用于模擬太陽能熱水器內(nèi)桶加速腐蝕的試驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及不銹鋼內(nèi)桶的腐蝕模擬技術(shù)，更具體地說，涉及一種用于模擬太陽能熱水器內(nèi)桶加速腐蝕的試驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能熱水器是一種將太陽的光能轉(zhuǎn)化為熱能，將水從低溫加熱到高溫，以滿足人們在生活、生產(chǎn)中熱水需求的裝置。隨著能源的日益緊張，該領(lǐng)域發(fā)展迅速，在熱水器行業(yè)的應(yīng)用日益普遍，2011年的產(chǎn)量就達(dá)近2000萬臺，且以每年約20%左右的速度擴(kuò)大。
[0003]作為太陽能熱水器關(guān)鍵部件，太陽能熱水器內(nèi)桶對于整個太陽能熱水器產(chǎn)品的可靠性起著關(guān)鍵作用，一旦內(nèi)桶發(fā)生失效，會對整個熱水器帶來毀滅性影響，往往只能報(bào)廢處理，更有嚴(yán)重的會造成漏電、短路，釀成火災(zāi)等。因此，太陽能熱水器內(nèi)桶的腐蝕性能評價顯得尤為重要。
[0004]然而，太陽能熱水器內(nèi)桶是一個極端復(fù)雜的腐蝕體系，該腐蝕體系不僅包含了點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、焊縫腐蝕、水線腐蝕等多種常見腐蝕形式，還包含了太陽能熱水器內(nèi)桶特有的因蒸汽在內(nèi)桶壁凝結(jié)成液滴造成液滴內(nèi)外氧濃差而形成的“蒸汽腐蝕”，同時受到因不同成桶工藝、使用地區(qū)不同水質(zhì)差異帶來的腐蝕影響。傳統(tǒng)腐蝕評價方法只是針對某一特定環(huán)境或某一特定腐蝕傾向性進(jìn)行評價表征，在針對此類極端復(fù)雜腐蝕體系進(jìn)行表征時表現(xiàn)出極大的局限性，工作量巨大且參考性不強(qiáng)。
[0005]目前的模擬加速腐蝕試驗(yàn)裝置多基于傳統(tǒng)方法。譬如專利
[0006]CN202033273U設(shè)計(jì)的就是單一模擬普通大氣干濕交替環(huán)境下的試驗(yàn)裝置，這種專利只考慮了單一腐蝕，無法評價太能能熱水器內(nèi)桶的多種腐蝕。也有一些模擬加速腐蝕試驗(yàn)裝置針對了多種腐蝕因素的復(fù)合作用，譬如專利CN202661361U設(shè)計(jì)的就是一種把鹽霧試驗(yàn)、紫外加速試驗(yàn)、周期浸潤試驗(yàn)三種試驗(yàn)復(fù)合在一起的大氣腐蝕復(fù)合加速試驗(yàn)箱；專利
[0007]CN201259481U描述的則是將應(yīng)力腐蝕與干濕交替加速腐蝕復(fù)合在一起的一種腐蝕試驗(yàn)裝置。這種復(fù)合只是基于傳統(tǒng)腐蝕評價方法的簡單復(fù)合，仍然無法反映太陽能熱水器內(nèi)桶極端復(fù)雜腐蝕體系的特征。
[0008]因此，要研究該體系中材料的耐水線腐蝕和蒸汽腐蝕性能，現(xiàn)有的常規(guī)腐蝕方法幾乎很難適用。在太陽能行業(yè)內(nèi)，廠商往往不得不采用內(nèi)桶成品進(jìn)行暴曬試驗(yàn)，具體做法是:將內(nèi)桶成品在太陽下暴曬(表面溫度超過100°c ) 一段時間之后潑灑海水，或者直接將內(nèi)桶成品裝滿5%左右NaCl溶液后進(jìn)行暴曬，耗時往往數(shù)月甚至半年時間，通過觀察桶身外表面的腐蝕狀況來評價材料的耐蝕性。這種方法由于試驗(yàn)條件與使用情況差異較大，無法真實(shí)反映桶內(nèi)腐蝕情況，而且試驗(yàn)條件無法精確控制，使得評價結(jié)果的有效性和可靠性大打折扣。同時，獲得的腐蝕結(jié)果也復(fù)雜而且混亂，分散度大，給后期的系統(tǒng)分析帶來很大難度，難以得到客觀清晰的結(jié)論。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種用于模擬太陽能熱水器內(nèi)桶加速腐蝕的試驗(yàn)裝置及方法，能夠模擬太陽能熱水器內(nèi)桶的實(shí)際工作環(huán)境，并且能在實(shí)驗(yàn)室條件下通過加速腐蝕試驗(yàn),來評價內(nèi)桶所用不銹鋼材料的耐腐蝕性能。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]—方面，一種用于模擬太陽能熱水器內(nèi)桶加速腐蝕的試驗(yàn)裝置，包括:
