精确控制氧含量的高温水蒸汽氧化实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高温水蒸汽氧化实验装置，特别是一种精确控制氧含量的高温水蒸汽氧化实验装置。
【背景技术】
[0002]众所周知，温度越高，热能的利用率就越高，单位发电量所需的燃煤质量越少。因此，在环保和经济性的双重驱使下，火电机组的单机容量越来越高，运行的温度和压力也日渐提高。目前，超临界和超超临界机组已逐渐成为我国火力发电行业的主流。在这类机组中，锅炉受热面管长期在高温高压的苛刻工况下运行，常出现蒸汽侧氧化皮大面积剥落，剥落的氧化皮易在弯头部位堆积，从而导致过热器和再热器管局部发生因氧化皮大量堆积堵塞而引起的过热爆管事故，严重影响电站运行的安全性和经济性。因此，迫切需要开展高温水蒸汽氧化模拟实验，明确高温水蒸汽氧化机理及其影响因素，提出合理的预防和缓解措施，并为高参数机组的选材提供参考依据。
[0003]目前，在实验室中开展的水蒸汽氧化模拟实验大致分为两种:一种是在静态高压釜中模拟电厂高温高压水化学工况的实验，其缺点是实验过程中，高压釜中的水化学参数无法测量和控制，与电厂实际工况有较大差距；另一种是在模拟流动的水蒸汽中开展的高温氧化实验，所存在的问题是流动水蒸汽中的氧含量无法精确控制，目前大多采用完全除氧的方式。然而，在某些特殊工况下，电厂实际运行过程的给水中会有少量溶解氧的存在。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、自动、高效、通过对片状小试样进行实验从而研宄材料本身的氧化行为及其氧化机理的精确控制氧含量的高温水蒸汽氧化实验装置。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下:
[0006]精确控制氧含量的高温水蒸汽氧化实验装置，包括水蒸汽发生装置、高温管式炉、石英管、蒸馏水循环回路、水化学参数测量管路、控制系统、真空泵、排气装置和热电偶，
[0007]水蒸汽发生装置包括自动液位控制器、液位上限探头、液位下限探头、水蒸汽发生器和加热装置，水蒸汽发生器内设有液位上限探头和液位下限探头；
[0008]蒸馏水循环回路包括储水罐和水泵，蒸馏水循环回路还并联有过滤器，蒸馏水循环回路分别与储水罐的顶端和底端连接，储水罐上设有进水管路和排水管路，储水罐分别连接排气装置、水蒸汽发生器、氧气进气管和氮气/氩气进气管，氮气/氩气进气管分为第一支路和第二支路，第一支路连接储水罐，第二支路分别连接排气装置、水蒸汽发生器、石英管；
[0009]水化学参数测量管路，包括流量计、pH探头、溶解氧探头和电导率探头，水化学参数测量管路的一端连接储水罐，另一端连接水泵或者过滤器；
[0010]石英管设置于高温管式炉之中，石英管分别连接排气装置、水蒸汽发生器、热电偶，真空泵分别连接水蒸汽发生器、石英管；
[0011]控制系统，包括水化学参数控制系统、自动液位控制器、蒸汽温度控制器和管式炉温度控制器，水化学参数控制系统分别与PH探头、溶解氧探头、电导率探头、第一电磁阀和第二电磁阀连接，并且通过计算机程序进程控制，自动液位控制器分别与液位上限探头和液位下限探头连接，管式炉温度控制器分别连接高温管式炉和热电偶。
[0012]在本发明中，进水管道通入的为蒸馏水。
[0013]一方面，本发明通过设置控制系统，能够长时间、稳定、精确地自动控制氧含量和进行水蒸汽氧化实验，同时使得相关实验结果对电厂实际运行工况控制具有更高的指导价值；另一方面，本发明采用的是片状小试样，主要研宄材料本身的氧化行为及其氧化机理，属于微观氧化行为研宄。因此本发明可以在精确、稳定调节氧含量的前提下，针对片状小试样，采用石英管，从更加基础和微观的角度来分析材料本身的氧化机理，进而使得本发明的实验结果具有更加实用的价值。
