一种核岛设备冷却水系统材料腐蚀模拟装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及材料腐蚀防护研究技术领域，特别涉及一种核岛设备冷却水系统材料腐蚀模拟装置及其使用方法。

背景技术

核电站核岛设备冷却水系统为核岛各种安全相关及非安全相关系统提供冷却水，该系统在含放射性流体设备和最终热阱之间提供一个可进行监督的中间屏障，是核电站正常运行的必要系统。系统中各种热交换器一旦发生污垢沉积或堵塞会严重降低换热效率，材料腐蚀则可能导致设备泄漏破坏屏障甚至导致停堆。

目前，设备冷却水存在中铁含量超标的问题，这说明碳钢腐蚀及腐蚀产物脱落的问题尚未解决；设备冷却水中铜含量超标，系统中铜存在腐蚀现象，而且可能出现腐蚀泄漏的情况，系统中铜腐蚀问题需要引起重视。在进行水质变化规律和材料腐蚀机理研究时，需要对循环水水质参数进行精准控制，根据研究需求对循环水电导率、杂质阴阳离子含量、溶氧量、浊度等参数进行调整；此外，系统中材料表面水流速度在1-4m/s的范围内并且系统中不同部位的水流流态也不相同，实验中使用的模拟设备还需要根据现场工况对这些参数进行模拟，综上，目前市面上没有能满足以上条件的实验室模拟装置。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种核岛设备冷却水系统材料腐蚀模拟装置及其使用方法，可以更真实地模拟设备冷却水系统运行情况同时对水质参数精准调控，用于研究该系统不同运行阶段的水质变化规律及材料腐蚀机理。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种核岛设备冷却水系统材料腐蚀模拟装置，包括循环水水箱1，所述循环水水箱1底部设置有循环水出口，所述循环水出口经过管道连接碳钢管道28，回流至循环水水箱1顶部，所述管道上依次设置有增压泵25、第一挂片旁路流量调节阀8、第一挂片旁路转子流量计10、管道内壁腐蚀情况监测装置15、第一旁路腐蚀挂片装置14、碳钢管道28，所述碳钢管道28上设置挂片旁路回水阀门17；

所述第一挂片旁路流量调节阀8和第一挂片旁路转子流量计10之间管路引出第二挂片旁路，第二挂片旁路依次设置有第二挂片旁路流量调节阀9、第二挂片旁路转子流量计11、第二旁路腐蚀挂片装置12、第二挂片旁路回水阀门16，然后与碳钢管道28汇合。29

所述循环水水箱1顶部设置有注水口阀门29、温度计4、冷却水环管入口阀门5和冷却水环管出口阀门6，循环水水箱1一侧布置有用于观察循环水水箱1液位的磁翻板液位计7，所述循环水水箱1内设置有用于控制循环水水温的恒温电加热装置3，水箱底部布设有通气环管27，通气环管27与设置在循环水水箱1外侧的通气阀门26相连。

所述管道增压泵25与第一挂片旁路流量调节阀8之间的管道上引出流量调节旁路、水质净化旁路和水质检测旁路共三条旁路管道，部分循环水流经三条旁路管道汇合后返回循环水水箱1；

所述流量调节旁路管道上设置有流量调节旁路流量调节阀18，所述水质净化旁路管道上设置流经净化装置入口阀门19、水质净化装置21和净化装置出口阀门20；所述水质检测旁路管道上设置有水质检测装置入口阀门22、水质检测装置24和水质检测装置出口阀门23。

所述管道内壁腐蚀情况监测装置15包括第一不锈钢连接法兰34、第二不锈钢连接法兰29，法兰尺寸与系统使用的不锈钢连接管道相匹配，法兰与管道之间焊接连接，所述第一不锈钢连接法兰34和第二不锈钢连接法兰29之间设置有聚四氟乙烯制成连接件。

所述聚四氟乙烯制成连接件包括底部连接法兰30、第一中间连接部件31、第二连接部件32和顶部连接法兰33，连接件中间开孔，开孔尺寸与用于观察管道内壁腐蚀情况的管段尺寸向匹配。

所述第一不锈钢连接法兰34、第二不锈钢连接法兰29通过4个螺栓35压紧。

所述管道为304不锈钢管，循环水水箱1由304不锈钢制成。

一种核岛设备冷却水系统材料腐蚀模拟装置的使用方法，包括以下步骤；

打开循环水水箱1顶部注水口阀门29，注入向系统中注入除盐水，根据水箱上的磁翻板液位计7观察水箱液位，打开恒温电加热装置3电源，将循环水加热至目标温度，在第一旁路腐蚀挂片装置14挂入研究材质的试片，打开第一挂片旁路流量调节阀8、流量调节旁路流量调节阀18和挂片旁路回水阀门17，开启增压泵25，调节第一挂片旁路流量调节阀8、流量调节旁路流量调节阀18和挂片旁路回水阀门17开度，调整第一挂片旁路转子流量计10至设定值；

当需要同时进行两种流速条件下材料腐蚀行为研究时，在第二旁路腐蚀挂片装置12内挂入试片，打开第二挂片旁路流量调节阀9和第二挂片旁路回水阀门16，通过控制阀门开度调节第二挂片旁路转子流量计11流量至目标值；