[0012]內(nèi)桶加持裝置，用以加持太陽能熱水器內(nèi)桶試樣并對試樣兩端進(jìn)行密封；
[0013]水箱，內(nèi)置試驗(yàn)溶液，水箱兩端分別設(shè)有一出口和入口，出口外接第一蠕動泵并通過輸送管連通至內(nèi)桶試樣的一端，入口外接第二蠕動泵并通過輸送管連通至內(nèi)桶試樣的二端，以形成溶液循環(huán)管路；
[0014]溫控裝置，包括置于水箱內(nèi)且用以加熱溶液的石英加熱棒、測溫?zé)犭娕?、分別與石英加熱棒、測溫?zé)犭娕枷噙B的溫控器。
[0015]所述的水箱上還設(shè)有活性炭加入口。
[0016]所述的水箱內(nèi)還插置有冷凝管。
[0017]所述的水箱頂部為尖頂結(jié)構(gòu)，水箱外部包裹有保溫棉；所述的輸送管外設(shè)有保溫套。
[0018]所述的內(nèi)桶加持裝置包括分別設(shè)于內(nèi)桶試樣兩端的橡膠墊圈、分別設(shè)于橡膠墊圈外側(cè)的法蘭盤、連接兩法蘭盤并用以擰緊的螺旋旋緊桿。
[0019]另一方面，一種用于模擬太陽能熱水器內(nèi)桶加速腐蝕的試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0020]A.制備內(nèi)桶試樣，采用內(nèi)桶加持裝置加持內(nèi)桶試樣，并與水箱通過輸送管連接；
[0021]B.將配制好的試驗(yàn)溶液加入到水箱中，同時加入活性炭，打開石英加熱棒和溫控器，同時打開冷凝管的循環(huán)水冷系統(tǒng)；
[0022]C.待試驗(yàn)溶液加熱到試驗(yàn)溫度后，打開第一蠕動泵，以較高的流速將試驗(yàn)溶液快速注入內(nèi)桶試樣至相應(yīng)量后，打開第二蠕動泵并以較低的穩(wěn)定流速回流溶液，并調(diào)節(jié)第一蠕動泵的流速與第二蠕動泵相同，進(jìn)行試驗(yàn)溶液的循環(huán)；
[0023]D.到預(yù)定試驗(yàn)天數(shù)后，關(guān)閉石英加熱棒、溫控器和第一蠕動泵，等到內(nèi)桶試樣中試驗(yàn)溶液放干后，關(guān)閉第二蠕動泵和冷凝管的循環(huán)水冷系統(tǒng)，取下內(nèi)桶試樣，即可觀察桶內(nèi)腐蝕形貌。
[0024]所述的石英加熱棒的加熱功率范圍為1000-3000W，升溫速率控制在1_3°C /分鐘，溫控器的控制溫度范圍為5-100°C，用以模擬各種溫度條件下的內(nèi)桶腐蝕環(huán)境。
[0025]所述的第一、第二蠕動泵的工作流量控制范圍為0.1667-1700毫升/分鐘，通過對第一、第二蠕動泵流速的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對桶內(nèi)水位的調(diào)節(jié)及穩(wěn)定控制。
[0026]在加持內(nèi)桶試樣時，使內(nèi)桶試樣的焊縫朝上,處于內(nèi)桶試樣的頂部。
[0027]在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明的用于模擬太陽能熱水器內(nèi)桶加速腐蝕的試驗(yàn)裝置及方法，能夠模擬太陽能熱水器內(nèi)桶的實(shí)際工作環(huán)境，并且能在實(shí)驗(yàn)室條件下通過加速腐蝕試驗(yàn)，來評價內(nèi)桶所用不銹鋼材料的耐腐蝕性能，尤其是耐水線腐蝕和蒸汽腐蝕性能。通過這一試驗(yàn)裝置和方法，可彌補(bǔ)現(xiàn)有太陽能熱水器內(nèi)桶用不銹鋼材料在這些腐蝕性能評價方法上的缺失。借助本發(fā)明，無論對于材料耐蒸汽腐蝕性能和水線腐蝕的評價，還是針對材料真實(shí)服役的腐蝕失效模擬研究，都具有重要意義。