液態(tài)介質小型熱對流試驗回路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種液態(tài)介質小型熱對流試驗回路，包括回路主體、膨脹箱，以及用于對試驗回路抽真空和充氬氣的氣體系統(tǒng)，其特征在于，所述回路主體由豎直方向的高溫段(熱端、實驗段)、低溫段(冷端)及水平方向的加熱段與冷卻段構成正方形循環(huán)回路；膨脹箱連接回路主體，處于循環(huán)回路的最高點；膨脹箱與回路主體的連接管上設有閥門。該試驗回路簡潔、緊湊，可實現(xiàn)性強，成本低，易于加工制造，能夠根據(jù)實驗目的，選用相應的結構材料建造，營造相應的實驗環(huán)境與工況，開展液態(tài)介質對材料腐蝕的實驗研究。
【專利說明】液態(tài)介質小型熱對流試驗回路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料腐蝕【技術領域】，具體涉及一種用于研宄液態(tài)介質對材料腐蝕情況的小型熱對流試驗回路。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)生產(chǎn)和科學技術研宄與應用的各個領域中涉及到各種液態(tài)介質在管道中進行長距離傳輸(或者短距離循環(huán)輸運)，如能源領域中的原油遠距離輸送、化工生產(chǎn)用的酸堿鹽、冶金行業(yè)用液態(tài)金屬介質輸送與澆鑄、核工業(yè)與核反應堆工程【技術領域】液態(tài)金屬(載熱或氚增殖)循環(huán)流動等。這些液態(tài)介質在傳輸過程中會引起一系列問題，如介質流動對傳輸管道的沖蝕、介質溫度變化引起傳輸管道熱應力作用下的腐蝕問題、不同介質在管道中的流動特性影響長距離傳輸效率、介質流動所處的各種工況環(huán)境因素影響流動效率等。特別是液態(tài)介質對管道腐蝕，從而使管道及結構部件的安全性和使用壽命受到威脅，因此，必須進行其結構材料與液態(tài)介質的相容性試驗研宄。液態(tài)介質小型熱對流試驗回路能有效模擬該類結構材料所處的工況，從而獲得結構材料的液態(tài)介質腐蝕性能數(shù)據(jù)，以保證管道部件的完整性和安全運行。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是提供一液態(tài)介質小型熱對流試驗回路，能夠根據(jù)實驗目的，選用相應的結構材料建造小型熱對流試驗回路，營造相應的實驗環(huán)境與工況，開展液態(tài)介質對材料腐蝕的實驗研宄。
[0004]本發(fā)明的技術方案如下:
[0005]一種液態(tài)介質小型熱對流試驗回路，包括回路主體、膨脹箱，以及用于對試驗回路抽真空和充氬氣的氣體系統(tǒng)，其特征在于，所述回路主體由豎直方向的高溫段(熱端、實驗段)、低溫段(冷端)及水平方向的加熱段與冷卻段構成正方形循環(huán)回路；膨脹箱連接回路主體，處于循環(huán)回路的最高點；膨脹箱與回路主體的連接管上設有閥門。
[0006]在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述回路主體的每段管路長度都為0.5m，高溫段與低溫段管路中心距為0.5m，整個循環(huán)回路長度為2m。高溫段和低溫段管路位于豎直方向，低溫段下端和高溫段下端之間的連接管路為加熱段，而高溫段上端和低溫段上端之間的連接管路為冷卻段，熱對流提供液態(tài)介質自然循環(huán)的驅動力。管路系統(tǒng)可由被研宄的結構材料制成，也可用SS316LN等不銹鋼管材構成，根據(jù)高溫段和低溫段的溫度，進行熱工水力計算，可估算管內(nèi)液態(tài)介質流速。通過調(diào)節(jié)高、低溫段的溫度，可以調(diào)節(jié)液態(tài)介質的流速。
