CN105067504B - 一种高温熔融盐腐蚀模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种高温熔融盐腐蚀模拟装置，包括主容器、动态挂样系统、静态挂样系统、以及电极系统，主容器的顶部连接釜盖，内部设置坩埚，坩埚通过坩埚托固定连接在主容器上，坩埚托的外壁敷设有电加热带；动态挂样系统包括试验样镶嵌用旋转圆盘、电机旋转主杆、以及陶瓷挂样杆，电机旋转主杆穿过釜盖伸入到坩埚内，下端连接旋转圆盘，上端连接旋转电机，旋转圆盘的圆周边缘处分布设置有陶瓷挂样杆，试验样装于陶瓷挂样杆上；静态挂样系统包括陶瓷吊杆，陶瓷吊杆通过釜盖伸到坩埚内；电极系统与静态挂样系统相连，并外连常规电化学工作站。本发明能够调节试验要求的熔融盐流速和腐蚀温度，在不同气氛条件下同时模拟静态部件和动态部件腐蚀工况。

Description

一种高温熔融盐腐蚀模拟装置

技术领域

本发明涉及腐蚀模拟的设备领域，尤其涉及一种高温熔融盐腐蚀模拟装置。

背景技术

鉴于太阳能热发电技术中传输管道及关键部件的材料选择需要考虑不同流速、不同温度下流体熔融盐与基体材料的交互作用，以及交互作用使电化学因素与流体力学因素间对于熔融盐腐蚀的协同效应，因此设计一套既经济实用又科学的高温熔融盐腐蚀模拟装置，对太阳能热发电站中的熔融盐储罐,阀门及运输管道等进行材料选择。

传统技术方案有如下两种方式:

(1)管道流动法,喷射法:此类腐蚀模拟装置,电化学测试较为容易实现模拟试验,但是不能较好的模拟熔融盐泵叶轮,以及储罐内搅拌构件等的工况条件；

(2)旋转圆盘法:此类腐蚀模拟装置可以较好的模拟熔融盐泵叶轮,储罐内搅拌构件以及运输管道等部件的磨损腐蚀行为,但测试电化学行为困难,无法准确评估电化学因素与流体力学因素间对于熔融盐腐蚀的协同效应。

但是，试验样镶嵌在试验圆盘上,在机械带动下,试验圆盘旋转为主体运动,无法进行介质在轴流型的流向特点下受切线方向力作用研究；同时，在同一个试验内釜中,也无法进行试验样与熔融盐不同相对运动速度的研究；此外，在试验内釜中,无法进行试验样电化学因素与流体力学因素间的协同作用研究；同时无法实现试验要求流速的可调。

因此，社会迫切需求一种能够在不同气氛条件下同时模拟静态部件和动态部件腐蚀工况的高温熔融盐腐蚀模拟装置。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高温熔融盐腐蚀模拟装置，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，提供一种高温熔融盐腐蚀模拟装置，其特征在于，包括主容器、动态挂样系统、静态挂样系统、以及电极系统，其中，

所述的主容器的顶部连接有釜盖，所述主容器的内部设置有坩埚，所述坩埚内装入高温熔融盐，所述坩埚通过坩埚托固定，所述坩埚托连接固定在所述主容器上，所述坩埚托的外壁敷设有电加热带；

所述的动态挂样系统包括试验样镶嵌用旋转圆盘、电机旋转主杆、以及陶瓷挂样杆，所述电机旋转主杆穿过所述釜盖伸入到所述坩埚内，且所述电机旋转主杆的下端连接有所述的试验样镶嵌用旋转圆盘，上端连接有旋转电机，所述试验样镶嵌用旋转圆盘的圆周边缘处分布设置有陶瓷挂样杆，试验样装于所述陶瓷挂样杆上；

所述的静态挂样系统包括试验样挂样用的陶瓷吊杆，所述陶瓷吊杆通过釜盖伸到所述坩埚内；

所述电极系统与所述静态挂样系统相连，用于通过所述釜盖外连常规电化学工作站。

所述试验样镶嵌用旋转圆盘的背面设置有可调半径通道，可调节试验样镶嵌点与旋转圆盘中心之间的距离。

所述釜盖内连有一热电偶，用以监控所述坩埚内的温度；所述主容器底部开有一小孔，通过所述小孔插入有另一个热电偶，用以监控所述电加热带的加热温度。

所述的腐蚀模拟装置还包括基座，用以承载各实验器具的固定和安装，所述主容器安装于所述基座上的一支架上，且可进行高度的调节。

所述的主容器通过法兰密封连接所述釜盖，所述电极旋转主杆与所述釜盖密封相连的同时连接有液压升降柱，且所述液压升降柱设置于所述基座上，所述釜盖通过所述液压升降柱控制升降高度，用以快速装卸试验样。

