專利名稱：一種具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，具體為一種具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統。
背景技術：
隨著現代經濟社會的高速發展，能源問題日益突出。核電作為一種清潔、高效的能源越來越被廣泛利用。核電回路中的材料服役環境極為苛刻，對核電安全穩定運行具有重要作用。壓水堆核電站蒸汽發生器運行經驗表明核電站因蒸汽發生器管破裂而導致停堆的事故占很高的比例。因此，需要在實驗室中模擬高溫高壓水環境來評定核電關鍵材料的性能、預測關鍵部件壽命，并提出相應的改進措施。目前，實驗室的模擬實驗主要分為兩種一種是在靜態高壓釜中完成，另一種是在高溫高壓水循環回路系統中完成。由于靜態高壓釜中的水化學參數不易控制，如只能精確控制溫度，卻無法精確控制壓力，即壓力隨著溫度的變化而變化，因此不能對溫度和壓力的影響進行獨立控制。另外，靜態高壓釜經過長時間的實驗后，水化學參數會發生一定的變化，不能保證整個實驗過程中水化學參數的一致性，因此靜態高壓釜中實驗結果的可靠性有待進一步探究。國外先進研究小組的許多實驗均是在高溫高壓水循環回路系統中完成， 且取得了一系列重要的研究結果。目前，國外生產這種高溫高壓水循環回路系統的只有少數幾家公司，如日本東伸公司、芬蘭的CORMET公司等，國內還沒有相關的生產廠家。
發明內容
本發明的目的在于提供一種具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統， 解決現有技術中模擬實驗無法精確控制壓力等問題。本發明的技術方案如下一種具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，該系統設有減壓閥、排氣裝置、不銹鋼儲水罐、常規泵I、過濾棉芯、高壓泵、緩沖罐、PH探頭、溶解氧探頭、電導率探頭、常規泵II、熱交換器、預熱器、高壓釜、冷凝器、背壓閥，具體結構如下不銹鋼儲水罐上設有兩個進氣口，分別通入氧氣和氮氣；氮氣進氣口與儲水罐連通的管路上裝有氮氣比例電磁閥和單向閥，氧氣進氣口與儲水罐連通的管路上裝有氧氣比例電磁閥和單向閥；不銹鋼儲水罐通過一管路與大氣連通，在所述管路上設有壓力表和低壓安全閥， 所述管路分出一路與排氣裝置連通，儲水罐內的氣體壓力通過安裝在儲水罐上面的壓力表讀出；儲水罐通過另一管路連接排氣裝置，在所述管路上設有手動調節閥V2和減壓閥，利用減壓閥對儲水罐內的氣體壓力進行控制；不銹鋼儲水罐上設有進水管路，在所述管路上設有手動調節閥V26 ；該系統中設有常壓回路，在所述回路上依次設置不銹鋼儲水罐、手動調節閥V4、 常規泵I、手動調節閥V7、手動調節閥V10、單向閥、手動調節閥VII、PH探頭、溶解氧探頭、電導率探頭、單向閥；手動調節閥V7并聯有一管路，在所述管路上設有手動調節閥V5、過濾棉芯5、手動調節閥V6 ；手動調節閥V7和過濾棉芯的出水口還通過管路連接熱交換器的冷水進口，在所述管路上依次設置高壓泵、單向閥、壓力表、高壓安全閥；熱交換器的熱水出口通過管路連接高壓釜，在所述管路上設有預熱器；高壓釜的出水口通過管路連接熱交換器的熱水進口，熱交換器的冷水出口通過管路連接冷凝器；冷凝器的出水口通過管路連接除氣罐，在所述管路上設有壓力表、背壓閥、流量計，流量計的出水口另分一路，其上設有手動調節閥V17 ；冷凝器出水口處裝有溫度傳感器；除氣罐上設有兩個出水口，一個出水口通過管路連接儲水罐，在所述管路上設有手動調節閥V9、單向閥，另一個出水口通過管路連接手動調節閥Vll進水口，在所述管路上設有手動調節閥V13、常規泵II、手動調節閥V12、單向閥；在手動調節閥V9的進水口與手動調節閥VlO的進水口之間另設連接管路，在所述管路上設有手動調節閥V8。