[0007]在高溫段的管道內(nèi)可設置試驗樣品架，通過高溫段管道上端口可在試驗樣品架上安放試驗樣品，然后將高溫段管道上端口用法蘭金屬密封。
[0008]膨脹箱是為提供整個回路系統(tǒng)溫度上升期間的液態(tài)介質自由膨脹空間而設計。膨脹箱處在回路系統(tǒng)的最高點，試驗開始前，實驗介質(常溫下，該實驗介質可以是液態(tài)也可以是固態(tài))通過膨脹箱灌入回路系統(tǒng)中，試驗結束后，膨脹箱則可作為實驗介質儲存罐。
[0009]優(yōu)選的，膨脹箱的箱體與回路主體相連處具有一定的斜度，二者的連接管與水平方向有3°?5。左右的傾斜角，膨脹箱的實驗介質流出口(即膨脹箱與連接管的接口)位于較高處，以便讓液態(tài)介質流入回路系統(tǒng)中。
[0010]進一步的，膨脹箱上端用法蘭金屬密封，打開法蘭可以放入實驗介質(常溫下，該實驗介質可以是液態(tài)，也可以是固態(tài))。
[0011 ] 進一步的，膨脹箱內(nèi)設有液位計以顯示液態(tài)介質的液位高低。
[0012]進一步的，膨脹箱可設計為圓柱狀，在膨脹箱側面中部設有一管道口，與氣體系統(tǒng)相連，以便對整個回路抽真空、充氬氣。
[0013]通常，膨脹箱的容積大約為回路主體容積的二倍以上，當液態(tài)介質在循環(huán)回路中運行完畢，將試驗回路翻轉倒立過來，回路中液態(tài)介質在重力作用下回流到膨脹箱。
[0014]進一步的，所述液態(tài)介質小型熱對流試驗回路還具有一個回路支架。所述回路支架由底座和兩金屬支桿構成，其中，底座由上下兩塊金屬鋼板組成，兩鋼板一端用絞鏈聯(lián)結，另一端上面的鋼板相對于下面的鋼板可螺紋升降，兩金屬支桿垂直焊接在上面的鋼板上，兩金屬支桿上端設有一水平轉軸?；芈分黧w的高溫段和低溫段的中部分別與該水平轉軸絕熱柔性連接固定。整個裝置重心很低，穩(wěn)穩(wěn)地支撐整個回路；兩金屬支桿與回路絕熱接觸，不影響回路溫度分布；回路工作時，能緩解整個回路在不同的溫差下的熱應力。整個回路可繞水平轉軸在垂直方向上轉動，試驗時，底座兩塊金屬鋼板平行，整個回路主體直立，膨脹箱在最高點，為整個回路系統(tǒng)溫度上升期間的液態(tài)介質自由膨脹提供空間；當試驗結束后，回路停止運行，整個回路主體繞水平轉軸翻轉，整個回路主體正倒立，然后，旋轉底座上的螺紋升降，兩鋼板變成楔形，整個回路主體側倒立，膨脹箱在最低點，所有液態(tài)介質在重力作用下回流到膨脹箱，整個回路中無死角，此時，膨脹箱作為儲罐儲存實驗介質。
[0015]進一步的，所述氣體系統(tǒng)由氬氣瓶、除水罐、緩沖罐、凈化罐以及機械真空泵構成。氣體系統(tǒng)的氬氣瓶與除水罐、緩沖罐、凈化罐依次連接并各自用閥門相隔，通過機械真空泵與膨脹箱側面中間的抽氣與進氣的管道口連接。在回路實驗運行前，氬氣被用來沖洗回路；實驗運行時，氬氣被用來覆蓋回路中液態(tài)介質的液面從而保護液態(tài)介質。
[0016]進一步的，所述液態(tài)介質小型熱對流試驗回路還包括一個溫控系統(tǒng)，該溫控系統(tǒng)對回路管道進行加熱和溫度監(jiān)控。優(yōu)選的，先采用管道外壁加熱方式對回路主體進行預熱，再啟動加熱段主加熱器和高溫段加熱器對管道內(nèi)的液態(tài)介質進行加熱，達到試驗熱對流穩(wěn)態(tài)，進行實驗；與此同時，試驗管道同一截面上設計多組多個熱電偶進行測溫，準確獲取回路各部分的溫度分布情況。