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明制備內(nèi)桶試樣所選取的樣板的示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明所制備的內(nèi)桶試樣的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是本發(fā)明的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0032]首先，本發(fā)明的構(gòu)思基于以下原理:
[0033]太陽能熱水器內(nèi)桶是一個自來水的貯存器，其中自來水的溫度范圍在30_90°C之間，并且不同地區(qū)的水中氯離子含量和PH值也各不相同，內(nèi)桶中還存在緩慢的水交換過程。
[0034]蒸汽腐蝕的模擬:由于內(nèi)桶試樣內(nèi)的蒸汽本身會在試樣頂端內(nèi)壁遇冷凝結(jié)，而溶液溫度對蒸汽量影響較大，溶液成分和PH值都會影響蒸汽腐蝕。于是需要尋找這樣一種方法，既可以控制內(nèi)桶試樣內(nèi)的試驗(yàn)溶液溫度，又能調(diào)節(jié)試驗(yàn)溶液中氯離子含量以及PH值，以此來研究不同環(huán)境條件下內(nèi)桶試樣的耐蒸汽腐蝕性能。為此，我們設(shè)計(jì)了可以加熱控溫的水箱，通過抽水設(shè)備(蠕動泵)與內(nèi)桶試樣相連接，實(shí)現(xiàn)水箱中溶液與內(nèi)桶試樣中溶液的循環(huán)，從而達(dá)到對內(nèi)桶試樣內(nèi)溶液溫度和溶液組分的控制。同時，內(nèi)桶試樣的工作環(huán)境也與太陽能熱水器實(shí)際使用環(huán)境類似。
[0035]水線腐蝕的模擬:模擬水線腐蝕的關(guān)鍵是對內(nèi)桶試樣內(nèi)水位的控制,要求既要能精確控制水位，保持水線穩(wěn)定，又可以在改變水位之后能再次保持水位穩(wěn)定。另外，能否保持水位的穩(wěn)定也影響到蒸汽腐蝕的評價。因此，保持水位穩(wěn)定是本發(fā)明試驗(yàn)方法的關(guān)鍵技術(shù)。為此，我們巧妙利用了兩臺同型號的蠕動泵各自與水箱和內(nèi)桶試樣連接，一臺負(fù)責(zé)進(jìn)水，另一臺負(fù)責(zé)出水，從而實(shí)現(xiàn)對樣桶內(nèi)溶液水位的穩(wěn)定控制。蠕動泵還有一個優(yōu)點(diǎn)就是可以設(shè)置較低流速，這也符合太陽能熱水器實(shí)際使用過程中緩慢的水交換過程。
[0036]太陽能熱水器內(nèi)桶的密封:由不同尺寸的樣板得到的內(nèi)桶試樣的尺寸也會不同，因此必須解決不同直徑和長度的內(nèi)桶試樣的密封問題。為了解決這一問題，我們設(shè)計(jì)了用橡膠墊圈和法蘭盤通過螺旋旋緊桿進(jìn)行密封的方案。這一方案可以有效的解決不同尺寸的內(nèi)桶試樣的密封問題，而且該方案對于樣品的形狀也沒有太多要求，原則上只要是具有平整平面切口且沿軸向能承受一定應(yīng)力確保能通過法蘭螺栓緊固，以實(shí)現(xiàn)密封的試樣都可以進(jìn)行該腐蝕試驗(yàn)，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，密閉性能非常好。
[0037]基于上述原理，本發(fā)明的用于模擬太陽能熱水器內(nèi)桶加速腐蝕的試驗(yàn)裝置如圖3所示，其主要包括內(nèi)桶加持裝置、水箱4和溫控裝置，其中，內(nèi)桶加持裝置用以加持太陽能熱水器內(nèi)桶試樣2并對試樣兩端進(jìn)行密封，其包括分別設(shè)于內(nèi)桶試樣2兩端的橡膠墊圈5、分別設(shè)于橡膠墊圈5外側(cè)的法蘭盤6、連接兩法蘭盤6并用以擰緊的螺旋旋緊桿7。內(nèi)桶試樣2兩端通過用內(nèi)桶試樣2和帶螺旋旋緊桿7的法蘭盤6封死，以防止漏液。當(dāng)然，內(nèi)桶試樣2還可固定在一個體積不小于水箱4體積的箱體(圖中未示出)，以防止內(nèi)桶試樣2