所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，該系統采用手動或自動兩種模式進行控制。所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，預熱器通過熱電偶將溫度信號傳至可編程溫度控制器和計算機，可編程溫度控制器的輸出端控制加熱功率大小，計算機控制系統的輸出端對預熱器進行加熱電源的開關控制；高壓釜通過熱電偶將溫度信號傳至可編程溫度控制器和計算機，可編程溫度控制器的輸出端控制加熱功率大小， 計算機控制系統的輸出端對預熱器進行加熱電源的開關控制。所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，該系統還設有超溫報警器、超壓或低壓報警器，超溫報警器同時與預熱器、高壓釜的可編程溫度控制器相連，超壓或低壓報警器與計算機控制系統相連接。所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，該系統高壓釜的釜體底部打有一個直徑為1 3mm的小孔，釜體上焊接有厚度為2 4mm的純鎳內襯；高壓釜上裝有高溫參比電極和高溫工作/輔助電極，進行原位的電化學測量，同時在高壓釜中進行樣品的氧化及應力腐蝕浸泡實驗。所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，氮氣比例電磁閥上還并聯一個與儲水罐連通的管路，在所述管路上設有手動調節的針閥Vi和單向閥。所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，高壓泵出水口裝有緩沖罐。所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，系統中連接有兩個高壓釜高壓釜I、高壓釜II，兩個高壓釜之間并聯或串聯；預熱器的出水口分兩路一路上設有手動調節閥V19，另一路與手動調節閥V19并聯，所述另一路上設有手動調節閥V18、高壓釜I、手動調節閥V20，手動調節閥V20與手動調節閥V27并聯；經過上述并聯后的出水口再分兩路一路上設有手動調節閥V23，另一路與手動調節閥V23并聯，所述另一路上設有手動調節閥V22、高壓釜II、手動調節閥V24，經過此并聯后的出水口通過管路連接熱交換器的熱水進口，熱交換器的冷水出口通過管路連接冷凝器。所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，高壓釜I的出水口另分一路，其上設有手動調節閥V21 ；高壓釜II的出水口另分一路，其上設有手動調節閥V25。所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，冷凝器上還連有冷卻水進水管和出水管，在進水管上設有手動調節閥V16。本發明的有益效果是1、本發明系統能精確控制回路系統中的水化學參數，并能進行高溫高壓水循環條件下原位、在線電化學的測量和高溫高壓浸泡實驗。該系統工作時先將儲水罐中的水溶液循環均勻，使其水化學參數達到實驗要求。然后通過高壓泵和背壓閥之間的聯動配合進行加壓，通過熱交換器、預熱器和高壓釜的加熱使之達到實驗溫度并在高壓釜中完成電化學和浸泡實驗，高壓釜中出來的高溫高壓水溶液先后經過熱交換器和冷凝器，使之冷卻到常溫，可經過探頭進行水化學參數的測量也可直接進入到儲水罐中。本系統可獨立改變的實驗參數有溫度、壓力、流量和溶解氧等水化學參數。本系統實現了手動和自動兩種模式的控制，并可對系統參數進行實時精確測量、記錄、顯示和控制，具有自動化程度高、控制精度高、安全、高效的特點。