一种实验用水溶解氧含量精确控制系统及使用方法与流程

本发明属于金属材料腐蚀试验研究技术领域，具体涉及一种实验用水溶解氧含量精确控制系统及使用方法。

背景技术：

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。为了降低锅炉水侧部件的流动加速腐蚀，高参数锅炉一般采用给水加氧处理，但是实践证明锅炉采用给水加氧处理之后往往出现受热面管内壁氧化皮集中剥落，给电厂带来很大困扰，因此在实验室模拟加氧处理工况，研究加氧处理对材料蒸汽氧化和氧化皮剥落的影响具有重要的应用前景和现实意义。电厂锅炉加氧处理控制氧含量一般为20～150μg/l量级，电厂现场加氧工程水流量约为每小时上千吨，采用氧气或空气瓶直接加氧，其溶解氧含量相对容易控制，但实验室蒸汽氧化试验回路中，水流量相对较小，如何精确控制其溶解氧含量成为一个亟待解决的难题，溶解氧含量一旦控制不准，其试验结果可靠性将有待商榷。

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cn10162661b《金属材料高温水蒸汽氧化实验装置》、cn103543096a《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nipponsteel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，这些设备的主要缺点为无法控制水中的溶解氧含量。专利cn102519863a《一种超临界水蒸汽氧化试验装置》通过设定氩气和氧气的流量来控制水中的溶解氧含量，但是100l水溶解氧含量从0μg/l增加到10μg/l仅需标准态氧气0.0007毫升，当要求水中溶解氧含量在μg/l量级时直接采用氧气调节无法精确控制水中的溶解氧含量，会导致水中溶解氧含量的过大波动。专利申请文件201810541904.3《溶解氧浓度控制系统、方法和装置》公开了一种污水处理控制平台溶解氧浓度控制系统、方法和装置，其目的是解决过量曝气问题，不能实现水中溶解氧含量在20～150μg/l量级时的精确调节。专利申请文件201710933061.7《一种水体溶解氧含量的控制方法》提供了水产养殖的水体中溶解氧含量控制方法，其控制的溶解氧含量为mg/l量级。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有蒸汽氧化腐蚀设备水处理系统氧含量不能精确控制的弊端，提供了一种实验用水溶解氧含量精确控制系统及使用方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种实验用水溶解氧含量精确控制系统，包括低氧气体加氧组件、溶解氧测量循环回路、溶解氧控制系统、给水组件、真空除氧组件和惰性气体除氧组件；其中，

低氧气体加氧组件包括比例电磁阀a、过滤器a、单向阀a、阀门a、压力表a、低氧气体储罐、气体质量流量计a、惰性气体瓶a、气体质量流量计b和氧气或空气瓶；

给水组件包括储水桶和高纯水机；

真空除氧组件包括与储水桶顶部通过管路依次连接的压力表b、阀门c和真空泵；

惰性气体除氧组件包括通过管路依次连接的比例电磁阀b、过滤器b、单向阀c和惰性气体瓶b；

溶解氧测量循环回路包括循环泵和流通池和溶解氧表；

溶解氧控制系统包括计算机；

低氧气体储气罐入口通过气体质量流量计a与惰性气体瓶a连接，通过气体质量流量计b与氧气或空气瓶连接，低氧气体储气罐出口通过管路以及设置在该管路上的阀门a、单向阀a、过滤器a和比例电磁阀与储水桶底部的低氧气体入口相连通；

储水桶顶部通过管路依次连接背压阀和单向阀b与大气相连通，储水桶的底部设置有排污口，侧面设置有水位计，高纯水机通过阀门b与储水桶相连通；

流通池与溶解氧表相连，且通过管路以及设置该管路上的循环泵与储水桶形成溶解氧测量循环回路；

使用时，溶解氧表用于将测量结果传输至计算机，计算机通过计算发出两路电信号分别控制比例电磁阀a和比例电磁阀b的开启幅度。

本发明进一步的改进在于，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电流信号，该电流信号传递到所述计算机，计算机根据实测溶解氧值和设定的溶解氧上下限数值计算出控制信号，输出到比例电磁阀a和比例电磁阀b上，控制其开关比例，进而控制低氧气体和惰性气体和通入量。

本发明进一步的改进在于，通过向除氧水中通入低氧含量气体实现水中溶解氧含量精确控制，低氧气体储罐中的氧含量通过气体质量流量计a和气体质量流量计b来控制进入低氧气体储罐的惰性气体和氧气或空气比例，进而得到所需氧含量的气体。

一种实验用水溶解氧含量精确控制系统的使用方法，包括以下步骤：

1)对储水桶和混气罐抽真空，去除系统内空气，关闭阀门a和阀门c；

2)通过给水组件向储水桶中加入高纯水；

3)通过真空除氧组件对实验用水进行初步除氧；

4)打开惰性气体除氧组件和溶解氧测量循环回路，当溶解氧表测得溶解氧含量高于设定值上限时，比例电磁阀b打开，惰性气体吹洗储水桶中的水进行除氧，逸出的气体通过背压阀和单向阀b排入大气，当溶解氧表测得溶解氧含量低于设定值上限时，比例电磁阀b关闭，惰性气体停止吹洗；

