[实用新型]一种在超临界水中进行长时间氧化腐蚀实验的设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及高温高压水氧化腐蚀实验设备，特别是涉及一种在超临界水中能够进行长时间氧化腐蚀实验的设备。

背景技术

超临界参数火力发电技术是有效利用能源的一项新技术。随着材料研究和冶炼工艺的不断提高，使汽轮机发电机组采用更高的蒸汽参数成为可能，更进一步提高了机组的热效率，降低了温室气体的排放量。

水的热力学临界点的温度为374.15℃，压力为22.1MPa，在此温度和压力以上的水进入超临界状态，称为超临界水。超临界水性质和气体更为接近，超临界水的密度，离子积和介电常数可以通过温度和压力进行调节，从而满足不同的需要。超临界水冷堆(SCWR：Supercritical Water Cooled Power Reactor)是第四代国际论坛(GIF)选定的需要进行研究开发的六种反应堆之一。由于SCWR的热效率比较高(大约为45％，比目前的轻水堆33％的效率要高得多)，并且可以使电厂显著地简化。所以，SCWR被认为是一种比较有前途的先进核能系统。SCWR采用的是直接循环方式，系统在高于临界压力的参数下运行，可以消除冷却剂的沸腾，在整个系统中冷却剂始终保持在单相状态。因此，可以取消再循环泵、喷射泵、稳压器、蒸汽发生器、汽水分离器、干燥器等设备。SCWR主要是用于发电，并主要基于成熟的轻水堆核电技术和超临界化石燃料锅炉技术。超临界情况下需要包壳和结构材料有更好的耐高温、耐腐蚀性能，更高的强度(目前选用镍基合金)。在第四代核能系统研究开发的可行性研究和论证阶段，要证明一些关键技术是可行的，例如超临界水中材料的耐腐蚀性能是否足够。

为了在高温、高压下保持结构的足够完好性，需要进行包壳管及结构材料特性相关的技术开发的开发。SCPR堆的反应堆结构材料需要从超临界压力火电领域(强度、耐蠕变性能好的不锈钢，Ni基合金)、废物分解领域(耐腐蚀性好的Ni基合金，Ti合金)和核能领域(耐辐照性能好的不锈钢)，选择具有高温强度、耐腐蚀性的候选材料，其筛选将通过包括机械强度、耐SCC特性研究在内的腐蚀试验、电子照射的模拟照射试验。包壳材料的研究是超临界水冷反应堆设计的关键部分，最高的蒸汽温度，也即最大热效率取决于包壳材料的蠕变和腐蚀情况。含Cr-Ni更多的合金虽然提高了抗腐蚀性能，还需要提高强度，最大允许包壳温度达620℃，已满足设计要求。含9wt％～12wt％Cr的铁素体-马氏体钢，由于机械特性和抗腐蚀能力下降的原因，最高允许温度为550～600℃。进一步研究可以考虑使用更大Cr含量的ODS(oxide dispersion strengthened)增强的铁素体-马氏体钢或铁素体钢。镍基超耐热合金钢需要提高强度，但这样可能提高热中子吸收截面(预测0.5％～1％)。水化学采用沸水堆的知识，在超临界情况下水的辐照分解会较少，因为高压使部分氢气和氧气发生化合反应。目前还没有超临界水的材料腐蚀的一致数据，关于超临界情况下应力腐蚀的数据也很少。需要进一步研究腐蚀、应力腐蚀、蠕变及其联合影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种在超临界水中进行长时间氧化腐蚀实验的设备，解决超临界水中材料的长时间氧化腐蚀实验等问题，它是能在超临界水中，温度最高达到700℃、压力最高达到35MPa的静态水溶液中进行长时间氧化腐蚀实验的设备。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

本实用新型一种在超临界水中进行长时间氧化腐蚀实验的设备，该设备设有高压釜、卡箍、通孔管、四通、热电偶和压力传感器，高压釜由釜盖、釜体构成，釜盖和釜体之间通过合金密封环连接密封，釜盖和釜体之间通过卡箍连接，釜盖中央开孔连接通孔管，通孔管一端进入釜体中，另一端连接在四通的一个接口上，热电偶通过通孔管伸入釜体内，压力传感器接在四通的又一个接口上。

所述的设备还设有安全头，爆破片安装在安全头内部，安全头接在四通的另一个接口上。

所述的设备的釜盖和釜体之间通过“O”型合金密封环连接实现高温高压密封。

所述的设备的釜盖和釜体之间通过C型卡箍进行紧固连接。

所述的设备的盖和釜体采用能耐700℃温度、35MPa压力、耐腐蚀的铁镍铬高温合金。

本实用新型一种在超临界水中进行长时间氧化腐蚀实验的方法，首先通过计算在设定的温度和压力下超临界水的密度，确定需要在常温下加入到固定容积的高压釜中水溶液的质量；然后，将热电偶、压力传感器分别接在四通的不同接口上，高压釜釜体内部通过通孔管连接四通，从而在四通的不同接口上实现高压釜釜体内部的温度和压力等参数测量和控制，进行氧化腐蚀实验。