[发明专利]一种超临界二氧化碳腐蚀实验装置

说明书

一种超临界二氧化碳腐蚀实验装置，包括二氧化碳气源、预热炉和腐蚀反应釜，二氧化碳气源的出口经增压泵与预热炉入口相连通，预热炉出口与用于放置试样的腐蚀反应釜相连通，腐蚀反应釜的出口连接有冷却系统。本发明通过设置二氧化碳气源、增压泵、腐蚀反应釜以及冷却系统，将二氧化碳气源经过增压泵增压后进入腐蚀反应釜，通过在腐蚀反应釜后设置冷凝系统，提高气体的冷凝速率，增加系统的稳定性和安全性。本装置结构简单，能够在实验室条件下，简单有效的实现测试材料在高温超临界二氧化碳(S‑CO₂)条件下腐蚀行为。

技术领域

本发明涉及一种材料腐蚀实验装置，具体涉及一种超临界二氧化碳腐蚀实验装置。

背景技术

超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环以处于超临界状态的二氧化碳(临界压力7.38MPa，临界温度30.98℃)为工质，采用布雷顿循环原理实现能量转换。相比当前大规模使用的蒸汽动力循环，S-CO₂布雷顿循环高温(一般高于400℃)下的能量转换效率更高，且涡轮系统和冷却设备的体积仅相当于蒸汽系统对应设备体积的十分之一；相比于常规气体布雷顿循环，其压缩过程参数位于工质临界点附近的特点使得压缩功耗显著降低，循环效率明显提高。超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环因其自身的技术优势在新型燃机、第四代核电、火电以及太阳能发电机组中具有潜在的应用。相对于系统设计，S-CO₂布雷顿循环系统中关键部件，如涡轮、热交换器、管道等，合金腐蚀行为将是决定系统安全和部件寿命的重要因素之一。

一般认为，较低温度下(400℃)干燥的、纯S-CO₂流体是稳定的，与接触的金属部件(压力容器、管道、动力部件等)发生反应的速率极低。而在CO₂捕捉和存储、CO₂运输、超临界CO₂布雷顿循环系统中，掺杂水蒸气、含硫气体(1mg/L量级)、空气等是不可避免的，也是导致腐蚀现象产生的原因。在更高的温度下，如超临界CO₂布雷顿循环火电机组中CO₂的温度和压力可达到650℃/25MPa或更高，即便以超纯的CO₂作为流动介质，系统中的关键部件仍会出现一定的腐蚀现象。腐蚀程度与合金材质、温度和压力等环境参数有密切的关系。

因此，将超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环应用到发电机组时，很有必要对合金的超临界二氧化碳腐蚀行为进行考察，对合金在服役环境中的腐蚀机制进行剖析。但是考虑到电厂发电效率问题，很难在电厂开展实测实验，因此，有必要开发一种能够有效模拟锅炉运行条件的实验室测试设备。目前有关合金在S-CO₂环境中的腐蚀行为研究报道相对较少，所用腐蚀实验装置不具备高压条件，其实验参数远低于超临界二氧化碳循环火力发电系统目标参数(750℃，30MPa)，且无法模拟高温高压动态腐蚀的实验需求。因此，考虑到合金耐超临界二氧化碳腐蚀性对研发超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环发电机组的重要性，设计一种有效模拟锅炉运行条件的超临界二氧化碳高温高压耐蚀性实验室测试设备迫在眉睫，解决超临界二氧化碳腐蚀问题，为高参数超临界二氧化碳发电技术提供理论基础和新思路。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于，针对超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环，提供一种能够在实验室条件下，简单有效的实现测试材料在高温高压超临界二氧化碳(S-CO₂)条件下腐蚀行为的动态循环超临界二氧化碳腐蚀实验装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种超临界二氧化碳腐蚀实验装置，包括二氧化碳气源、预热炉和用于放置试样的腐蚀反应釜，二氧化碳气源的出口经增压泵、定量注入容器与预热炉入口相连通，预热炉出口与腐蚀反应釜入口相连通，腐蚀反应釜的出口连接有冷却系统；所述预热炉上安装有用于控制预热炉温度的控温热电偶。