橡胶防腐衬里在不锈钢换热器防腐维修上的应用

吴昉赟 周 澄 赵卫东 刘洪群

（1.中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300；2.苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004）

0 引言

换热器是一种热能传递的装置，在核电厂有广泛的应用。某核电厂的定子冷却水系统采用管壳式换热器，壳体采用304不锈钢，管板材质为钛，换热器一侧介质为海水，另一侧为除盐水，在仅使用1年时间的情况下，海水侧的壳体出现了严重的缝隙腐蚀和点蚀问题。

根据换热器相关设计文件要求，换热器在设计时，需要根据工况，考虑防腐设计，如采用耐蚀材料，或者防腐涂层衬里或橡胶衬里等[1]。根据相关文献介绍[2]，304不锈钢在海水环境中会发生缝隙腐蚀和点蚀，因此，该换热器在防腐设计上存在失误。

针对腐蚀的不锈钢换热器，采用整体内衬橡胶防腐衬里的方式进行修复，本文总结了橡胶衬里防腐设计时的质量控制要点，并对此换热器的维修过程做了介绍。

1 橡胶衬里防腐设计

橡胶衬里是指在有金属或其它基体构成的管道或设备内部敷设具有耐摩擦、耐高温、耐腐蚀等功能的橡胶材料作为保护层，形成连续、封闭性隔离层，相对于其它的防腐方法具有很大优点，如高度的化学稳定性和较低的渗透性[3]。

设备采用橡胶衬里作为防腐层时需根据工况、运行条件来选择橡胶衬里，同时自身结构也需满足橡胶衬里施工的条件。

1.1 橡胶衬里的品种与选择

橡胶衬里的分类方式有多种，按照胶种分，有天然胶和合成胶，如天然胶、氯丁胶等；按照结构分，有单层、双层、三层几类；按照硫化方式分，有自然硫化，低温常压硫化发（蒸汽或热水），高温高压（硫化罐）硫化法、预硫化冷粘贴法等[4]。

选用橡胶衬里时应考虑介质、温度等工况条件，目前核电海水相关设备常采用底层为天然硬胶面层为氯丁橡胶的橡胶衬里设计。

1.2 受衬设备基体要求

1.2.1 壳体要求

受衬设备壳体表面必须是平整光滑的曲面或平面，凹凸不得超过2mm，不允许有棱角存在；内部拐角圆弧半径R值大于或等于衬里厚度的2倍且不小于5mm，外部棱角圆弧半径R值大于或等于衬里厚度，且不小于3mm，如图1所示。

壳体表面如果有缺陷，应在衬里施工前采用焊补或者局部打磨的方法进行修理，满足衬里施工要求。

受衬侧金属表面经除锈处理后，应符合GB/T 8923《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》的Sa2.5级要求。

1.2.2 设备壳体焊接结构要求

壳体应采用连续的对接焊结构，不得采用搭接焊结构。衬胶侧设备壳体表面的焊缝应保证表面平滑，其焊缝凸出高度不得超过2mm。焊缝不得有锐边焊纹、气孔、裂纹、未熔合、凹陷、焊瘤、咬边等缺陷，如图2所示。

封头与壳体的连接为角连接接头时，受衬侧应采用连续焊接，且需圆滑过渡，其圆角半径不小于5mm，如果不焊接或点焊，则会在衬胶时残留空气，如图3所示。

人孔、手孔、接管与壳体焊接，不宜突出设备壳体内表面，应将受衬侧接管端部磨圆，其圆角半径不小于3mm，法兰与管道的连接处的焊接处也应满足同样要求，如图4所示。

2 换热器橡胶衬里修复

2.1 橡胶衬里选型

换热器发生腐蚀的壳体使用环境为海水环境，针对此换热器选用了3mm天然硬胶+3mm天然氯丁橡胶的典型配套，考虑到装配间隙以及装配时法兰面的压力问题，法兰面衬3mm的天然硬胶。

2.2 橡胶衬里施工

受衬金属面除锈应达Sa2.5，首先采用适用不锈钢材料的非金属砂料，喷砂，经初次喷砂，壳体的腐蚀缺陷均以暴露出来，部分缺陷采用补焊后，打磨处理的方式修复，换热器下壳体底板有大量的腐蚀凹坑，采用贴焊一层内衬板的方式修复。缺陷修复后的壳体，经二次喷砂，满足要求后方可衬胶，如图5所示。

由于换热器在原设计过程中未考虑衬胶防腐，换热器的壳体法兰、接管法兰、手孔与壳体的连接部位，均不满足衬胶要求的圆弧半径＞3mm的要求，因此，衬胶前，预先在这些不满足要求的结构部位，先预衬橡胶条，使得结构满足要求后，方可衬胶，如图6所示。衬胶结束后，经硫化罐硫化后，换热器器衬胶修复工作完成。

2.3 橡胶衬里验收

橡胶衬里在硫化完成后，需要开展以下的验收：

目测检验：通过强光手电检查胶板应牢固地附着在钢管的内表面；衬胶表面光滑、圆弧过渡；衬胶表面厚度均匀；衬胶表面无毛刺、裂缝、脱层。

厚度检验：通过测厚仪检测胶板厚度，要求厚度允许偏差为设计的-10%，+15%。

电火花检验：采用电火花检测仪全面检测，不得有漏电现象，电压数值按照1mm胶层厚度3000V检测。

硬度检验：软橡胶采用邵氏A型硬度计检测，硬橡胶采用邵氏D型硬度计检测。

针对软橡胶的剥离强度和硬橡胶的粘结强度的破坏性试验，应在相同工艺上的试板上进行。

3 结语

核电厂用的换热器，应在设计时结合实际工况开展防腐选材和防腐措施和结构的设计。用于海水环境的换热器不适宜直接选用304不锈钢材质作为壳体材料。应根据设备的重要性、经济性，采用碳钢加橡胶防腐衬里的工艺，或选用经论证的耐蚀性较好的耐蚀合金。