[发明专利]一种高温流动水蒸汽腐蚀环境箱及其测试方法

说明书

本发明属于金属材料结构材料服役行为研究领域，尤其涉及一种高温流动水蒸汽腐蚀环境箱，该高温流动水蒸汽腐蚀环境箱在电阻丝加热炉内配置流动水蒸汽腐蚀环境釜，以及与之匹配的水蒸汽发生装置、水蒸汽再热器和水蒸汽加速系统，利用水蒸汽发生装置和水蒸汽再热器，生成预设温度和氢氧等气体含量的过热水蒸汽，过热水蒸汽进入环境釜后采用拉瓦尔喷管加速原理，在试验区形成高速流动水蒸汽环境，实现该环境下金属结构材料的腐蚀或力学性能测试分析。该高温流动水蒸汽腐蚀环境箱设计原理简单，方法简便易行，在金属材料腐蚀或力学性能测试等领域容易实现，可以实现工业化生产。

技术领域

本发明属于金属结构材料服役行为研究领域，尤其涉及一种高温流动水蒸汽腐蚀环境箱及其测试方法。

背景技术

水电、核电、石油化工等领域汽水传输过程中，当蒸汽过热温度超过450℃时，蒸汽与其接触的碳钢等结构材料会发生反应，生成Fe的氧化物，使结构管壁减薄。汽水腐蚀是汽水传输系统中管道、阀门、压力容器等部件材料的主要腐蚀过程，属于均匀腐蚀，一般不很强烈。但是，当汽水腐蚀生成的氧化皮生长到一定厚度，在流动水蒸汽的冲刷或冷热交替的情况下，外层会发生剥落，并堆积在管道、阀门或压力容器的弯曲部位，阻塞了蒸汽回路，极易发生因过热而引起的喷泄事故，造成严重的伤亡。多年以来，水蒸汽流动加速腐蚀已经导致了多起电厂管道以及热力发电设备的失效，设计并研发高温流动水蒸汽环境模拟系统，开展汽水传输系统用结构材料近服役条件下实验室加速试验，进行其高温流动水蒸汽环境中的腐蚀、力学等性能测试分析，开展材料腐蚀行为、高温流动水蒸汽加速腐蚀研究机理及其抑制方法研究，对于我国超（超）临界机组的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明提出一种高温流动水蒸汽腐蚀环境箱，该环境箱在传统的电阻丝加热炉内配置高温流动水蒸汽腐蚀环境釜，以及与之匹配的水蒸汽发生装置、水蒸汽再热器和水蒸汽加速系统，利用水蒸汽发生装置和水蒸汽再热器，生成预设氢氧等气体含量的过热水蒸汽，过热水蒸汽进入环境釜后采用拉瓦尔喷管加速原理，在试验区形成高速流动水蒸汽环境，实现材料高温流动水蒸汽环境下的腐蚀或力学性能测试分析。

本发明的技术方案是：一种高温流动水蒸汽腐蚀环境箱，该高温流动水蒸汽腐蚀环境箱包括：高温加热炉、腐蚀环境釜、样品夹持机构和流动水蒸汽模拟系统；

所述高温加热炉用于对所述腐蚀环境釜加热，所述高温加热炉为筒式结构，所述高温加热炉设置在所述腐蚀环境釜的外侧；

所述腐蚀环境釜作为环境模拟实验单元，用于提供材料高温流动水蒸汽腐蚀环境性能测试所需的实验空间，环境釜内安装所述样品夹持机构和所述流动水蒸汽模拟系统中的水蒸汽加速单元，所述腐蚀环境釜为筒式结构；

所述样品夹持机构用于固定测试样品；

所述流动水蒸汽模拟系统用于形成腐蚀釜内测试样品（4）所在实验区的高温流动水蒸汽环境。

进一步，所述样品夹持机构采用五段式挂钩设计，所述样品夹持机构包括上夹具、上夹具过渡段、下夹具过渡段、下夹具和波纹管；

其中，所述上夹具穿过所述腐蚀环境釜上端盖法兰延伸到所述腐蚀环境釜外部，通过所述波纹管实现动态密封，所述上夹具过渡段以挂钩式连接在所述上夹具的下端，所述下夹具穿过所述腐蚀环境釜下端盖法兰端的延伸到所述腐蚀环境釜外部，通过所述下端盖法兰实现静态密封，所述下夹具过渡段以挂钩式连接在所述下夹具的上端，测试样品采用挂钩式连接在所述上夹具过渡段、下夹具过渡段之间。

进一步，所述流动水蒸汽模拟系统包括水蒸汽发生单元和水蒸汽加速单元；

其中，所述水蒸汽发生单元由水蒸汽发生装置，水蒸汽再加热器构成，水蒸汽加速单元由拉瓦尔喷管、扩散器、真空机组构成；