自硫化襯膠老化性能檢測及狀態評估

林煒鍇 白榮國

（深圳大亞灣核電運營管理有限責任公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

某濱海核電站冷凝器水室殼體材料為碳鋼，于2005年對冷凝器12個水室內壁進行整體襯膠，使用日本大機D31自硫化膠板，現場襯膠，采用蒸汽加熱促進硫化工藝，控制最高溫度不超過60℃。冷凝器襯膠后單個水室內硬度及厚度較為均勻，硬度在邵A50左右，厚度在5.5mm左右，各水室留樣試樣粘合強度均大于8N/mm，水室襯膠至今已服役12年。本文通過收集整理凝汽器水室襯膠服役期間歷次大修檢查記錄，分析缺陷趨勢，檢測襯膠的老化性能指標，對凝汽器水室襯膠進行老化狀態評估和剩余壽命預測，為其它類似機組提供參考。

1 襯膠老化趨勢

服役8個循環（每輪循環1C時間為1.5年，服役12年為8C）后，進口水室鼓包和破損缺陷數量始終維持在較低水平，無明顯增多趨勢；出口水室缺陷數量從6C開始明顯增多，檢查中發現格柵及其附近內壁有大量小鼓包和破損缺陷，破損缺陷主要形態為點狀破口，未發現大面積破損；7C檢查發現格柵及其附近內壁出現大面積鼓包和破損，出口水室襯膠有加速老化的趨勢，水室襯膠外觀檢查缺陷統計如圖1所示。硬度檢測結果趨勢如圖2所示，2005年改造后內襯硬度值在50邵A左右，經過一個循環檢測膠板在自硫化后硬度值穩定在60邵A左右，3～8C檢測硬度在60～70邵A左右。厚度檢測結果顯示，從1～5C進出口水室襯膠整體未出現明顯減薄，各部位襯膠厚度無明顯差異性，7～8C檢查發現進口水室格柵及出口水室下部、底部及格柵區域厚度明顯低于其它部位。

圖1 進口水室內壁外觀缺陷情況

圖2 水室襯膠硬度變化趨勢（邵A）

小結：從檢查記錄和歷史趨勢看，水室襯膠外觀缺陷數量自6C開始突增，硬度測量結果分散性較大，未發現顯著變化趨勢，厚度從6C出現下降趨勢，7C出口水室檢測到嚴重減薄區域，出現襯膠破損導致碳鋼腐蝕問題，襯膠老化趨勢明顯。

2 襯膠老化檢測

檢測服役12年（8C）后的水室襯膠理化性能、耐老化性能和其它特定性能，評估襯膠老化狀態。

2.1 硬度檢測

根據標準GB/T 531.1-2008用LX-AM 硬度計分別對12個水室內壁及格柵襯膠進行硬度檢測[1]。內壁硬度檢測按照頂部、上部、中部、下部、底部分區域進行，檢測位置如圖3（所示為水室內壁從內向外展開圖，圖中粗實線為襯膠搭接縫）；格柵硬度檢測隨機挑選不同部位測試，硬度整體檢查情況如圖4所示。出口水室內壁襯膠硬度在60～65邵A左右，各部位硬度差異不大，進口水室內壁襯膠硬度整體比出口水高3～5邵A，進口內壁硬度值從頂部至底部呈下降趨勢。

圖3 水室內壁硬度檢測位置示意圖

圖4 進出口水室硬度整體情況（邵A）

2.2 厚度檢測

進出口水室設計厚度為5mm，實際檢測厚度在5.5mm左右。內壁檢測如圖5所示，水室襯膠厚度整體檢查情況如圖4所示，為方便統計，厚度“＞5”的點按5計算。進口格柵處襯膠減薄率在30%左右，進口水室內壁減薄率在15%～25%左右；出口水室內壁下部區域減薄率在25%～30%左右，底部區域在30%～40%左右，出口水室內壁上部和中部區域襯膠減薄率20%～25%左右；出口水室內壁上部和中部區域減薄率和進口相同區域接近，下部和底部減薄率則明顯大于進口相同區域，出口水室局部嚴重減薄區域襯膠剩余厚度小于3mm，主要集中在水室人孔下方及人孔左右兩側底部10cm區域，嚴重減薄區域呈“U”型。

圖5 水室內壁厚度檢測示意圖

圖6 進出口水室厚度整體情況（mm）

2.3 粘合強度檢測

選取12個水室中的9個水室進行粘合強度測試，參照標準GB/T 7760-2003采用90° 剝離法測試[2]，單個試樣寬度為25mm，每組測試包含三組數據，水室襯膠粘合強度檢測情況如表1所示。出口內壁襯膠整體粘合強度由大到小為：上部＞中部＞下部＞底部，上部區域粘合強度在5.0～6.0N/mm左右，中部區域在2.5～3.0N/mm左右，下部區域在1.5～2.5N/mm左右，底部區域在0.5～2.5N/mm左右；分析進口粘合強度較出口相同部位高，在6～9N/mm左右，剝離面均為膠板內聚破壞，說明膠板與金屬基體實際粘合強度應高于測試值。

表1 粘合強度測試結果

2.4 抗拉強度及拉斷伸長率檢測

抗拉強度參照GB/T 528-2009進行[3]，為便于后續維修及分析，抗拉強度和拉斷伸長率的取樣在粘合強度測試破壞處進行，測試結果如表2所示。出口水室抗拉強度范圍在4.1～6.4MPa，進口抗拉強度范圍在5.6～6.8MPa，波動范圍較出口小。由于改造階段未檢測抗拉強度，本次試驗參照對比D31膠板硫化后初始抗拉強度（6.18MPa），出口水室抗拉強度下降最多區域降低了33.6%，進口水室抗拉強度下降不明顯。

