一种模拟空冷凝汽器金属汽液两相腐蚀试验装置和方法

技术领域

本发明专利涉及模拟火电厂实验系统，具体涉及到一种模拟火电厂直接空冷凝汽器金属管道内部汽液两相流动加速腐蚀试验系统。

背景技术

火力发电消耗的不仅是一次性能源，还有水资源，而水资源缺乏是目前全世界面临的一大难题。根据联合国最近几年的统计显示，全世界淡水消耗量自本世纪初增加了六至七倍，比人口增长的速度高两倍。目前世界上八十个国家约十五亿人口面临着淡水资源不足，其中二十六个国家约三亿人口完全生活在缺水状态中。我国人均占有水量只有世界人均占有量的四分之一，位列世界第一百一十位，已被联合国列为十三个贫水国之一。并且我国水资源分布极不平衡，在北方地区，特别是一些煤炭资源丰富的地区往往又是水资源相对缺乏的“富煤贫水”地区，这与建设大型火电站必须具备煤和水的要求产生了矛盾，致使大型常规凝汽机组在我国的建设受到制约。如采用煤炭跨地区调度方案，一方面不能保证丰富的地产煤及时运出，另一方面也加大了交通运输行业的压力。为了适应国民经济快速发展对电力资源的需求，发展无水或少水的空冷发电机组无疑是解决上述问题的有效措施，同时还解决了对当地水资源污染的问题。

由于直接空冷系统庞大，泄漏点多，很容易造成空气泄漏进入负压系统从而造成凝结水的溶氧量超过标准（一般在100-500μg/L，最高时凝结水含氧量达到547μg/L）；国标GB/T 12145（火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量）规定的直接空冷机组凝结水溶解氧浓度标准值应小于100μg/L。因造价、运行等因素，目前建造空冷凝汽器的材料主要为碳钢（20G），碳钢在高温溶氧水环境中腐蚀严重，尤其是高流速汽轮机乏汽导致空冷系统发生单相及气液两相的流动加速腐蚀（FAC），引起机组水汽系统铁含量严重超标，进而带来更严重的腐蚀问题。

目前尚无指导空冷机组化学运行的标准，已投运的空冷机组一般参照湿冷机组的相关化学运行指标进行控制，导致空冷机组普遍存在碳钢部件的FAC现象。现行研究空冷凝汽器材质在运行环境下腐蚀特性的方法，主要是实验室模拟研究，现有的模拟实验装置仅能模拟单一液相流动环境，系统内部不能做到无金属，除氧效率低，以及不能做到在负压条件下模拟，从而达不到模拟实验的基本目的，与现场实际环境差距大。而真实模拟现场腐蚀条件，弄清其腐蚀机理，降低或抑制腐蚀发生，从而使整个水汽系统中铁浓度将下来，保护整个热力设备和提高树脂制水量和运行周期，具有重大的理论意义和实际意义。

发明内容

针对现有存在的问题，本发明提供了一种汽液两相流动加速腐蚀模拟实验装置和方法，根据实际火电厂空冷凝汽器金属管道内部汽液两相流动环境数据，在同一套装置中同时进行汽液两相流动腐蚀模拟研究，以便掌握火电厂中直接空冷凝汽器金属管道腐蚀行为、规律和机理，以及可以在实验室研究一种合适的复配防腐剂来减少现场腐蚀，这对火电厂的安全高效运行有重要意义。

为了实现上述目的，本发明主要部件有水箱、恒温水浴锅、试片槽、小混床、真空泵、加药口、溶解氧表、氮气瓶、温度计、电极、挂片、气体流量计、液体流量计、磁力泵、pH计、电导率仪。正方体结构的透明玻璃水箱放入装有水的水浴锅中，水箱顶部开有两个孔，一个孔用于溶解氧气表探头，用硅胶塞密封，另一个孔用橡皮塞密封，两根直径2mm的充气管穿过橡皮塞，分别连接氮气瓶和真空泵；橡皮塞上再设置一个加药口；水箱右侧上下连接硅胶管，上面蒸汽出口，下面液体出口；水箱左侧下部连接硅胶管，为汽液混合入口。上述硅胶管与试片槽连接，蒸汽管中间有气体磁力泵和可调节气体流量计，液体管中间有液体磁力泵和可调节液体流量计试片槽上端固定安装温度计；上部有活塞，插入三电极体系以及固定试片的架子，试片槽是密封的；三电极体系连接电化学工作站。在液体管出口分出一管道连接小混床柱和水质监测点，水质监测为pH计和电导率仪。

