本实用新型属于金属材料在高温高压环境中的试验研究技术领域，具体涉及一种控制氧含量的动态高温高压蒸汽氧化试验装置。
背景技术：
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在火力发电领域中，随着人们对节约能源和保护环境的日益重视，机组参数不断提高，过热器、再热器、高温蒸汽管道、汽轮机转子、叶片、喷嘴等蒸汽流通部件的蒸汽侧氧化问题也越来越突出。开发适合的试验设备是研究并解决金属蒸汽氧化问题的关键，其中水化学控制和循环系统是设备的核心，为保证试验结果可靠有三个关键因素：(1)蒸汽或水中的氧含量可控，由于蒸汽中的含量会影响材料的氧化层结构以及氧化速率，蒸汽中的氧含量是否可控制到火电机组实际运行时蒸汽条件(水全挥发处理时为10ppb以下，加氧处理时为30ppb～150ppb)，即成为试验结果是否可靠的关键因素。(2)蒸汽流量不能过低，由于蒸汽氧化的反应过程中会生成H2、CrO2(OH)2等挥发性的反应产物，如果蒸汽为静态或流量过低，挥发性反应产物不能被及时带走，反应进入平衡状态，试验结果就不能真实反映材料的抗蒸汽氧化性能。(3)温度和压力应可以达到电站锅炉常见的超临界条件。除了这三个关键条件以外，系统简单可靠、方便以及节能环保也是必须考虑的。
国内外很多研究单位都开发了蒸汽或超临界水氧化试验装置，例如专利：专利CN 10162661 B《金属材料高温水蒸汽氧化实验装置》、CN 103543096 A《一种动态高温高压氧化实验装置》：美国NETL实验室的蒸汽氧化装置、美国Wisconsin–Madison大学超临界水氧化装置、日本Nippon Steel公司的实验台以及浙江工业大学废水处理的超临界水氧化实验装置等设备的主要缺点是蒸汽中的氧含量等关键因素无法控制。专利申请文件200810011845.5《一种在超临界水中进行长时间氧化腐蚀实验的方法和设备》介质为静态。专利CN 101118211 B《高温蒸汽氧化试验装置》不能用于高压，且冷凝的水需要定期处理，需要消耗大量的氩气。专利CN 102519863 A《一种超临界水蒸汽氧化试验装置》实现了超临界水氧化环境，但是有以下缺点：(1)通过设定氩气和氧气的流量调节水中的溶解氧含量，调节范围小，不能达到10ppb以下，做不到实时观察和控制氧含量；(2)在水路中先设置加热棒加热，随后又设置水冷套，浪费大量电能和自来水；(3)结构复杂，水循环系统中设置三个密封结构的蒸馏水箱，且水箱上安装排水阀、观察窗、加热管、换热器等部件，安全可靠性较差。
技术实现要素：
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本实用新型的目的是为了克服现有高温高压环境下加载技术中的以上弊端，提供了一种控制氧含量的动态高温高压蒸汽氧化试验装置。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案来实现的：
控制氧含量的动态高温高压蒸汽氧化试验装置，包括给水组件、真空除氧组件、惰性气体除氧组件、常温循环水回路、高温高压水回路和高压反应釜及加热组件；其中，
给水组件包括储水桶，储水桶顶部管路依次通过背压阀A和单向阀A与大气相连通；
真空除氧组件包括真空泵；
惰性气体除氧组件包括比例电磁阀、单向阀B和惰性气体气瓶；
常温循环水回路包括循环泵、流通池和溶解氧表；
高温高压水回路包括高压计量泵、阻尼器、换热器、冷凝器和背压阀B；
高压反应釜及加热组件包括釜体加热炉和高压反应釜；
其中，真空泵通过管路与储水桶相连通；
惰性气体气瓶通过管路以及设置该管路上的单向阀B和比例电磁阀与储水桶的惰性气体入口相连通；
流通池通过管路以及设置该管路上的循环泵和溶解氧表与储水桶形成常温循环水回路；