拉斷伸長率測試和抗拉強度測試為同一試樣和標準，測試結果如表3所示。出口水室拉斷伸長率范圍為204%～243%，進口水室為263%～311%；由于改造階段未檢測抗拉強度，本次試驗參照對比D31膠板硫化后初始拉斷伸長率（405%），出口水室拉斷伸長率降低40%～50%左右，進口水室降低了20%～35%左右；同一區域拉斷伸長率下降程度要大于抗拉強度下降程度。

表2 抗拉強度測試結果

2.5 耐磨性檢測

根據GB/T 9867-2008采用旋轉輥筒磨機進行耐磨性測試[4]，結果如表4所示。出口相對體積磨耗量范圍為593～710mm3；進口測試數據范圍為499～510mm3，整體耐磨性能較出口好； D31新膠板硫化后初始相對體積磨耗量（608mm3），出口水室相對體積磨耗量最多增大了16.8%，進口水室相對體積磨耗量有所減小。

表3 拉斷伸長率測試結果

表4 耐磨性測試結果

3 襯膠狀態評估

2005年水室襯膠改造后初始硬度在50邵A左右為欠硫化狀態，服役過程中隨著自然硫化時間延長性能指標會隨著上升，為更客觀評價D31膠板的劣化程度，初始值的設定采用D31膠板充分硫化后的數據，粘合強度8.10N/mm，抗拉強度6.18MPa，拉斷伸長率468%，硬度60邵A，硬度取日本原始廠家均值數據60邵A。

襯膠狀態評估參考行業內經驗分三個級別，不同級別對應的評價標準及剩余壽命如表5所示。進口水室按內壁和格柵兩部分評價；因出口水室各部位性能差異較大，本文分頂部、上部、中部、下部、底部對其評價。

3.1 粘合強度評價

判定標準如表5所示，本次粘合強度評價以相對值判定，≥6.48 N·mm-1為A級，≥2.43&＜6.48 N·mm-1為B級，＜2.43 N·mm-1為C級。評價結果如表6所示，出口上部粘合強度較高，在5～6N/mm左右，評級為B級；出口中部粘合強度在2.5～3.0N/mm左右，評價為B級，但已接近B級下限；出口水室下部、底部粘合強度嚴重降低，分別在1.5～2.5N/mm左右和0.5～2.5N/mm左右，評價為C級；進口內壁粘合強度在6～9N/mm，整體大于80%初始值，評價為A級。

3.2 厚度評價

判定標準如表5所示，為便于統計，厚度值為“＞5mm”的點按5mm計算，厚度≥4.95mm為A級，2.75～4.95mm為B級，≤2.75mm為C級。評價結果如表7所示，進口水室整體厚度狀態良好，最小厚度在3mm以上，其中內壁整體減薄20%左右，格柵整體減薄30%左右，厚度均評價為B級；6個出口水室內壁頂部至下部區域整體減薄15%～20%左右，最小厚度在3mm以上，評價為B級；底部區域整體減薄28%，但是人孔下方及兩側底部區域嚴重減薄，大量點厚度>2mm，6個水室有5個人孔下方出現襯膠減薄破損，故底部區域評價為C級。

表5 各等級對應的評價標準

表6 進出口水室粘合強度評價

3.3 抗拉強度及拉斷伸長率評價

抗拉強度及拉斷伸長率判定標準如表5所示，本次抗拉強度評價以絕對值判定。評價結果如表8所示，抗拉強度評價結果為：出口水室上、中、下、底部抗拉強度均在4～6MPa之間，評價為B級；進口內壁抗拉強度測試值在6MPa左右，評價為B級。本次拉斷伸長率評價以絕對值判定，評價結果如表8所示，出口水室上、中、下、底部拉斷伸長率在200%～300%之間，評價為B級；進口內壁抗拉強度測試值250%～320%之間，整體較出口略高，評價為B級。

3.4 硬度評價

判定標準如表5所示，硬度評價區間為：53～67邵A為A級，[40，53）&（67，75]邵A為B級，＜40或＞75邵A為C級，評價結果如表9所示，出口水室內壁硬度整體在55～67邵AM左右，頂部個別點為69邵AM，不影響評價結果，硬度評價為A級；進口水室及格柵硬度整體在57～72邵AM左右，內壁硬度評價為A級，格柵評級為B級。

表7 進出口水室剩余厚度評價

表8 進出口水室抗拉強度評價

表9 進出口水室拉斷伸長率評價

表10 進出口水室硬度評價

4 結論

進口水室襯膠整體老化狀態良好，五個性能指標都為A或B，粘合強度保持在較高水平，襯膠厚度最低在3mm以上，綜合性能整體評價為B級，剩余壽命估算為3～6年。

出口水室襯膠頂部至中部區域綜合性能評價為B級，但中部粘合強度已降至B級下限，后續大修中加強監測，頂部至中部剩余壽命估算為3～6年。

出口水室下部和底部整體老化相對嚴重，主要體現在：

（1）粘合強度嚴重降低，在1～2N/mm左右；

（2）底部人孔門下方“U”型區域及兩側底部區域局部嚴重減薄，出口水室下部和底部綜合性能評價為C級，剩余壽命估算為1～3年。