本发明涉及的水箱容积为3L试片槽中温度传感器连接水浴锅，在恒温水浴锅面板中显示出来，并且可恒定在这个温度，温度自动控制并连续可设置。水箱中升温前用真空泵抽出里面气体，使其处于较大负压条件下，当升温时能使气相中水蒸汽含量增大。

本发明水箱中的液体为水箱中放入2L高纯水，再通过加药口加入药品控制液体中各物质浓度。采用充氮除氧的方式控制氧浓度，氮气管插入液面下，水箱底部有一排气管，排气管连接真空泵，充氮时启动真空泵。

本发明实现汽液两相流动模拟具体过程为：加药除氧完成后，同时启动气体磁力泵和液体磁力泵，通过流量计调节流量，时蒸汽和液体同时进去试片槽，使液体和蒸汽在试片或工作电极表面流动。

本发明涉及的小混床柱在一个实验周期完成后启动，打开水处理阀门，控制开度使水箱里的流过小型混床柱，直接水的pH和电导到合格水平。

本发明与现有技术相比，其结构简单，模拟真实度高，操作简单，运行过程中无需人员看管，自动化程度高，可以真实反映火电厂空冷凝汽器腐蚀情况，从而做出真是评价和腐蚀机理研究，通过本装置和实验方案可刷选出合适的防腐剂来保护空冷凝汽器金属管道。

图1为本发明的主体结构原理示意图。图中1为水箱，2为水浴锅，3为真空泵，4为加药口，5为溶解氧表，6为氮气瓶，7为排气管，8为进气管，9为温度计，10为电极11为挂片，12为挂片槽(电极槽)，13为气体流量计，14为液体流量计，15为液体磁力泵，16为气体磁力泵，17为混床(树脂柱)，18为pH计，19为电导率仪，20为氮气入口。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

本实施例的主体结构包括水箱1、恒温水浴锅2、试片槽12、小混床17、真空泵3、加药口4、溶解氧表5、氮气瓶6、温度计9、电极10、挂片12、气体流量计13、液体流量计14、液体磁力泵15、气体磁力泵16、pH计18、电导率仪19。正方体玻璃结构的水箱1上部开口固定溶解氧表5探头，探头有硅胶塞密封，上部还有开口插入橡皮塞，橡皮塞打孔插入两根细管子，一根氮气管8用来冲入氮气，还有一根抽真空管连接一真空泵，另外橡皮塞上还设置一加药口4，水箱1上部两侧分别连接两硅胶管，右侧的为水蒸汽出口，左侧为处理水入口，水箱1下部有氮气管8氮气出口20，下部右侧连接出水硅胶管，左侧连接汽水入口硅胶管；试片槽12上部固定温度计9，上部插入橡皮塞，橡皮塞中间插入电极密封，试片槽上部有可固定试片11的橡皮塞，水箱与试片槽中间用硅胶管如图1连接，水箱另外与小型混床17相连，其中还有监测仪表pH计18和电导率表19，混床用于一组实验完后处理水箱中水。

模拟实验先通过水箱1上部加入一定量高纯水，通过计算往加药口4加入所需药品，试片槽中挂入3片试片，电极10插入电极，检查密封性后，打开氮气入口阀门同时打开真空泵，进行除氧，通过溶解氧表5监控水中溶解氧，除氧时打开水箱与试片槽之间的磁力泵与阀门，当溶解氧表读数达到实验所需条件时关闭氮气进库阀，然后继续抽真空，一段时间后关闭真空阀和真空泵3，然后在水浴锅面板上设置好温度，水浴锅面板上的实时温度为温度计9传回的温度。水浴锅上用泡沫板覆盖密封。当实验完成一个周期后，关闭磁力泵与阀门，启动水处理系统，使水通过混床柱17，通过pH计和电导率表监控水质，当水质合格后关闭水处理系统。