2、本發明充分利用了自動控制和可編程控制器的優點，一方面使控制程序大為簡化，另一方面也方便了回路中流量等實驗參數發生變化時系統控制參數能自動快速地調整，實現了智能化的模糊控制。3、本發明可進行長時間連續監測，設有超溫報警，超壓、低壓報警等，并可根據報警方式不同自動選擇報警處理方式，自動保護程度高。4、本發明通過實時精確測量、記錄和實現系統各參數，便于結果的分析和操作者和系統程序的實時控制。5、本發明通過在一個回路系統中連接兩個高壓釜，并實現串聯或并聯的連接方式，提高了實驗效率和設備的利用率。6、本發明實現了高溫電化學在高溫高壓水循環回路系統中原位、在線測量。7、本發明的實驗參數通過自動控制系統精確控制，所以實驗結果比較真實地反映了實際工況中的材料腐蝕和應力腐蝕行為，為高溫高壓條件下材料的腐蝕和應力腐蝕行為提供可靠數據。
圖1為具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統結構圖。其中，1為減壓閥；2為排氣裝置；3為儲水罐；4為常規泵I ；5為過濾棉芯；6為高壓泵；7為緩沖罐；8為pH探頭；9為溶解氧探頭；10為電導率探頭；11為常規泵II ;12為熱交換器；13為預熱器；14為高壓釜I ；15為高壓釜II ；16為冷凝器；17為背壓閥；18為除氣罐；EVl為氮氣比例電磁閥；EV2為氧氣比例電磁閥；SVl為低壓安全閥；SV2為高壓安全閥。
具體實施例方式如圖1所示，本發明高溫高壓水循環腐蝕實驗系統主要包括減壓閥1、排氣裝置2、不銹鋼儲水罐3、常規泵I 4、過濾棉芯5、高壓泵6、緩沖罐7、pH探頭8、溶解氧探頭9、電導率探頭10、常規泵II 11、熱交換器12、預熱器13、高壓釜I 14、高壓釜II 15、冷凝器16、 背壓閥17等，具體結構如下不銹鋼儲水罐3上設有兩個進氣口，分別可通入氧氣和氮氣。氮氣進氣口與儲水罐3連通的管路上裝有氮氣比例電磁閥EVl和單向閥，氧氣進氣口與儲水罐3連通的管路上裝有氧氣比例電磁閥EV2和單向閥，可防止罐內氣體倒流。其中，氮氣比例電磁閥EVl上還并聯了一個與儲水罐3連通的管路，在所述管路上設有手動調節的針閥Vl和單向閥。當實驗要求完全除氧時，可通過手動打開該針閥Vl通入高純氮氣將溶解氧除去，而無需長時間通過控制系統打開氧氣比例電磁閥EV2來除氧。不銹鋼儲水罐3通過一管路與大氣連通，在所述管路上設有壓力表和低壓安全閥 SV1，所述管路分出一路與排氣裝置2連通，儲水罐3內的氣體壓力可通過安裝在儲水罐3 上面的壓力表讀出；儲水罐3通過另一管路連接排氣裝置2，在所述管路上設有手動調節閥 V2和減壓閥1，利用減壓閥1對儲水罐3內的氣體壓力進行控制。根據亨利定律，可由氣體分壓計算出溶液中氧含量數值，從而指導罐內壓力的設定。不銹鋼儲水罐3上設有進水管路，在所述管路上設有手動調節閥V26，用于向不銹鋼儲水罐3中通入蒸餾水。該系統中設有常壓回路，在所述回路上依次設置不銹鋼儲水罐3、手動調節閥 V4、常規泵I 4、手動調節閥V7、手動調節閥VlO、單向閥、手動調節閥Vl 1、pH探頭8、溶解氧探頭9、電導率探頭10、單向閥。手動調節閥V7并聯有一管路，在所述管路上設有手動調節閥V5、過濾棉芯5、手動調節閥V6，過濾棉芯5可濾去大顆粒雜質。當回路中溶液中沒有大顆粒雜質時也可關閉安裝在過濾棉芯5前后的手動調節閥V5、手動調節閥V6，打開手動調節閥V7。手動調節閥V4與不銹鋼儲水罐3之間的管路分出一路，其上設有手動調節閥V3。手動調節閥V7和過濾棉芯5的出水口還通過管路連接熱交換器12的冷水進口， 在所述管路上依次設置高壓泵6、緩沖罐7、單向閥、壓力表、高壓安全閥SV2，高壓泵6出水口裝有緩沖罐7，可以平穩管路高壓部分的壓力波動。熱交換器12的熱水出口通過管路連接高壓釜，在所述管路上設有預熱器13。系統中連接有兩個高壓釜高壓釜I 14、高壓釜II 15。兩個高壓釜之間既可進行并聯也可進行串聯。