曹金祥 周波 李刚
苏州热工研究院有限公司设备监理技术研究中心 苏州 215004
摘要：众所周知,目前的核电站主要建设在沿海区域。海水中富含钙、镁、铁、锰等阳离子以及卤素离子等阴离子。海水里的上述离子对于核电站的诸如CRF循环水系统、除盐水系统等设备均会造成腐蚀。考虑其造价、寿命,以上设备制造通常采用普通碳素结构钢。而用普通碳素结构钢必须进行防腐。目前,国内的防腐措施主要采用衬胶防腐。本文主要内容为衬胶设备的制作、设备的衬胶过程、衬胶设备的质量检验与控制。从质量管理和控制的角度对核电设备以及其它生产领域的衬胶设备生产过程的质量控制以及监督管理进行了探讨。
关键词：核电站、衬胶、质量控制
中图分类号：TL372+.3
Quality Control For rubber lining equipments of Nuclear Power Station
CAO Jinxiang, Zhou Bo, Li Gang
(Equipment Supervision Research Center, Suzhou Nuclear Power Research Institute, Suzhou 215004,China)
Abstract: As is well known, the current nuclear power plants are mainly built in coastal area. The sea is rich in calcium, magnesium, iron, manganese and other cations, and anions such as halogen ion. These ions in the sea will cause corrosion to water systems such as CRF, desalting water system and other equipment. Considering the cost and service life, the manufacturing of above equipments usually use the ordinary carbon structural steel. And these materials have to prevent corrosion. At present, the mainly anti-corrosion measure adopts the rubber lining anticorrosion in China. The main contents of this thesis are rubber lined equipment production, equipment lining rubber process, quality inspection and control of rubber lining equipment. This article will mainly focus on management and control of nuclear power equipment and other production areas which relate to rubber lining. In this paper we will discuss how to control and supervise the quality of rubber lined equipment production.
Key word: nuclear power plants、rubber lining、quality control
一、概述