[0014]本发明通过设置蒸馏水循环回路，从而在对蒸馏水进行控氧的过程中，避免出现死角的问题，提高了精确性；本发明通过在储水罐和蒸汽发生器之间设置过滤器，避免了蒸馏水从储水罐中出来后可能会带有杂质、影响设备使用寿命的问题，提高了实验结果的准确性；本发明还能够实现在水蒸汽发生器和高温管式炉分段、多重除氧，从而提高了实验中氧含量控制的准确性，提高了实验结果的准确性。
[0015]作为优选，加热装置为电子调温电热套，蒸汽温度控制器与电子调温电热套连接。其优点在于，相比于其它加热装置，电子调温电热套具有升温快、温度均匀、控温更加精确、便捷的特点。
[0016]作为优选，储水罐一侧设有储水罐液位计。其优点在于，通过储水罐液位计可以实时、准确地了解储水罐中蒸馏水的液位情况，从而方便控制实验进程。
[0017]作为优选，储水罐还设有与大气连通的第一管路，在第一管路上设有压力表和安全阀。其优点在于，通过压力表和安全阀，可以更好地对储水罐中的压强进行控制，根据亨利定律，在不同的压强下，氧在蒸馏水中的溶解量不同；通过排水管路可以在实验结束后将储水罐中剩余蒸馏水排出。
[0018]作为优选，第二支路与水蒸汽发生器连接的管路上设有第十二手动阀，第二支路与石英管连接的管路上依次设有第十七手动阀和第十六手动阀。其优点在于，通过阀的控制，可以控制惰性气体的通入状态，即可以实现在实验前对水蒸汽发生器和高温管式炉部分通入惰性气体，进行除氧。
[0019]作为优选，石英管内设有进气盘管，封头与石英管之间通过磨砂和耐高温生料带辅助密封连接。其优点在于，因为从水蒸汽发生器出来的水蒸汽的温度和高温管式炉内的温度有较大偏差，进气盘管可以使流经的水蒸汽进一步加热到实验所需温度；通过耐高温生料带的辅助密封，进一步提高封头和石英管连接处的密封性能。
[0020]作为优选，水蒸汽发生器通过第三电磁阀与水泵或者过滤器连接，第三电磁阀连接自动液位控制器。其优点在于，通过自动液位控制器控制第三电磁阀的状态，从而控制蒸馏水是否进入水蒸汽发生器，以及蒸馏水的量，从而提高了自动化控制程度及精度；并且可以在实验过程中关闭第三电磁阀，调整储水罐中的蒸馏水的氧含量，再打开第三电磁阀进行氧化实验，使得实验的可控性更高。
[0021]作为优选，蒸馏水循环回路上设有第八手动阀，过滤器分别连接第六手动阀和第七手动阀，并与第八手动阀并联。其优点在于，通过阀的设置，当储水罐中的蒸馏水含有颗粒性杂质时，选择对其进行过滤，从而保证实验的准确性以及延长设备的使用寿命。
[0022]作为优选，氧含量的控制范围为小于1ppb到8ppm之间；高温管式炉(16)的工作温度范围为600摄氏度至900摄氏度，石英管(19)内的温度控制精度为±1摄氏度；电子调温电热套(14)的最高工作温度为200摄氏度。其优点在于，由于本发明能够实现自动控制，因此可以高精度并且大范围地控制实验的温度、氧含量等参数。
[0023]本发明同现有技术相比具有以下优点及效果:
[0024]1、本发明通过实时精确测量、记录、显示和控制储水罐内蒸馏水中的溶解氧含量，进而控制水蒸汽中的氧含量，使实验环境与电厂实际工况更为接近，实验结果更具参考价值。
[0025]2、本发明实现了水蒸汽发生器、石英管及相关管路中的分段、多重除氧，保证了系统中氧含量控制的精确性和稳定性。
[0026]3、本发明实现了水蒸汽发生器水位的自动控制，可长时间