串聯時，兩個高壓釜中的水溶液流速是一致的；并聯時，兩個高壓釜互不干擾，并可單獨進行實驗。本實施例中，預熱器13的出水口分兩路一路上設有手動調節閥V19，另一路與手動調節閥V19并聯，所述另一路上設有手動調節閥V18、高壓釜I 14、手動調節閥V20，手動調節閥V20與手動調節閥V27并聯；經過上述并聯后的出水口再分兩路一路上設有手動調節閥V23，另一路與手動調節閥V23并聯，所述另一路上設有手動調節閥V22、高壓釜II 15、手動調節閥V24，經過此并聯后的出水口通過管路連接熱交換器12的熱水進口，熱交換器12的冷水出口通過管路連接冷凝器16。兩個高壓釜(高壓釜I 14、高壓釜II 1 并聯，是通過打開手動調節閥V18、V27、 V19、V22和V24，同時關閉手動調節閥V20、V21、V23和V25實現；兩個高壓釜(高壓釜I 14、高壓釜II 15)串聯時，是通過打開手動調節閥V18、V20、V22、V24，同時關閉手動調節閥V19.V2UV27.V23 和 V25 實現。高壓釜I 14的出水口另分一路，其上設有手動調節閥V21 ；高壓釜II 15的出水口另分一路，其上設有手動調節閥V25。冷凝器16的出水口通過管路連接除氣罐18，在所述管路上設有壓力表、背壓閥 17、流量計，流量計的出水口另分一路，其上設有手動調節閥V17。冷凝器16出水口處裝有溫度傳感器，防止回水溫度過高時，流經探頭時將探頭損壞。另外，冷凝器16上還連有冷卻水進水管和出水管，在進水管上設有手動調節閥V16。除氣罐18上設有兩個出水口，一個出水口通過管路連接儲水罐3，在所述管路上設有手動調節閥V9、單向閥，另一個出水口通過管路連接手動調節閥Vl 1進水口，在所述管路上設有手動調節閥V13、常規泵II 11、手動調節閥V12、單向閥。在手動調節閥V9的進水口與手動調節閥VlO的進水口之間另設連接管路，在所述管路上設有手動調節閥V8。該系統工作時，先將儲水罐3中的水溶液循環均勻，使其水化學參數達到實驗要求。然后通過高壓泵6和背壓閥17之間的聯動配合進行加壓，通過熱交換器12、預熱器13 和高壓釜(高壓釜I 14、高壓釜II 1 的加熱使之達到實驗溫度并在高壓釜中完成電化學和浸泡實驗。高壓釜中出來的高溫高壓水溶液先后經過熱交換器12和冷凝器16，使之冷卻到常溫，可經過探頭(PH探頭8、溶解氧探頭9、電導率探頭10)進行水化學參數的測量也可直接進入到儲水罐3中。該腐蝕實驗系統中的溫度、壓力、流量和溶解氧等水化學參數是精確控制的。系統中的溫度、壓力等參數通過自動控制系統精確控制，流量通過調節高壓泵行程控制。溶劑部分通過不銹鋼儲水罐3的液位計可讀出罐內蒸餾水的體積，溶質部分是通過電子天平精確稱量，溶液中的溶解氧含量可在自動控制系統程序中進行精確設定，通過對比探頭的測量值和設定值之間的差值進行負反饋控制比例電磁閥(EVl為氮氣比例電磁閥；EV2為氧氣比例電磁閥)的開關大小，從而使溶液中的溶解氧達到設定值。不銹鋼儲水罐3的液位計是利用石英玻璃制成，耐壓1. 6MPa。本發明通過手動開關閥門，可進行回路切換，既可測量進入高溫高壓回路之前的 PH、溶解氧和電導率等水化學參數，也可以測量經過高溫高壓實驗后回水的水化學參數。本發明中，系統可采用手動或自動兩種模式進行控制。本發明中，系統可裝有帶自整定功能的可編程溫度控制器，三個可編程溫度控制器的輸出端分別與預熱器13、高壓釜I 14、高壓釜II 15相連，可編程溫度控制器輸出的模擬信號對加熱功率進行控制。當采用手動模式時，預熱器13、高壓釜I 14、高壓釜II 15的加熱電源開關由手動按鈕控制；當采用自動模式時，預熱器13、高壓釜I 14、高壓釜II 15 的加熱電源開關由計算機自動控制系統控制。當采用自動模式時，可采用控制程序來控制開關量，由可編程溫度控制器輸出模擬量來根據當前系統負載特性調節加熱功率的大小。本發明中，系統可獨立改變的實驗參數有溫度、壓力、流量和溶解氧等水化學參數。本發明中，計算機控制系統分別與如下部分連接(1)常規泵I 4，計算機控制系統控制常規泵I 4的開啟與關閉；(2)高壓泵6，計算機控制系統控制高壓泵6的開啟與關閉；