目前的核电站主要建设在沿海区域。海水中富含钙、镁、铁、锰等阳离子以及卤素离子等阴离子。海水里的上述离子对于核电站的诸如CRF循环水系统、除盐水系统等设备均会造成腐蚀。考虑其造价、寿命,以上设备制造采用普通碳素结构钢。而用普通碳素结构钢必须进行防腐。目前,国内的防腐措施主要采用衬胶防腐。衬胶设备是一种以钢或者硬质结构为设备骨架，内衬耐磨、防腐以及耐高温的橡胶作为衬里层，通过橡胶自身物理和化学性能从而降低了设备或管道输送、存储介质对外部结构的作用如冲击力、腐蚀等。由于橡胶的缓冲作用，大大延长了管路的使用寿命，降低的使用者的成本。大量衬胶设备在核电机组的应用，对于核电部件、系统乃至核安全均会产生影响。如何在衬胶设备制造全过程进行质量控制和监督，对于设备质量可靠性和稳定性极为重要。
1.1 设备衬胶后主要具有以下优势：
（一）耐磨、耐腐蚀性能
通过钢结构骨架与橡胶层使用高性能的粘合剂复合为一个整体，克服了钢管耐压不耐磨, 塑料、橡胶耐磨不耐压以及玻璃钢脆抗冲击性能差等缺点，同时具备钢管和耐磨橡胶的共同优点，综合性价比卓越。对于存储液体的钢制容器，内衬橡胶将极大提高耐腐蚀性能。
（二）强度高, 抗冲击性高
橡胶弹性体的密度低，重量轻，具有较好的吸振性能和优异的耐机械冲击性能，高强度, 刚性好, 不产生蠕变，抗冲击，抗震, 抗水锤性能强，便于运输, 安装和维护。
（三）温度适应范围广
脱硫衬胶管道可以在-50 ℃～+150 ℃的范围内长期使用，衬胶层不会因温度变化而与钢架脱开。
（四）节能
润滑性好，运行阻力损失小，节省运行费用。
（五）抗老化性能优越
在正常使用温度、压力下一般使用寿命达到15年以上(理论值)。一般管道使用6-8年后按照一定的角度转动一次，调整受力面，使胶层均匀减薄，使用寿命会延长。
1.2 影响衬胶设备使用寿命主要因素：
（一）橡胶胶板的性能
设备内衬胶要根据其使用的环境选择不同种类的胶种。如果选择的橡胶物理和化学性能与环境不相符就会造成使用寿命大大降低橡胶层脱落等严重后果。
（二）橡胶与钢管的粘接强度
胶浆粘接度不强，会造成衬里层受力不能够很好的分解，导致局部受力不均，造成了衬胶设备局部快速腐蚀。因此按照橡胶胶种，选择适用的优质配方的粘贴胶对于衬胶质量也很重要。
（三）工况及特定的使用条件
使用场所、腐蚀状态、工作温度以及存储介质等都会影响到衬胶设备的使用寿命，因此在设备衬胶设计时必须考虑到所有的影响因素，制定适合设备整体的衬胶技术要求。
本文仅就衬胶设备的制造过程质量控制进行研究。一般情况下，根据核电衬胶设备的制造流程，衬胶设备的过程检验可相应分为五个阶段:一、衬胶设备缸体制造过程检验；二、衬胶前设备缸体表面检查；三、胶板性能检验；四、衬胶过程质量控制；五、衬胶硫化后的质量检验。较好地控制以上5个阶段的过程质量，对于衬胶设备的最终质量及使用寿命极为重要。
二、核电衬胶设备钢体制造过程及检验要求
2.1 橡胶衬里设备金属壳体焊接结构要求及其它技术要求
2.1.1 材质要求及焊接结构：
橡胶衬里设备金属壳体除了应遵守有关钢制容器标准及《衬里钢壳设计规定》（HGJ33）的有关规定外，还应遵守GB 18241.1中关于钢制衬胶设备的以下要求：
一、橡胶衬里设备必须具有足够的刚度，贴衬硬橡胶时，共角变形应符合有关规定。贴衬其它橡胶时设备的刚度可由设计方确定。
二、橡胶衬里设备不得采用铆接结构。
三、橡胶衬里设备金属壳体结构设计力求简单，被衬橡胶层部位，必须保证衬胶施工能顺利进行。
四、与橡胶衬里设备金属壳体焊接的所有零部件，必须在衬胶施工前焊接完毕，衬胶完成后禁止进行焊接操作。
五、橡胶衬里设备金属壳体必须采用连续的对接焊缝结构，不得采用搭接焊缝结构。其它焊接结构应参照相关标准进行设计布置。尤其对于衬胶侧的金属表面，焊缝余高不得超过2 mm，焊缝不得有气孔、焊瘤、咬边等缺陷。
2.1.2 金属壳体表面质量：
橡胶衬里设备的所有衬胶面（包括多孔板、分配板、内部支撑件、法兰及孔眼二端），必须是平整光滑的曲面或平面，凹凸不得超过2 mm。凡是棱角部位，均应呈圆弧过渡。内部拐角圆弧半径R不小于5 mm，外部棱角圆弧半径R不小于3 mm。
橡胶衬里法兰密封面不得有密封水线。
2.1.3 其它技术要求：
对衬橡胶的铸铁设备，其表面应光滑致密，不应有气孔、砂眼、裂纹、缩孔、熔渣、型砂、结疤等缺陷。
受压设备、管道及管件必须在衬橡胶前进行水压试验；常压设备则必须进行盛水试漏，合格验收后才可进行衬胶施工。
