于99.9998％二氧化碳气源1以及经过干燥器2干燥后的二氧化碳；二氧化碳送气系统包括二氧化碳气源1，二氧化碳气源1出口经阀门与增压泵4相连，增压泵4连接有空气压缩机3；气源经过增压泵4增压后进入高压储罐5；高压储罐5的出口与定量注入容器6入口相连，定量注入容器6出口与预热炉8入口相连通，预热炉8出口与腐蚀反应釜9入口相连通；定量注入容器6连接有高压平流泵7，且该定量注入容器6进出口分别设置阀门来控制气源流速；通过控制得到合适流速的气源进入预热炉8，预热炉8上安装有用于控制预热炉温度的控温热电偶14，预热炉8的出口经管道与设置在釜体加热炉内且用于放置待测部件的高压反应釜9相连通，腐蚀反应釜9上设置有釜体测温热电偶13，并且腐蚀反应釜9顶部和底部设置有快开阀门，高压反应釜9的出口经管路、背压阀12及冷凝器10后与气液分离器11连接；气液分离器11的出口经管路、阀门15与干燥器2的入口相连通，经过气液分离器11分离后的气源经管路进入干燥器2内，干燥器2的出口与二氧化碳气源1相连通，实现气体循环利用。
本发明的工作过程：装置运行前的准备工作包括检查气源、试样安装、排空系统、设置增压泵4和定量注入容器6几个步骤。首先检查气源，确保二氧化碳气源充足、不漏气，然后对试样进行安装。试样安装指将试样固定在试样台架上并放置于腐蚀反应釜9内。排空系统指关闭背压阀12及阀门15，开启腐蚀反应釜9上的阀门向腐蚀反应釜9通入试验所需气源，排出其他流体。设置增压泵4和定量注入容器6，包括压力和流量的设置。
正常状态：以增压泵4和定量注入容器6为起点，超临界二氧化碳在增压泵4的压力作用下向前流动，经定量注入容器6和高压平流泵7稳定流量及缓冲压力波动后进入蒸汽预热炉8进行加热，达到指定蒸汽预热温度，约350-650℃；然后流体通过管路进入釜体加热炉，由釜体加热炉再次加热，达到实验所需温度，且由炉体底部进入高压反应釜9。出高压反应釜9的气源首先通过背压阀12，减压后由冷凝器10进行冷却，将流体冷凝、液化。冷凝后的流体通过管路进入气液分离器11，然后通过管路导入干燥器2，从而实现循环利用。
实验结束时，首先关闭气源阀门，关闭增压泵4和定量注入容器6，然后关闭预热炉8、腐蚀反应釜9，腐蚀反应釜9随炉缓慢冷却至室温，开启快开阀门取出试样。正常实验一般不需要实验人员干预，系统将自动运行。