(3)pH探頭8、溶解氧探頭9、電導率探頭10，將電流信號分別傳至計算機控制系統的輸入端，并通過程序轉換成實際測量的參數值進行顯示和記錄；(4)常規泵II 11，計算機控制系統控制高壓泵6的開啟與關閉；(5)預熱器13的加熱控制和熱電偶，預熱器13的熱電偶將溫度信號傳至可編程溫度控制器，可編程溫度控制器的輸出端控制加熱功率大小，計算機控制系統的輸出端對預熱器13進行加熱電源的開關控制；(6)高壓釜I 14的加熱控制和熱電偶，高壓釜I 14的熱電偶將溫度信號傳至可編程溫度控制器，可編程溫度控制器的輸出端控制加熱功率大小，計算機控制系統的輸出端對高壓釜I 14進行加熱電源的開關控制；(7)高壓釜II 15的加熱控制和熱電偶，高壓釜II 15的熱電偶將溫度信號傳至可編程溫度控制器，可編程溫度控制器的輸出端控制加熱功率大小，計算機控制系統的輸出端對高壓釜II 15進行加熱電源的開關控制；(8)冷凝器16的出水口熱電偶，將溫度信號傳至計算機控制系統，計算機控制系統根據冷凝器16的溫度判斷是否需要停止系統運行；(9)氮氣比例電磁閥EVl、氧氣比例電磁閥EV2，溶解氧探頭9將電流信號傳至計算機控制系統的輸入端，計算機程序根據實測溶解氧含量和系統中預先設定的溶解氧含量之差來控制氮氣比例電磁閥EVl或氧氣比例電磁閥EV2的開關大小；(10)壓力變送器，壓力變送器設置于高壓泵和熱交換器之間，將電流信號傳至計算機控制系統的輸入端。通過高壓泵和背壓閥的聯動調節控制壓力，計算機程序中設定當壓力高于設定值2MPa或者低于設定值2MPa時，計算機控制系統則自動關閉高壓泵開關。本發明中，系統還可設有超溫報警器、超(低)壓報警器，并可通過計算機控制系統根據報警的信號類型進行一系列動作。一個超溫報警器同時與預熱器13、高壓釜I 14、 高壓釜II 15的三個可編程溫度控制器相連，一個超(低)壓報警器與計算機控制系統相連接。當預熱器和高壓釜超溫時，系統自動對兩者進行斷電，并發出報警聲音；當冷凝器和探頭發生超溫或者系統發生超壓、低壓危險時，系統自動停止預熱器、高壓釜和高壓泵的工作，并發出報警聲音，從而保護探頭等系統部件免受超溫損傷。在系統管路方面，管路中無論常壓部分還是高壓部分均裝有安全閥。當自動控制發生故障時，還可通過這些安全閥將超壓的氣體或者液體排出，從而保護系統。手動控制柜和自動控制界面上均設有緊急停止開關，緊急情況下可手動或由程序控制自動切斷電源。本發明中，系統高壓釜的釜體底部打有一個直徑為2mm的小孔，釜體上焊接有厚度為3mm的純鎳內襯。高壓釜上裝有高溫參比電極和高溫工作/輔助電極，可進行原位的電化學測量，同時可以在高壓釜中進行樣品的氧化及應力腐蝕浸泡實驗。本發明中，通過自動控制系統可精確設定工作時間，當工作時間到達設定時間后可自動斷開預熱器和高壓釜電源開關，并根據系統冷卻情況依次關閉高壓泵、常規泵等其它部件。本發明中，系統可自動精確地實時精確測量、記錄運行過程中的各個參數值，根據實測值和設定值之差進行相應的實時控制，并通過控制界面實時顯示。本發明具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統操作步驟主要分為兩部分，第一部分是系統參數的設定和調整部分，第二部分是實驗操作部分。分別如下