转动的金属部件需按照图样要求在衬胶前进行静平衡和动平衡试验。其残留不平衡应符合图样要求。
2.2 橡胶衬里设备金属壳体表面处理及检验
2.2.1 金属壳体表面处理方法：
喷砂、喷丸及打磨。喷砂或喷丸过程控制：控制空气中水蒸气含量，制定必要的温湿度限值，一般情况下其最高压力露点为-20℃；控制总含油量；≤1mg/m3；铜矿砂必须干燥无水。喷砂、喷丸工艺的制定应依据以上控制要求，结合待衬胶设备的结构和尺寸特点，尽量提高表面处理的效率，避免死角。同时对于特殊的工艺部位，对钢板厚度最低限值必须保证的（如大弯管的背弯部位），需在喷砂、喷丸过程中采取一定的保护措施。
2.2.2 喷砂后质量要求：
喷砂处理后的金属衬层表面应符合GB8923《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》SA2.5级的要求，即达到：钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑。刷浆前，金属衬胶表面应达到：无颗粒物、浮灰、干燥清洁。
2.2.3 检验方法及仪器：
目测、温湿度测量仪、除锈等级试块。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
三、设备衬胶过程检验
3.1 涂刷胶浆及检验
3.1.1 胶浆配制
针对不同类型的胶板，配制不同配比的胶浆。
3.1.2 胶浆涂刷的外观要求：
已经处理好的金属壳体表面，应去除浮灰并保持清洁，并应在处理后4小时内进行第一次刷浆。胶水涂刷要求簿而均匀，严禁漏刷，不能出现流淌痕迹。在进行表面处理和进行衬胶的整个过程中，其大气环境最低应保持在露点3℃以上，否则应采取除湿或加热措施。
3.1.3 检测设备和方法：目测、温湿度计、露点计。
3.2 橡胶原材料采购及进厂检验
3.2.1 采购要求：
所有橡胶原料必须具有质量合格证书和出厂日期。合格证中必须包含原产地、生产商及使用有效期，务必在产品有效期内使用；
3.2.2 检测设备：
门尼粘度测定仪、灰化炉。
3.2.3 检测方法及验收：
检查所采购的原料是否来自于合格的分承包方，是否提供产品的质保单或出厂检验报告或合格证及其它有效证明产品质量的证书。一般原材料凭合格证入库。通过测定门尼粘度、灰度等特性，根据合格判据，进行入厂验收。
3.3 胶板检验：
3.3.1 质量要求：
按照订货合同或采购技术规范来确定所要衬胶的胶种，并确定胶板尺寸规格及验收的外观要求。胶板性能符合GB18241.1《橡胶衬里》中所属类别橡胶的物理性能和耐介质要求。
橡胶板的一般质量检查要求釜内硫化和本体硫化橡胶板质量应符合GB5575《化工设备衬里用未硫化橡胶板》的规定,且在衬胶前应先进行胶板的尺寸规格、外观、性能检验，以尽量在生产前消除缺陷。
3.3.2 尺寸规格：
胶板的厚度应满足设计及客户采购合同及技术规格书的要求，一般设备衬胶合同中会规定单层胶板的厚度及需要衬胶的层数。
3.3.3 胶板外观要求：
胶板表面致密、均匀、清洁、边缘平整，不应有大于0.2 mm的外来杂质和油污杂物。胶板表面允许有折皱所造成的印痕及因压延造成的轻微水波纹，但该处胶板厚度应在相关标准及规范规定的公差范围内。胶板允许有长端直径不大于2mm，深度不超过厚度允许偏差等的小气泡存在，但每平方米不得超过3个。
3.3.4 性能要求：
采用校验合格的衡器，检查所用原材料是否与配方相符；检查所配原料的份额是否在配方份额的允差范围内。配胶混炼后取试样送快速试验处作快速试验。按批抽检胶板，做物理性能和耐介质试验，测试需要测定硬度、拉伸强度、比重、硫化特性、耐介质特性。
3.3.5 检查工具：
厚度计、盒尺、专用橡胶拉伸试验机、邵氏硬度计、耐介质试验台、微量天平等。
3.4 贴胶施工检验
3.4.1 尺寸要求：
按设计要求确定设备需要衬胶的胶层厚度，依据所使用的胶板厚度核实衬胶的层数。
3.4.2 表面缺陷要求：
硫化前后接缝应无脱胶、针孔、明显缺陷、气泡。
3.4.3 施工环境要求：
环境温度温度15～30 ℃，相对湿度不宜大于80%，衬胶环境温度应高于露点温度3 ℃以上。衬胶场所干燥、无尘、通风良好。