高压计量泵、阻尼器、换热器、冷凝器和背压阀通过管路与储水桶形成高温高压水回路；
高压反应釜设置在釜体加热炉内，釜体加热炉通过管路与换热器形成水循环回路。
本实用新型进一步的改进在于，给水组件还包括高纯水机和给水泵，给水泵用于将高纯水机制取的高纯水加入至储水桶中。
本实用新型进一步的改进在于，给水组件还包括设置在储水桶底部的排污口，以及设置在储水桶侧面的水位计。
本实用新型进一步的改进在于，真空除氧组件还包括设置在真空泵与储水桶相连通的管路上的压力表A。
本实用新型进一步的改进在于，惰性气体气瓶还包括通过信号线与溶解氧表和比例电磁阀相连接的溶解氧控制系统。
本实用新型进一步的改进在于，常温循环水回路还包括设置在管路上的阀门。
本实用新型进一步的改进在于，流通池内装有溶解氧传感器，溶解氧传感器的信号通过溶解氧表整合为4-20mA的电流信号，该电流信号传递到所述溶解氧控制系统，溶解氧控制系统根据实测溶解氧值和设定溶解氧值计算出4-20mA控制信号，输出到比例电磁阀上，控制其开关比例，进而控制惰性气体通入量。
本实用新型进一步的改进在于，高温高压水回路还包括设置在管路上的单向阀C、压力表B、第一过滤器和泄压阀。
本实用新型进一步的改进在于，高温高压水回路还包括冷水机，该冷水机通过管路与冷凝器形成水循环回路。
与现有技术相比，本实用新型中给水组件为试验装置提供高纯水，真空除氧组件、惰性气体除氧组件和常温循环水回路三者配合精确控制回路中溶解氧含量，高温高压回路和高压反应釜及加热组件为蒸汽氧化试验提供高温高压环境，同时实现动态循环。具体来说，本实用新型试验装置的有益效果在于：
1、本实用新型试验装置通过溶解氧控制系统控制回路中溶解氧含量，能够长期精确控制溶解氧含量在10ppb以下。
2、本实用新型采用真空除氧组件和惰性气体除氧组件相结合的方式除氧，提高了除氧效率，同时可以大大减少惰性气体的使用量，节约成本。
3、本实用新型试验装置可以通过高压计量泵和背压阀来调节高温高压水回路中的压力在0至40MPa之间，温度可以由釜体加热炉控制在室温到800℃之间，可以满足不同试验条件需求。
4、本实用新型通过一套换热器将大部分高压反应釜内高温出水的热量传递给低温进水，这样既可以减少热量损失，节约能源，又可以使出水温度显著降低，出水再经过冷凝器后降至常温，经过滤器过滤后回到储水桶中自动循环反复利用。
附图说明：
图1为本实用新型控制氧含量的动态高温高压蒸汽氧化试验装置的结构示意图。
图中：1为高纯水机；2为给水泵；3为储水桶；4为背压阀A；5为单向阀A；6为排污口；7为水位计；8为真空泵；9为压力表A；10为比例电磁阀；11为第二过滤器；12为单向阀B；13为惰性气体气瓶；14为溶解氧控制系统；15为循环泵；16为阀门；17为流通池；18为溶解氧表；19为高压计量泵；20为阻尼器；21为单向阀C；22为换热器；23为釜体加热炉；24为高压反应釜；25为冷凝器；26为压力表B；27为第一过滤器；28为背压阀B；29为泄压阀；30为冷水机。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型一种控制氧含量的动态高温高压蒸汽氧化试验装置，包括给水组件、真空除氧组件、惰性气体除氧组件、常温循环水回路和高温高压水回路。具体安装步骤如下：
所述的给水组件包括高纯水机1、给水泵2、储水桶3，高纯水机1、给水泵2和储水桶3依次连接。
真空除氧组件包括真空泵8和压力表A9，且真空泵8通过管路与储水桶3相连通，该管路上设置有压力表A9。
在储水桶3顶部设置管路依次通过背压阀A4和单向阀A5与大气相连。在储水桶3底部开设有排污口6，侧面设置有水位计7。
在储水桶3底部依次通过管路连接的比例电磁阀10、第二过滤器11、单向阀B12、惰性气体气瓶13。