所述的腐蚀模拟装置装有釜盖外部连接水循环冷却管，且所述釜盖外设置有一个连接口，所述连接口通过外部三通管道连接试验用气路和真空系统，通过调节外连三通管道的开关控制高温熔融盐腐蚀工况气氛的要求。

所述可调半径通道通过螺纹连接在所述试验样镶嵌用旋转圆盘上，且所述的电机旋转主杆上设置有两个所述试验样镶嵌用旋转圆盘。

较佳的，与高温熔融盐腐蚀介质相连接的所述坩埚、所述电机旋转主杆、以及所述试验样镶嵌用旋转圆盘均由耐高温、耐腐蚀材料制成；与所述试验样相接触的部件均由耐高温、耐腐蚀、不导电的材料制成。

较佳的，所述电机旋转主杆与所述试验样镶嵌用旋转圆盘之间通过螺纹连接，可自由拆卸。

较佳的，所述坩埚托通过螺纹连接固定在主容器上，所述电加热带与主容器之间填满隔热材料。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供了一套高温熔融盐腐蚀模拟装置，能够调节熔融盐流速和腐蚀温度，在不同气氛条件下同时模拟静态部件和动态部件腐蚀工况；

(2)实际太阳能热发电站中,无论是熔融盐泵,搅拌机械,还是熔融盐运输管道,切向力对磨损腐蚀都起到重要作用,在高温熔融盐动态腐蚀模拟装置的试验样镶嵌在旋转圆盘周壁上,以尽可能实现研究试样在介质中仅受切线方向力的作用,在试验内釜通过适当安装挡板,使介质的流向特点为轴流型,避免径流型的产生,研究试验样表面受流体切应力的作用,同时避免试验内釜中熔融盐漩涡形成,导致试验样暴露在介质外；

(3)为便于高效研究试验样在不同相对流动速度的熔融盐中的腐蚀规律,在试验旋转圆盘上制作可调转盘半径通道,可以根据不同试验相对流动速度的要求,调节试验样镶嵌点与旋转圆盘中心之间的距离,实现试验要求流速的可调；

(4)在高温熔融盐腐蚀模拟装置内釜中设置电极系统(工作电极:试验样,参比电极和对电极:碳棒),与常规电化学工作站联机,获得在熔融盐介质下阳极极化曲线,快速获得腐蚀电流密度、钝化电流密度等腐蚀数据，可以快速评价对已有材料在熔融盐介质中的耐腐蚀性排序。

附图说明

图1为本发明高温熔融盐腐蚀模拟装置的整体结构示意图；

图2为本发明高温熔融盐腐蚀模拟装置内部动态挂样系统的结构示意图；

图3为本发明高温熔融盐腐蚀模拟装置试验样镶嵌用旋转圆盘的结构示意图；

图4为图1中I部的局部放大图；

图5为图1中II部的局部放大图。

具体实施方式

以下，将会参照附图描述本发明的实施方式。在实施方式中，相同构造的部分使用相同的附图标记并且省略描述。

参阅图1，为本发明高温熔融盐腐蚀模拟装置的整体结构示意图；结合图2，为本发明高温熔融盐腐蚀模拟装置内部动态挂样系统的结构示意图；以及图3，为本发明高温熔融盐腐蚀模拟装置试验样镶嵌用旋转圆盘的结构示意图，以及图4，为图1中I部的局部放大图；以及图5，为图1中II部的局部放大图。

如图中所示，所述的腐蚀模拟装置包括主容器6、动态挂样系统、静态挂样系统、以及电极系统。其中，

所述主容器6的顶部连接有釜盖4，所述主容器6的内部设置有坩埚7，所述坩埚7内装入高温熔融盐，所述坩埚7通过坩埚托8固定，保证在模拟动态腐蚀时所述坩埚7静止不动，所述坩埚托8连接固定在所述主容器6上，所述坩埚托8的外壁敷设有电加热带9。

所述的动态挂样系统包括试验样镶嵌用旋转圆盘10、电机旋转主杆5、以及陶瓷挂样杆19，所述电机旋转主杆5穿过所述釜盖4伸入到所述坩埚7内，且所述电机旋转主杆5不与所述坩埚7直接接触，所述电机旋转主杆5的下端连接有所述的试验样镶嵌用旋转圆盘10，上端连接有一旋转电机，用以提供旋转动力。所述试验样镶嵌用旋转圆盘10的背面设置有可调半径通道27，可以根据不同试验相对流动速度的要求,调节试验样镶嵌点与旋转圆盘中心之间的距离,实现试验要求流速的可调；