第一部分系統參數的設定和調整部分(默認系統中各個閥門起始均為關閉狀態)1、打開手動調節閥M6往不銹鋼儲水罐3中通入蒸餾水，體積在不銹鋼儲水罐容積的1/2到2/3之間；2、關閉手動調節閥V26，打開手動調節閥VI、V2，通入高純氮氣，根據不銹鋼儲水罐3上安裝的壓力表讀數調節減壓閥1和安全閥SVl的大小，然后關閉手動調節閥Vl ；3、給緩沖罐7的氣囊中充入8MPa的高純氮氣(純度在99. 995wt%以上)；4、依次打開手動調節閥￥4、￥7、￥8、￥9、￥10、￥11、￥18和乂21 ；5、打開系統總電源，給控制系統各個部件通電；6、打開常規泵I 4和高壓泵6，待手動調節閥V21連續出水后關閉手動調節閥 V21，然后打開手動調節閥V20、V22和V25，待手動調節閥V25連續出水后關閉手動調節閥 V25，打開手動調節閥V24 ；7、通過聯動調節背壓閥17，根據壓力表的讀數設定安全閥SV2的系統最高安全壓力；8、將系統壓力為OMPa時的壓力變送器輸出電流設為4mA ；將系統達到安全閥SV2 設定的系統最高安全壓力時的壓力變送器輸出電流設為20mA ；9、在預設系統水化學參數條件下pH探頭8、溶解氧探頭9和電導率探頭10輸出范圍最小值設置為輸出電流4mA，輸出范圍的最大值設定為輸出電流20mA ；10、將上述電流信號通過計算機控制系統進行實時采集，并轉換成實際測量的參數值進行顯示和記錄；11、根據K型熱電偶的溫度和熱電勢關系擬合兩者之間的關系式，利用該關系式將采集到的電壓信號轉換成實際溫度進行顯示和記錄；12、將控制氮氣比例電磁閥EVl和氧氣比例電磁閥EV2的電流信號輸出范圍設置為4mA到20mA之間，根據溶解氧探頭9的實測溶解氧含量與實驗設定溶解氧含量進行對比，利用差值的大小控制氮氣比例電磁閥EVl和氧氣比例電磁閥EV2的開關大小；13、調節背壓閥17使系統壓力達到正常工作壓力狀態；14、打開冷凝器16的進水手動調節閥V16 ；15、設定控制預熱器13和高壓釜14加熱的可編程控制器各個參數。通過運行系統程序打開預熱器13和高壓釜14的電源控制開關，采用自整定模式對系統的加熱特性進行整定，從而得出合理的運行參數；16、參數整定完畢后，依次關閉預熱器13和高壓釜14加熱開關，待冷卻到室溫后， 調解背壓閥17，使高溫段壓力降低為常壓，然后關閉高壓泵和常規泵；17、通過編制控制程序設置超溫報警、超溫斷電、超壓報警和低壓報警及各種報警的自動處理方式；18、通過編制控制程序設定系統運行時間，待運行時間到達預設時間后自動停止加熱，然后等溫度降到常溫后自動停止高壓泵和常規泵工作，并隨之停止程序運行。第二部分實驗操作部分(默認系統中各個閥門起始均為關閉狀態)1、打開手動調節閥V26，往不銹鋼儲水罐3中注入溶液，注入的溶液體積在不銹鋼容積的1/2到2/3之間；
2、將樣品準備好放入高壓釜中，上緊高壓釜螺栓；3、若溶液中有大顆粒雜質則選擇打開手動調節閥V5和V6，關閉手動調節閥V7 ；若溶液中沒有大顆粒雜質則選擇關閉手動調節閥V5和V6，打開手動調節閥V7 ；若要測量進水的水化學參數，則打開手動調節閥V10，關閉手動調節閥V12和V13 ；若要測量回水的水化學參數，則關閉手動調節閥V10，打開手動調節閥V12和V13，同時打開常規泵II 11 ；4、依次打開手動調節閥V4、V8、V9、V11、V19和V23 ；5、打開系統總電源，給控制系統各個部件通電，并運行自動控制程序，在程序界面上設定預熱器溫度、高壓釜溫度、實驗壓力和系統運行時間等參數；6、打開常規泵4和高壓泵6運行系統一段時間；7、待系統中的水化學參數達到預設值并穩定后，選擇高壓釜I 14和高壓釜II 15 之間的連接方式。