在装置运行过程中需要净化循环水水质时，开启净化装置入口阀门19和净化装置出口阀门20，使得部分循环水流过水质净化装置21返回循环水水箱1；在装置运行过程中需要测量水质时，打开水质检测装置入口阀门22和水质检测装置出口阀门20，使得小部分循环水流过水质检测装置24；

在试验过程中，需要调节循环水中溶解氧含量时，打开通气阀门26和注水阀门29，通过通气环管27向循环水中充入氮气或者氧气。

本发明的有益效果：

1本实验装置可以真实地模拟核岛设备冷却水系统实际运行情况。

2本实验装置可以精确地控制循环水中的各项参数，包括循环水流速、循环水电导率、溶氧量、杂质阴阳离子含量等，进而研究这些参数对系统中材料腐蚀的影响。

3本发明中设置有管道内壁腐蚀情况监测装置，该装置方便组装及观察，可以用于研究管道内壁腐蚀产物形成或脱落情况。

附图说明

图1为本发明整体示意图。

图2为管道内壁腐蚀情况监测装置主视图。

图3为管道内壁腐蚀情况监测装置俯视图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示：一种用于研究核岛设备冷却水系统材料腐蚀行为的实验室模拟装置，用于研究核岛设备冷却水系统水质变化规律及水质变化对其中材料腐蚀影响。该模拟装置含有循环水水箱1，循环水从循环水水箱1引出，经过管道增压泵25增压，流经第一挂片旁路流量调节阀8、第一挂片旁路转子流量计10、管道内壁腐蚀情况监测装置15、第一旁路腐蚀挂片装置14、碳钢管道28、挂片旁路回水阀门17，而后流回循环水水箱1。第一挂片旁路流量调节阀8和第一挂片旁路转子流量计10之间引出第二挂片旁路，第二挂片旁路依次设置有第二挂片旁路流量调节阀9、第二挂片旁路转子流量计11、第二旁路腐蚀挂片装置12、第二挂片旁路回水阀门16。上述各部分之间采用304不锈钢管连接。

循环水水箱1整体由304不锈钢制成，循环水水箱1顶部设置有注水口阀门29、温度计4、冷却水环管入口阀门5和冷却水环管出口阀门6，水箱一侧布置有磁翻板液位计7用于观察水箱液位。水箱内设置有恒温电加热装置3用于控制循环水水温。水箱底部布设有通气环管27，通气环管外连接有通气阀门26。

该模拟装置的管道增压泵25至第一挂片旁路流量调节阀8之间的管道上引出流量调节旁路、水质净化旁路和水质检测旁路，部分循环水流经三条旁路后返回循环水水箱1。其中流量调节旁路从模拟装置的管道增压泵25与第一挂片旁路流量调节阀8之间引水，经过流量调节旁路流量调节阀18后返回循环水水箱1。水质净化旁路从模拟装置的管道增压泵25与第一挂片旁路流量调节阀8之间引水，流经净化装置入口阀门19、水质净化装置21和净化装置出口阀门20后返回循环水水箱1；水质检测旁路从模拟装置的管道增压泵25与第一挂片旁路流量调节阀8之间引水，流经水质检测装置入口阀门22、水质检测装置24和水质检测装置出口阀门23后返回循环水水箱1。

如图2、图3所示：管道内壁腐蚀情况监测装置15包括第一不锈钢连接法兰34、第二不锈钢连接法兰29，法兰尺寸与系统使用的不锈钢连接管道相匹配，法兰与管道之间焊接连接。第一不锈钢连接法兰34和第二不锈钢连接法兰29之间设置有聚四氟乙烯制成连接件，包括底部连接法兰30、第一中间连接部件31、第二连接部件32和顶部连接法兰33。连接件中间开孔，尺寸与用于观察管道内壁腐蚀情况的管段尺寸向匹配。各部件依次组装后，通过4个螺栓35将第一不锈钢连接法兰34、第二不锈钢连接法兰29之间的各部分压紧，避免漏水。

核岛设备冷却水系统材料腐蚀行为的实验室模拟装置使用方法为：打开循环水水箱1顶部注水口阀门29，注入向系统中注入除盐水，根据水箱上的磁翻板液位计7观察水箱液位。打开恒温电加热装置3电源，将循环水加热至目标温度。在第一旁路腐蚀挂片装置14挂入研究材质的试片，打开第一挂片旁路流量调节阀8、流量调节旁路流量调节阀18和挂片旁路回水阀门17，开启增压泵25，调节第一挂片旁路流量调节阀8、流量调节旁路流量调节阀18和挂片旁路回水阀门17开度，调整第一挂片旁路转子流量计10至设定值。当需要同时进行两种流速条件下材料腐蚀行为研究时，可以在第二旁路腐蚀挂片装置12内挂入试片，打开第二挂片旁路流量调节阀9和第二挂片旁路回水阀门16，通过控制阀门开度调节第二挂片旁路转子流量计11流量至目标值。

在装置运行过程中需要净化循环水水质时，开启净化装置入口阀门19和净化装置出口阀门20，使得部分循环水流过水质净化装置21返回循环水水箱1；在装置运行过程中需要测量水质时，打开水质检测装置入口阀门22和水质检测装置出口阀门23，使得小部分循环水流过水质检测装置24。在试验过程中，需要调节循环水中溶解氧含量时，打开通气阀门26和注水阀门29，通过通气环管27向循环水中充入氮气或者氧气。

以上为本发明较佳的实施例，但本发明的保护内容不局限于上述实施例，在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中。