所述试验样镶嵌用旋转圆盘10的圆周边缘22处分布设置有陶瓷挂样杆19，试验样23装于所述陶瓷挂样杆19上，避免了金属与金属间的接触产生的电化学腐蚀。

所述的静态挂样系统包括试验样挂样用的陶瓷吊杆15，所述陶瓷吊杆15通过釜盖4伸到所述坩埚7内。

所述电极系统与所述静态挂样系统相连，用以通过所述釜盖外连常规电化学工作站，进行模拟工况条件下的样品电化学腐蚀分析。

本实施例中，所述的腐蚀模拟装置还包括基座13，用以承载各实验器具的固定和安装，所述主容器6安装于所述基座13上的一支架12上，且可进行高度的调节；所述的主容器6通过法兰密封连接所述釜盖4，所述电极旋转主杆5与所述釜盖4密封相连的同时连接有液压升降柱14，且所述液压升降柱14设置于所述基座13上，所述釜盖4通过所述液压升降柱14控制升降高度，可快速装卸试验样；所述坩埚托8通过螺纹连接固定在主容器6上；所述电加热带9与主容器之间填满隔热材料；通过所述釜盖4内连有一热电偶3，用以监控所述坩埚7内的温度；所述主容器6底部开有一小孔11，通过小孔11插入有另一个热电偶，用以监控所述电加热带9的加热温度；且所述陶瓷吊杆15不与所述坩埚7、所述釜盖4、所述热电偶3、所述电机旋转主杆5等直接接触。

所述电机旋转主杆5与所述试验样镶嵌用旋转圆盘10之间通过螺纹20连接，可自由拆卸；所述可调半径通道27通过螺纹连接在所述试验样镶嵌用旋转圆盘10上。且本实施例中所述的电机旋转主杆5上设置有两个所述试验样镶嵌用旋转圆盘10，其结构相同，不同之处仅在于位于两者尺寸不同，且上方位置的一个尺寸较大，但也可以仅设置一个或三个，不局限于此。

且在静态腐蚀模拟中，所述陶瓷吊杆15上按照所述电极系统要求依次挂上试验用工作电极16(即试验样23)、参比电极17(即碳棒)和对电极18(即碳棒)，电极系统通过釜盖4外连常规电化学工作站，进行模拟工况条件下的样品电化学腐蚀分析。

此外，所述的腐蚀模拟装置装有釜盖外部连接水循环冷却管，且所述釜盖4外设置有一个连接口2，所述连接口2通过外部三通管道连接试验用气路和真空系统，通过调节外连三通管道的开关控制高温熔融盐腐蚀工况气氛的要求。

所述坩埚7、所述电机旋转主杆5、所述试验样镶嵌用旋转圆盘10等与高温熔融盐腐蚀介质相连接的均为耐高温、耐腐蚀材料。与所述试验样23相接触的部件均由耐高温、耐腐蚀、不导电的材料制成。

本发明的工作原理和具体实验步骤为：

步骤a，本发明装置在腐蚀试验时，先打开釜盖4，装入腐蚀介质熔融盐，加热电加热带9，通过坩埚7内热电偶3和釜底13内接的热电偶，观察坩埚7内熔融盐的温度，待温度稳定至熔融盐全部熔化。

步骤b，本发明装置在腐蚀试验时，通过液压升降柱14盖上装有试验样镶嵌用旋转圆盘10、试验样挂样用陶瓷吊杆15及试验样23的釜盖4，同时打开釜盖外部连接水循环，通过调节连接口2的外接气路三通管道，调节至所需的试验气氛或真空环境。

步骤c，本发明装置在动态腐蚀试验时，打开旋转电机1，慢速调节转速直至达到试验要求的相对流体速度，并开始试验计时，动态腐蚀试验可同时进行不同相对流体速度下的工况模拟，在一定的电机旋转速度下，通过可调节通道调节试样23至试验样镶嵌用旋转圆盘10的中心距离，根据线速度与角速度的关系及流体数值模拟计算，来达到模拟不同流体速度的试验工况；此外，本发明装置在静态腐蚀试验时，可待坩埚7内温度稳定后直接开始试验计时。

步骤d，本发明装置在腐蚀试验时，到达试验取样时间点时，关闭旋转电机1，关闭电加热带9电源，关闭连接口2连接的外接气路直至常压，通过液压升降柱14打开釜盖4，待试验样镶嵌用旋转圆盘10(或试验样挂样用陶瓷吊杆15)冷却，取下样品23，进行样品23的腐蚀行为分析。

步骤e，本发明装置在腐蚀试验时，中间时间取样点完成后，重复步骤b操作，直至试验时间完成。

步骤f，本发明装置在电化学腐蚀试验时，重复步骤a和步骤b操作，在试验样挂样用陶瓷吊杆15上按照电极系统要求依次挂上试验用工作电极16(即试验样23)、参比电极17(即碳棒)和对电极18(即碳棒)，电极系统通过釜盖4外连常规电化学工作站，进行模拟工况条件下的样品电化学腐蚀分析。