采用串聯方式時，關閉手動調節閥V19、V23，打開手動調節閥V18和V21， 待手動調節閥V21連續出水后關閉手動調節閥V21，然后打開手動調節閥V20、V22和V25， 待手動調節閥V25連續出水后關閉手動調節閥V25，打開手動調節閥V24 ；采用并聯方式時， 關閉手動調節閥V19、V23，打開手動調節閥V18和V21，待手動調節閥V21連續出水后關閉手動調節閥V21，然后打開手動調節閥V19、V27、V22和V25，待手動調節閥V25連續出水后關閉手動調節閥V25，打開手動調節閥V24 ；8、通過高壓泵6和背壓閥17的聯動調節使系統高壓部分的壓力達到預設值；9、通過手動操作程序打開預熱器13和高壓釜加熱控制開關；10、待實驗時間到達設定的系統運行時間后，系統自動將預熱器13和高壓釜加熱開關切斷，等冷卻到室溫后自動停止高壓泵6和常規泵的工作；11、緩慢將背壓閥17調到最小值，關閉手動調節閥V4、V18、V20、V22和VM后，通過打開手動調節閥V21和V25分別排出高壓釜I 14和高壓釜II 15中的溶液；12、打開高壓釜取出樣品進行實驗分析。本發明中，熱交換器采用多層套管式熱交換器，請參見中國發明專利申請(申請號201010172213. 4，申請日2010 年 5 月 14 日)。本發明中，預熱器采用立式盤管加熱裝置，請參見中國發明專利申請(申請號 201010183216. 8，申請日2010 年 5 月 26 日)。
權利要求
1.一種具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，其特征在于，該系統設有 減壓閥、排氣裝置、不銹鋼儲水罐、常規泵I、過濾棉芯、高壓泵、緩沖罐、PH探頭、溶解氧探頭、電導率探頭、常規泵II、熱交換器、預熱器、高壓釜、冷凝器、背壓閥，具體結構如下不銹鋼儲水罐上設有兩個進氣口，分別通入氧氣和氮氣；氮氣進氣口與儲水罐連通的管路上裝有氮氣比例電磁閥和單向閥，氧氣進氣口與儲水罐連通的管路上裝有氧氣比例電磁閥和單向閥；不銹鋼儲水罐通過管路與大氣連通，在所述管路上設有壓力表和低壓安全閥，所述管路分出一路與排氣裝置連通，儲水罐內的氣體壓力通過安裝在儲水罐上面的壓力表讀出； 儲水罐通過另一管路連接排氣裝置，在所述管路上設有手動調節閥V2和減壓閥，利用減壓閥對儲水罐內的氣體壓力進行控制；不銹鋼儲水罐上設有進水管路，在所述管路上設有手動調節閥V26 ；該系統中設有常壓回路，在所述回路上依次設置不銹鋼儲水罐、手動調節閥V4、常規泵I、手動調節閥V7、手動調節閥V10、單向閥、手動調節閥VII、pH探頭、溶解氧探頭、電導率探頭、單向閥；手動調節閥V7并聯有一管路，在所述管路上設有手動調節閥V5、過濾棉芯5、手動調節閥V6 ；手動調節閥V7和過濾棉芯的出水口還通過管路連接熱交換器的冷水進口，在所述管路上依次設置高壓泵、單向閥、壓力表、高壓安全閥；熱交換器的熱水出口通過管路連接高壓釜，在所述管路上設有預熱器；高壓釜的出水口通過管路連接熱交換器的熱水進口，熱交換器的冷水出口通過管路連接冷凝器；冷凝器的出水口通過管路連接除氣罐，在所述管路上設有壓力表、背壓閥、流量計，流量計的出水口另分一路，其上設有手動調節閥V17 ；冷凝器出水口處裝有溫度傳感器；除氣罐上設有兩個出水口，一個出水口通過管路連接儲水罐，在所述管路上設有手動調節閥V9、單向閥，另一個出水口通過管路連接手動調節閥Vl 1進水口，在所述管路上設有手動調節閥V13、常規泵II、手動調節閥V12、單向閥；在手動調節閥V9的進水口與手動調節閥VlO的進水口之間另設連接管路，在所述管路上設有手動調節閥V8。
2.按照權利要求1所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，其特征在于，該系統采用手動或自動兩種模式進行控制。
3.按照權利要求1所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，其特征在于，預熱器通過熱電偶將溫度信號傳至可編程溫度控制器和計算機，可編程溫度控制器的輸出端控制加熱功率大小，計算機控制系統的輸出端對預熱器進行加熱電源的開關控制；高壓釜通過熱電偶將溫度信號傳至可編程溫度控制器和計算機，可編程溫度控制器的輸出端控制加熱功率大小，計算機控制系統的輸出端對預熱器進行加熱電源的開關控制。