[0017]本發(fā)明的液態(tài)介質小型熱對流試驗回路設計有如下特點:
[0018](1)回路形狀為正方形，熱對流驅動液態(tài)介質流動。
[0019](2)回路中膨脹箱既是液態(tài)介質的儲罐，也可作為將液態(tài)介質導入回路中的裝置。
[0020](3)膨脹箱內(nèi)有液位計以顯示液態(tài)介質的液位高低。
[0021](4)回路支架柔性支撐整個回路，與回路絕熱接觸不影響回路溫度分布，回路工作時，能緩解整個回路在不同的溫差下熱應力，整個回路翻轉自如，完成膨脹箱具有儲罐的功會泛。
[0022](5)抽氣與進氣的管道口設計在膨脹箱(圓柱體)的側面中間而不在膨脹箱的上面，膨脹箱的容積大約為回路管道的容積兩倍多，當回路運行完畢翻轉倒立過來，回路中所有液態(tài)介質流入膨脹箱后不會堵住抽氣與進氣的管道口。
[0023](6)由于試驗回路較小，其中液態(tài)介質量不多，更換方便、損耗不大，當回路進行多次試驗后，回路中液態(tài)介質中的雜質含量較高，可將回路中液態(tài)介質更換；也可以通過分析研宄實驗前后液態(tài)介質中的雜質含量的變化來分析、研宄并獲得材料被腐蝕的情況。
[0024](7)由于回路管材可由被研宄的結構材料制成，回路管道內(nèi)表面的腐蝕是用該回路進行該材料腐蝕的時間積累，當回路壽命己到，回路管道內(nèi)表面的腐蝕也是難得的腐蝕數(shù)據(jù)！
[0025](8)回路簡潔、緊湊，可實現(xiàn)性強，成本低，易于加工制造。
[0026]整個試驗回路各種參數(shù)測量與控制方式全部集成于一個測控系統(tǒng)，便于調(diào)試與運行。
[0027]整個回路系統(tǒng)采用管道外壁加熱和分段加熱方式對管道內(nèi)的液態(tài)介質進行加熱，與此同時，實驗管道同一截面上上設計多組多個熱電偶進行測溫，準確獲取回路各部分的溫度分布情況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的液態(tài)介質小型熱對流試驗回路裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0029]以下通過【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明，但這并非是對本發(fā)明的限制，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的基本思想，可以做出各種修改或改進，但是只要不脫離本發(fā)明的基本思想，均在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0030]參見圖1，本實施例的液態(tài)介質小型熱對流試驗回路，其組成主要包括回路主體
1、膨脹箱2、閥門3、加熱系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、氣體系統(tǒng)和測量控制系統(tǒng)組成。其中，回路主體1由高溫段4 (熱端、實驗段)、低溫段5 (冷端)及加熱段6與冷卻段7四段管道構成正方形循環(huán)回路，每段管路長度都為0.5m，高溫段與低溫段管路中心距為0.5m。熱對流提供液態(tài)介質自然循環(huán)的驅動力。膨脹箱2內(nèi)裝有液位計。
[0031]整個回路的工作流程如下:
[0032](1)根據(jù)實驗要求，打開實驗段管道上法蘭8，在實驗段管內(nèi)試驗樣品架上安放試驗樣品，用法蘭金屬密封；打開膨脹箱上法蘭9，裝入實驗介質，用法蘭金屬密封；
[0033](2)用真空泵對整個管道抽真空，同時對整個管道預加熱，并用氬氣清洗管道，使管道潔凈；
[0034](3)打開閥門3，讓膨脹箱2中的實驗介質流入回路中(如果常溫下實驗介質是固態(tài)，則加熱膨脹箱至其熔點以上使其全部熔化)，使得回路管道中充滿實驗介質；
[0035](4)啟動加熱段主加熱器和高溫段加熱器同時對液態(tài)介質進行加熱使熱端的溫度達到所設的高溫，并保持該高溫溫度；啟動風冷系統(tǒng)對介質進行冷卻使冷端的溫度達到所設的低溫，并保持該低溫溫度，利用溫差，熱對流驅動液態(tài)介質在回路中循環(huán)流動；開始試驗運行；
[0036](5)試驗運行結束后，停止加熱，待整個管道及介質的溫度降到某一較低溫度(如果常溫下介質是固態(tài)，則整個管道及介質的溫度降到比該介質熔點高20?30度左右)時，啟動加熱膨脹箱2至該低溫度后，停止加熱。并翻轉整個裝置讓介質在重力作用下流回到膨脹箱2，再用氬氣把管道中殘的介質壓入膨脹箱2，關閉閥門3。待整個裝置溫度至室溫，打開實驗段管道上方的法蘭8，取出試驗樣品，進行試驗樣品處理、測試。
【權利要求】
1.一種液態(tài)介質小型熱對流試驗回路，包括回路主體、膨脹箱，以及用于對試驗回路抽真空和充氬氣的氣體系統(tǒng)，其特征在于，所述回路主體由豎直方向的高溫段與低溫段及水平方向的加熱段與冷卻段構成正方形循環(huán)回路；膨脹箱連接回路主體，處于循環(huán)回路的最高點；膨脹箱與回路主體的連接管上設有閥門。
2.如權利要求1所述的試驗回路，其特征在于，所述回路主體的管路由被研宄的結構材料制成，或者由不銹鋼管材制成。
3.如權利要求1所述的試驗回路，其特征在于，在高溫段的管道內(nèi)設置有試驗樣品架，高溫段具有用法蘭金屬密封的上端口。
4.如權利要求1所述的試驗回路，其特征在于，所述膨脹箱與回路主體的連接管與水平方向有3°?5°的傾斜角，膨脹箱與連接管的接口位于較高處。
5.如權利要求1所述的試驗回路，其特征在于，膨脹箱上端用法蘭金屬密封。
6.如權利要求1所述的試驗回路，其特征在于，膨脹箱內(nèi)設有液位計。
7.如權利要求1所述的試驗回路，其特征在于，膨脹箱與氣體系統(tǒng)連接的管道口設置在膨脹箱側面的中部。
8.如權利要求1所述的試驗回路，其特征在于，膨脹箱的容積為回路主體容積的二倍以上。
9.如權利要求1所述的試驗回路，其特征在于，所述試驗回路還具有一個回路支架，該回路支架由底座和兩金屬支桿構成，其中:底座由上下兩塊金屬鋼板組成，兩鋼板一端用絞鏈聯(lián)結，另一端上面的鋼板相對于下面的鋼板可螺紋升降；兩金屬支桿垂直焊接在上面的鋼板上，兩金屬支桿上端設有一水平轉軸，回路主體的高溫段和低溫段的中部分別與該水平轉軸絕熱柔性連接固定。
10.如權利要求1所述的試驗回路，其特征在于，所述試驗回路還包括一個對回路管道進行加熱和溫度監(jiān)控的溫控系統(tǒng)，該溫控系統(tǒng)采用管道外壁加熱方式，包括加熱段主加熱器和高溫段加熱器；同時，在試驗回路管道的同一截面上設計多組多個熱電偶進行測溫，獲取回路各部分的溫度分布情況。
【文檔編號】G01N17/00GK104458550SQ201410687077
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權日:2014年11月25日
【發(fā)明者】章毛連, 吳宜燦, 黃群英, 許萬祥, 張永鋒, 朱志強, 何恩節(jié), 劉念, 高勝 申請人:安徽科技學院