橡膠防腐襯里在不銹鋼換熱器防腐維修上的應(yīng)用

吳昉赟 周 澄 趙衛(wèi)東 劉洪群

（1.中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300；2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

0 引言

換熱器是一種熱能傳遞的裝置，在核電廠有廣泛的應(yīng)用。某核電廠的定子冷卻水系統(tǒng)采用管殼式換熱器，殼體采用304不銹鋼，管板材質(zhì)為鈦，換熱器一側(cè)介質(zhì)為海水，另一側(cè)為除鹽水，在僅使用1年時間的情況下，海水側(cè)的殼體出現(xiàn)了嚴重的縫隙腐蝕和點蝕問題。

根據(jù)換熱器相關(guān)設(shè)計文件要求，換熱器在設(shè)計時，需要根據(jù)工況，考慮防腐設(shè)計，如采用耐蝕材料，或者防腐涂層襯里或橡膠襯里等[1]。根據(jù)相關(guān)文獻介紹[2]，304不銹鋼在海水環(huán)境中會發(fā)生縫隙腐蝕和點蝕，因此，該換熱器在防腐設(shè)計上存在失誤。

針對腐蝕的不銹鋼換熱器，采用整體內(nèi)襯橡膠防腐襯里的方式進行修復(fù)，本文總結(jié)了橡膠襯里防腐設(shè)計時的質(zhì)量控制要點，并對此換熱器的維修過程做了介紹。

1 橡膠襯里防腐設(shè)計

橡膠襯里是指在有金屬或其它基體構(gòu)成的管道或設(shè)備內(nèi)部敷設(shè)具有耐摩擦、耐高溫、耐腐蝕等功能的橡膠材料作為保護層，形成連續(xù)、封閉性隔離層，相對于其它的防腐方法具有很大優(yōu)點，如高度的化學(xué)穩(wěn)定性和較低的滲透性[3]。

設(shè)備采用橡膠襯里作為防腐層時需根據(jù)工況、運行條件來選擇橡膠襯里，同時自身結(jié)構(gòu)也需滿足橡膠襯里施工的條件。

1.1 橡膠襯里的品種與選擇

橡膠襯里的分類方式有多種，按照膠種分，有天然膠和合成膠，如天然膠、氯丁膠等；按照結(jié)構(gòu)分，有單層、雙層、三層幾類；按照硫化方式分，有自然硫化，低溫常壓硫化發(fā)（蒸汽或熱水），高溫高壓（硫化罐）硫化法、預(yù)硫化冷粘貼法等[4]。

選用橡膠襯里時應(yīng)考慮介質(zhì)、溫度等工況條件，目前核電海水相關(guān)設(shè)備常采用底層為天然硬膠面層為氯丁橡膠的橡膠襯里設(shè)計。

1.2 受襯設(shè)備基體要求

1.2.1 殼體要求

受襯設(shè)備殼體表面必須是平整光滑的曲面或平面，凹凸不得超過2mm，不允許有棱角存在；內(nèi)部拐角圓弧半徑R值大于或等于襯里厚度的2倍且不小于5mm，外部棱角圓弧半徑R值大于或等于襯里厚度，且不小于3mm，如圖1所示。

殼體表面如果有缺陷，應(yīng)在襯里施工前采用焊補或者局部打磨的方法進行修理，滿足襯里施工要求。

受襯側(cè)金屬表面經(jīng)除銹處理后，應(yīng)符合GB/T 8923《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》的Sa2.5級要求。

1.2.2 設(shè)備殼體焊接結(jié)構(gòu)要求

殼體應(yīng)采用連續(xù)的對接焊結(jié)構(gòu)，不得采用搭接焊結(jié)構(gòu)。襯膠側(cè)設(shè)備殼體表面的焊縫應(yīng)保證表面平滑，其焊縫凸出高度不得超過2mm。焊縫不得有銳邊焊紋、氣孔、裂紋、未熔合、凹陷、焊瘤、咬邊等缺陷，如圖2所示。

封頭與殼體的連接為角連接接頭時，受襯側(cè)應(yīng)采用連續(xù)焊接，且需圓滑過渡，其圓角半徑不小于5mm，如果不焊接或點焊，則會在襯膠時殘留空氣，如圖3所示。

人孔、手孔、接管與殼體焊接，不宜突出設(shè)備殼體內(nèi)表面，應(yīng)將受襯側(cè)接管端部磨圓，其圓角半徑不小于3mm，法蘭與管道的連接處的焊接處也應(yīng)滿足同樣要求，如圖4所示。

2 換熱器橡膠襯里修復(fù)

2.1 橡膠襯里選型

換熱器發(fā)生腐蝕的殼體使用環(huán)境為海水環(huán)境，針對此換熱器選用了3mm天然硬膠+3mm天然氯丁橡膠的典型配套，考慮到裝配間隙以及裝配時法蘭面的壓力問題，法蘭面襯3mm的天然硬膠。

2.2 橡膠襯里施工

受襯金屬面除銹應(yīng)達Sa2.5，首先采用適用不銹鋼材料的非金屬砂料，噴砂，經(jīng)初次噴砂，殼體的腐蝕缺陷均以暴露出來，部分缺陷采用補焊后，打磨處理的方式修復(fù)，換熱器下殼體底板有大量的腐蝕凹坑，采用貼焊一層內(nèi)襯板的方式修復(fù)。缺陷修復(fù)后的殼體，經(jīng)二次噴砂，滿足要求后方可襯膠，如圖5所示。

由于換熱器在原設(shè)計過程中未考慮襯膠防腐，換熱器的殼體法蘭、接管法蘭、手孔與殼體的連接部位，均不滿足襯膠要求的圓弧半徑＞3mm的要求，因此，襯膠前，預(yù)先在這些不滿足要求的結(jié)構(gòu)部位，先預(yù)襯橡膠條，使得結(jié)構(gòu)滿足要求后，方可襯膠，如圖6所示。襯膠結(jié)束后，經(jīng)硫化罐硫化后，換熱器器襯膠修復(fù)工作完成。

2.3 橡膠襯里驗收

橡膠襯里在硫化完成后，需要開展以下的驗收：

目測檢驗：通過強光手電檢查膠板應(yīng)牢固地附著在鋼管的內(nèi)表面；襯膠表面光滑、圓弧過渡；襯膠表面厚度均勻；襯膠表面無毛刺、裂縫、脫層。

厚度檢驗：通過測厚儀檢測膠板厚度，要求厚度允許偏差為設(shè)計的-10%，+15%。

電火花檢驗：采用電火花檢測儀全面檢測，不得有漏電現(xiàn)象，電壓數(shù)值按照1mm膠層厚度3000V檢測。

硬度檢驗：軟橡膠采用邵氏A型硬度計檢測，硬橡膠采用邵氏D型硬度計檢測。

針對軟橡膠的剝離強度和硬橡膠的粘結(jié)強度的破壞性試驗，應(yīng)在相同工藝上的試板上進行。

3 結(jié)語

核電廠用的換熱器，應(yīng)在設(shè)計時結(jié)合實際工況開展防腐選材和防腐措施和結(jié)構(gòu)的設(shè)計。用于海水環(huán)境的換熱器不適宜直接選用304不銹鋼材質(zhì)作為殼體材料。應(yīng)根據(jù)設(shè)備的重要性、經(jīng)濟性，采用碳鋼加橡膠防腐襯里的工藝，或選用經(jīng)論證的耐蝕性較好的耐蝕合金。