4.按照權利要求1所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，其特征在于，該系統還設有超溫報警器、超壓或低壓報警器，超溫報警器同時與預熱器、高壓釜的可編程溫度控制器相連，超壓或低壓報警器與計算機控制系統相連接。
5.按照權利要求1所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，其特征在于，該系統高壓釜的釜體底部打有一個直徑為1 3mm的小孔，釜體上焊接有厚度為2 4mm的純鎳內襯；高壓釜上裝有高溫參比電極和高溫工作/輔助電極，進行原位的電化學測量，同時在高壓釜中進行樣品的氧化及應力腐蝕浸泡實驗。
6.按照權利要求1所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，其特征在于，氮氣比例電磁閥上還并聯一個與儲水罐連通的管路，在所述管路上設有手動調節的針閥Vl和單向閥。
7.按照權利要求1所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，其特征在于，高壓泵出水口裝有緩沖罐。
8.按照權利要求1所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，其特征在于，系統中連接有兩個高壓釜高壓釜I、高壓釜II，兩個高壓釜之間并聯或串聯；預熱器的出水口分兩路一路上設有手動調節閥V19，另一路與手動調節閥V19并聯，所述另一路上設有手動調節閥V18、高壓釜I、手動調節閥V20，手動調節閥V20與手動調節閥V27并聯； 經過上述并聯后的出水口再分兩路一路上設有手動調節閥V23，另一路與手動調節閥V23 并聯，所述另一路上設有手動調節閥V22、高壓釜II、手動調節閥V24，經過此并聯后的出水口通過管路連接熱交換器的熱水進口，熱交換器的冷水出口通過管路連接冷凝器。
9.按照權利要求8所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，其特征在于，高壓釜I的出水口另分一路，其上設有手動調節閥V21 ；高壓釜II的出水口另分一路，其上設有手動調節閥V25。
10.按照權利要求1所述的具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，其特征在于，冷凝器上還連有冷卻水進水管和出水管，在進水管上設有手動調節閥V16。
全文摘要
本發明涉及高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，具體為一種具有自動控制功能的高溫高壓水循環腐蝕實驗系統，解決現有技術中模擬實驗無法精確控制壓力等問題。該系統設有減壓閥、排氣裝置、不銹鋼儲水罐、常規泵I、過濾棉芯、高壓泵、緩沖罐、pH探頭、溶解氧探頭、電導率探頭、常規泵II、熱交換器、預熱器、高壓釜、冷凝器、背壓閥，該系統能精確控制回路系統中的水化學參數，并能進行高溫高壓水循環條件下原位、在線電化學的測量和高溫高壓浸泡實驗。本發明實現了手動和自動兩種模式的控制，并可對系統參數進行實時精確測量、記錄、顯示和控制，具有自動化程度高、控制精度高、安全、高效的特點。
文檔編號G01N17/02GK102401780SQ20101027527
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月8日 優先權日2010年9月8日
發明者柯偉, 王儉秋, 酈曉慧, 韓恩厚 申請人:中國科學院金屬研究所