5)打开低氧气体加氧组件，根据所需溶解氧含量，设定气体质量流量计a和气体质量流量计b的流量，配制所需浓度的低氧含量气体，当由于腐蚀试验的进行，水中溶解氧被消耗导致溶解氧表测得溶解氧含量低于设定值下限时，比例电磁阀a打开，低氧含量气体进入储水桶中的水进行微量缓慢加氧，当溶解氧表测得溶解氧含量高于设定值下限时，比例电磁阀a关闭，停止加氧，使实验用水中的氧含量稳定维持在设定区间内。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，通过打开高纯水仪和阀门b，水进入真空状态的储水桶中，至设定水位时关闭高纯水仪和阀门b。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，通过打开真空泵和阀门c对储水桶继续抽真空。

与现有技术相比，本发明中给水组件为控制系统提供高纯水，真空除氧组件和惰性气体除氧组件配合高效去除水中的大量溶解氧，惰性气体除氧组件、低氧气体加氧组件和溶解氧控制系统配合，精确控制水中的溶解氧含量。具体来说，本发明控制系统的有益效果在于：

1、本发明控制系统通过溶解氧控制系统控制回路中溶解氧含量，能够长期将溶解氧含量精确控制在设定区间之内。

2、本发明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。

本发明控制系统的使用方法试验顺序安排合理，具体来说，本发明使用方法的有益效果在于：

1、采用低氧含量混合气体加氧，可以降低实验用水中的溶解氧含量变化速率，避免水中溶解氧含量大幅波动，影响实验结果。

2、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。

附图说明

图1为本发明一种实验用水溶解氧含量精确控制系统的结构示意图。

附图标记说明：1为比例电磁阀a、2为过滤器a、3为单向阀a、4为阀门a、5为压力表a、6为低氧气体储罐、7为气体质量流量计a、8为惰性气体瓶a、9为气体质量流量计b、10为氧气或空气瓶、11为储水桶、12为背压阀、13为单向阀b、14为排污口、15为水位计、16为高纯水机、17为阀门b、18为压力表b、19为阀门c、20为真空泵、21为比例电磁阀b、22为过滤器b、23为单向阀c、24为惰性气体瓶b、25循环泵、26为流通池、27为溶解氧表、28为计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种实验用水溶解氧含量精确控制系统，包括低氧气体加氧组件、溶解氧测量循环回路、溶解氧控制系统、给水组件、真空除氧组件和惰性气体除氧组件。

其中，低氧气体加氧组件包括比例电磁阀a1、过滤器a2、单向阀a3、阀门a4、压力表a5、低氧气体储罐6、气体质量流量计a7、惰性气体瓶a8、气体质量流量计b9和氧气或空气瓶10；给水组件包括储水桶11和高纯水机16；真空除氧组件包括与储水桶11顶部通过管路依次连接的压力表b18、阀门c19和真空泵20；惰性气体除氧组件包括通过管路依次连接的比例电磁阀b21、过滤器b22、单向阀c23和惰性气体瓶b24；溶解氧测量循环回路包括循环泵25和流通池26和溶解氧表27；溶解氧控制系统包括计算机28；低氧气体储气罐6入口通过气体质量流量计a7与惰性气体瓶a8连接，通过气体质量流量计b9与氧气或空气瓶10连接，低氧气体储气罐6出口通过管路以及设置在该管路上的阀门a4、单向阀a3、过滤器a2和比例电磁阀1与储水桶11底部的低氧气体入口相连通；储水桶11顶部通过管路依次连接背压阀12和单向阀b13与大气相连通，储水桶11的底部设置有排污口14，侧面设置有水位计15，高纯水机16通过阀门b17与储水桶11相连通；流通池26与溶解氧表27相连，且通过管路以及设置该管路上的循环泵25与储水桶11形成溶解氧测量循环回路；使用时，溶解氧表27用于将测量结果传输至计算机28，计算机28通过计算发出两路电信号分别控制比例电磁阀a1和比例电磁阀b21的开启幅度。

其中，流通池26内装有溶解氧传感器，溶解氧传感器的信号通过溶解氧表27整合为4～20ma电流信号，该电流信号传递到所述计算机28，计算机28根据实测溶解氧值和设定的溶解氧上下限数值计算出控制信号，输出到比例电磁阀a1和比例电磁阀b21上，控制其开关比例，进而控制低氧气体和惰性气体和通入量。

本发明提供的一种实验用水溶解氧含量精确控制系统的使用方法，包括如下步骤：

1)对包括储水桶11和混气罐6抽真空，去除系统内空气，关闭阀门a4和阀门c19；

2)通过给水组件向储水桶11中加入高纯水，具体操作为打开高纯水仪16和阀门b17，水进入真空状态的储水桶11中，至设定水位时关闭高纯水仪16和阀门17。

3)通过真空除氧组件对实验用水进行初步除氧，具体操作为打开真空泵20和阀门c19对储水桶11继续抽真空；

4)打开惰性气体除氧组件和溶解氧测量循环回路，当溶解氧表27测得溶解氧含量高于设定值上限时，比例电磁阀b21打开，惰性气体吹洗储水桶11中的水进行除氧，逸出的气体通过背压阀12和单向阀b13排入大气，当溶解氧表28测得溶解氧含量低于设定值上限时，比例电磁阀b21关闭，惰性气体停止吹洗；

5)打开低氧气体加氧组件，根据所需溶解氧含量，设定气体质量流量计a7和气体质量流量计b9的流量，配制所需浓度的低氧含量气体，当由于腐蚀试验的进行，水中溶解氧被消耗导致溶解氧表27测得溶解氧含量低于设定值下限时，比例电磁阀a1打开，低氧含量气体进入储水桶11中的水进行微量缓慢加氧，当溶解氧表27测得溶解氧含量高于设定值下限时，比例电磁阀a1关闭，停止加氧，使实验用水中的氧含量稳定维持在设定区间内。