这样，本发明提供了一套高温熔融盐腐蚀模拟装置，能够调节熔融盐流速和腐蚀温度，在不同气氛条件下同时模拟静态部件和动态部件腐蚀工况。

实际太阳能热发电站中,无论是熔融盐泵,搅拌机械,还是熔融盐运输管道,切向力对磨损腐蚀都起到重要作用,在高温熔融盐动态腐蚀模拟装置的试验样镶嵌在旋转圆盘周壁上,以尽可能实现研究试样在介质中仅受切线方向力的作用,在试验内釜通过适当安装挡板,使介质的流向特点为轴流型,避免径流型的产生,研究试验样表面受流体切应力的作用,同时避免试验内釜中熔融盐漩涡形成,导致试验样暴露在介质外；

为便于高效研究试验样在不同相对流动速度的熔融盐中的腐蚀规律,在试验旋转圆盘上制作可调转盘半径通道,可以根据不同试验相对流动速度的要求,调节试验样镶嵌点与旋转圆盘中心之间的距离,实现试验要求流速的可调；

在高温熔融盐腐蚀模拟装置内釜中设置电极系统(工作电极:试验样,参比电极和对电极:碳棒),与常规电化学工作站联机,获得在熔融盐介质下阳极极化曲线,快速获得腐蚀电流密度、钝化电流密度等腐蚀数据，可以快速评价对已有材料在熔融盐介质中的耐腐蚀性排序。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高温熔融盐腐蚀模拟装置，其特征在于，包括主容器、动态挂样系统、静态挂样系统、以及电极系统，其中，

所述的主容器的顶部连接有釜盖，所述主容器的内部设置有坩埚，所述坩埚内装入高温熔融盐，所述坩埚通过坩埚托固定，所述坩埚托连接固定在所述主容器上，所述坩埚托的外壁敷设有电加热带；

所述的动态挂样系统包括试验样镶嵌用旋转圆盘、电机旋转主杆、以及陶瓷挂样杆，所述电机旋转主杆穿过所述釜盖伸入到所述坩埚内，且所述电机旋转主杆的下端连接有所述的试验样镶嵌用旋转圆盘，上端连接有旋转电机，所述试验样镶嵌用旋转圆盘的圆周边缘处分布设置有陶瓷挂样杆，试验样装于所述陶瓷挂样杆上；

所述的静态挂样系统包括试验样挂样用的陶瓷吊杆，所述陶瓷吊杆通过釜盖伸到所述坩埚内；

所述电极系统与所述静态挂样系统相连，用于通过所述釜盖外连常规电化学工作站；

所述试验样镶嵌用旋转圆盘的背面设置有可调半径通道，可调节试验样镶嵌点与旋转圆盘中心之间的距离；

所述釜盖内连有一热电偶，用以监控所述坩埚内的温度；所述主容器底部开有一小孔，通过所述小孔插入有另一个热电偶，用以监控所述电加热带的加热温度；

所述的腐蚀模拟装置装有釜盖外部连接水循环冷却管，且所述釜盖外设置有一个连接口，所述连接口通过外部三通管道连接试验用气路和真空系统，通过调节外连三通管道的开关控制高温熔融盐腐蚀工况气氛的要求。

2.如权利要求1所述的高温熔融盐腐蚀模拟装置，其特征在于，所述的腐蚀模拟装置还包括基座，用以承载各实验器具的固定和安装，所述主容器安装于所述基座上的一支架上，且可进行高度的调节。

3.如权利要求2所述的高温熔融盐腐蚀模拟装置，其特征在于，所述的主容器通过法兰密封连接所述釜盖，所述电极旋转主杆与所述釜盖密封相连的同时连接有液压升降柱，且所述液压升降柱设置于所述基座上，所述釜盖通过所述液压升降柱控制升降高度，用以快速装卸试验样。

4.如权利要求1所述的高温熔融盐腐蚀模拟装置，其特征在于，所述可调半径通道通过螺纹连接在所述试验样镶嵌用旋转圆盘上，且所述的电机旋转主杆上设置有两个所述试验样镶嵌用旋转圆盘。

5.如权利要求1所述的高温熔融盐腐蚀模拟装置，其特征在于，与高温熔融盐腐蚀介质相连接的所述坩埚、所述电机旋转主杆、以及所述试验样镶嵌用旋转圆盘均由耐高温、耐腐蚀材料制成；与所述试验样相接触的部件均由耐高温、耐腐蚀、不导电的材料制成。

6.如权利要求4所述的高温熔融盐腐蚀模拟装置，其特征在于，所述电机旋转主杆与所述试验样镶嵌用旋转圆盘之间通过螺纹连接，可自由拆卸。

7.如权利要求6所述的高温熔融盐腐蚀模拟装置，其特征在于，所述坩埚托通过螺纹连接固定在主容器上，所述电加热带与主容器之间填满隔热材料。