操作人员的手、工作服及衬胶用具应保持清洁。进入设备内操作应穿软底鞋。
3.4.4 过程检验及合格要求：
不允许有脱层现象。用电火花检测仪检查衬层有无漏电现象。衬胶层厚度符合公差范围内要求。橡胶搭接缝方向应顺介质流动方向。设备转角处搭接宽度为30～50 mm，其余为15～25 mm。多层衬里时，相邻橡胶层的接缝应错开，一般不得少于100 mm。衬胶接缝不得采用十字缝，应采用T字形接缝。搭接处应削边，角度小于300。胶板的接缝压合密实，无翘边。法兰等密封面衬胶应平整，不得有径向沟槽。衬胶层气泡长端直径不大于2 mm，且每平方米不得超过3个。
3.4.5 检测设备：
目视、 厚度计、电火花针孔探测仪和邵氏硬度计；
3.5 胶层硫化过程及检验
3.5.1 主要检验项目：
硫化工艺可以分为：釜内硫化和本体硫化（适用于待衬胶设备尺寸过大，硫化反应釜无法容纳）；
设备要求：应运转良好；温度、硫化时间、硫化蒸汽压力等参数测量表计应检定合格；需要实时记录的硫化参数：蒸汽压力、硫化时间、硫化温度、降温时间；
3.5.2 检验设备与方法
加热温度：内部测温计；
硫化时间：钟表计时；
硫化蒸汽压力：压力表；
降温时间：钟表计时。
3.5.3 检验频次
记录硫化和降温的起止时间，硫化压力和温度在硫化开始时记录一次，在整个硫化周期内每小时检查记录一次，并随时巡检。
3.6 最终检验
3.6.1 检验项目
1、外观目视检查；2、厚度检查；3、硬度检查；4、电火花漏电测试；
3.6.2 检验设备
外观：目测和锤击；
厚度：测厚仪；
硬度：邵氏D型硬度计（硬胶、半硬胶）/邵氏A硬度计（软胶）；
漏电：电花针孔探测仪，并带有漏电自报警功能，以提高效率，减少漏检。
3.6.3 检验方法
外观：用目测法和锤击法检查胶层外观和胶层与金属的粘接情况。胶层表面允许有凹陷和深度不超过0.5㎜的外伤、印痕或嵌杂物；
厚度检测：按检查，取所测数据的平均值；
测漏检测电压：每毫米厚胶板3000V，或根据供需双方的需要选定；检测电极的选择按标准选取；扫查速度≤100mm/s；
硬度检查：按3点/㎡检查，取所测数据的平均值；
3.6.4 检验频次及结果评定：
100%检查（或者按设计或技术协议要求的抽检比例）。检查范围100％衬胶面，检验电压通常为×3000V/mm（为胶层厚度），接管管段及其余部位也参照执行，探头火花长度离衬里表面不得短于30mm，探头行走速度为3～6m/min。
结果评定：1、外观检查：杂质、脱胶、气泡、凹凸不平、发粘、断裂、水纹、色差等应符合标准要求[3]；
2、厚度检查的标准值为设计公称厚度的-10%～＋15%；
3、硬度评定标准：经蒸汽加压硫化后的硬(半硬)橡胶硬度应达到邵尔D70-D85度（邵尔D40-D70度）、软橡胶硬度应达到邵尔A40-D80度[3]；
4、电火花漏电测试：整个表面应无电火花且无报警；
四、结语
以上对核电衬胶设备总体制造的五个主要关键过程进行了介绍。设备因不同的设计使用状况需要衬胶的胶种会有所不同，因而衬胶工艺过程会有一些差异，但总体上都需要从衬胶设备缸体制造、缸体表面检查、胶板性能检验、衬胶过程、衬胶硫化后的质量检验等五个方面进行重点控制。对于重要衬胶设备的监检过程也需要从中选择关键质量控制的工序进行重点关注和检验见证。如果以上五个关键过程得到了有效地控制，将会提高设备衬胶质量的可靠性和稳定性，有利于把核电衬胶设备的质量风险降至最低。
参考文献：
（1）秦国安、朱成虎主编《核电站设备制造质量监督检查员手册》[M]中国电力出版社出版（ISBN 7-5083-0741-0/TM.327）。
（2）GB150-2011《压力容器》
（3）GB 18241.1-2014《橡胶衬里 第一部分》
（4）HGT 20677-2013 《橡胶衬里化工设备》
论文作者:曹金祥,周波,李刚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/21
标签：橡胶论文; 衬胶论文; 设备论文; 衬里论文; 厚度论文; 胶板论文; 壳体论文; 《防护工程》2018年第32期论文;