橡膠防腐襯里在不銹鋼換熱器防腐維修上的應用

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)換熱器相關設計文件要求，換熱器在設計時，需要根據(jù)工況，考慮防腐設計，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，本文總結(jié)了橡膠襯里防腐設計時的質(zhì)量控制要點，并對此換熱器的維修過程做了介紹。

1 橡膠襯里防腐設計

橡膠襯里是指在有金屬或其它基體構(gòu)成的管道或設備內(nèi)部敷設具有耐摩擦、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，如高度的化學穩(wěn)定性和較低的滲透性[3]。

設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、預硫化冷粘貼法等[4]。

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

1.2 受襯設備基體要求

1.2.1 殼體要求

受襯設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 設備殼體焊接結(jié)構(gòu)要求

殼體應采用連續(xù)的對接焊結(jié)構(gòu)，不得采用搭接焊結(jié)構(gòu)。襯膠側(cè)設備殼體表面的焊縫應保證表面平滑，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，不宜突出設備殼體內(nèi)表面，應將受襯側(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滿足同樣要求，如圖4所示。

2 換熱器橡膠襯里修復

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，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。缺陷修復后的殼體，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，預先在這些不滿足要求的結(jié)構(gòu)部位，先預襯橡膠條，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，應在設計時結(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。應根據(jù)設備的重要性、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。