通过管路依次连接阀门16、循环泵15、流通池17、溶解氧表18，之后回路回到储水桶3顶部，构成所述常温循环水回路。
通过管路连接的高压计量泵19、阻尼器20、单向阀C21、换热器22冷端、釜体加热炉23、高压反应釜24、换热器22热端、冷凝器25、压力表B26、第一过滤器27、背压阀B28，所述冷凝器连接冷水机29。高温高压水回路的连接管路均为金属卡套管。
在进行高温蒸汽氧化试验时，首先打开给水泵2出口阀门，向储水桶3中加入由高纯水机1制取的高纯水。之后打开真空除氧组件阀门对储水桶3抽真空，可使高纯水中溶解的大部分空气排出，使水中的溶解氧含量降至500ppb左右，之后打开惰性气体除氧组件和常温循环水回路，通过向储水桶3内通入惰性气体如氩气来除氧。所述常温水回路中流通池17内装有溶解氧传感器，传感器的信号通过溶解氧表18整合为4-20mA的电流信号，溶解氧控制系统14根据实测溶解氧值和设定溶解氧值计算出4-20mA控制信号，输出到比例电磁阀10上，控制其开关比例，当实测溶解氧含量高于设定值上限时，比例电磁阀10打开，向储水桶3内通入惰性气体，吹洗储水桶3中的水进行除氧，逸出的气体通过背压阀A4和单向阀A5排入大气。当实测溶解氧含量高于设定值上限时，比例电磁阀10关闭，惰性气体停止吹洗，此时可以开始正常试验。背压阀A4和单向阀A5保证储水桶3处于惰性气体环境下的微正压状态，防止溶解氧再次升高。之后打开高温高压循环水回路，通过调节高压计量泵19和背压阀B28使回路中压力达到试验预期压力参数，之后打开可编程控制的釜体加热炉23升温，将回路中温度升至验预期温度参数，之后开始试验。
本实用新型采用一套换热器22将大部分高压反应釜内高温出水的热量传递给低温进水，这样既可以减少热量损失，节约能源，又可以使出水温度显著降低，使进入冷凝器25的气体温度降低，节约冷水机30所需的电能，之后经过滤器过滤后回到储水罐中循环反复利用。高温高压回路中压力通过高压计量泵19和背压阀B28控制，当试验过程中超压时，可通过泄压阀29泄压，保证安全。试验过程中惰性气体除氧组件一直处于开启状态，保证回路中溶解氧含量始终控制在设定溶解氧范围内，由于整个实验装置保持正压和密封状态，可大大降低除氧用惰性气体的消耗。
本实用新型控制氧含量的动态高温高压蒸汽氧化试验装置的使用方法，包括如下步骤：
1)首先打开给水泵2出口阀门，向储水桶3中加入由高纯水机1制取的高纯水；
2)打开真空除氧组件阀门对储水桶3抽真空；
3)打开惰性气体除氧组件和常温循环水回路，当溶解氧表18测得溶解氧含量高于设定值上限时，比例电磁阀10打开，惰性气体吹洗储水桶3中的水进行除氧，逸出的气体通过背压阀A4和单向阀A5排入大气，当溶解氧表18测得溶解氧含量高于设定值上限时，比例电磁阀10关闭，惰性气体停止吹洗；
4)打开高温高压循环水回路，通过调节高压计量泵19和背压阀B28使回路中压力达到试验预期压力参数；
5)打开可编程控制的釜体加热炉23升温，将回路中温度升至验预期温度参数，开始试验。
本实用新型试验装置的使用方法试验顺序安排合理，具体来说，本实用新型使用方法的有益效果在于：
1、先通过真空除氧组件中的真空泵对储水桶抽真空，去除大量水中的溶解氧，随后再利用惰性气体进一步除氧，可以提高除氧效率，同时可以大大减少惰性气体的使用量，节约试验成本。
2、先将高压釜压力升至试验预期温度参数，将调节背压阀B设置为试验预期压力参数，最后打开高压计量泵向高压反应釜中通入水，可使高压反应釜中的压力逐步增大到预期压力参数，更加安全可靠。
综上所述，本实用新型设计巧妙，与现有技术对比，本实用新型能够实现在高温高压条件下动态蒸汽氧化试验，且能够实时监测和精确控制溶解氧含量，溶解氧含量可长期控制在10ppb以下，同时除氧效率高，蒸汽氧化试验过程中系统能够自动运行，无需看守，节约人力物力。