核電站鹽酸系統(tǒng)襯膠管道失效原因分析和處理

芮守龍

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222000）

0 引言

國內(nèi)某核電站水處理系統(tǒng)采用鹽酸對(duì)陽床樹脂實(shí)施再生，其中鹽酸接收和貯存系統(tǒng)接收和存儲(chǔ)濃度為31%的鹽酸。該系統(tǒng)管道原設(shè)計(jì)為襯膠管道，管道金屬母材采用20#鋼，襯膠層為天然橡膠，參數(shù)：管道內(nèi)介質(zhì)鹽酸；管道口徑DN150 mm，DN80 mm，DN50 mm；材料20#鋼+天然橡膠；最高壓力 0.9 MPa；最高溫度35℃；運(yùn)行頻率3 h/周。根據(jù)上述參數(shù)，管道主要為小口徑管道，最大DN150 mm，最小DN50 mm。系統(tǒng)壓力較低，溫度常溫，系統(tǒng)使用頻率不高。

鹽酸為電站外購，定期通過槽車補(bǔ)充到鹽酸貯罐中。系統(tǒng)安裝約1 a多以后，襯膠管道開始頻繁出現(xiàn)腐蝕穿孔泄漏缺陷，同時(shí)輸送泵也開始頻繁出現(xiàn)泵出口高壓保護(hù)導(dǎo)致的跳泵缺陷，致使系統(tǒng)經(jīng)常處于不可用狀態(tài)，影響水處理系統(tǒng)陽床樹脂的再生。

1 失效原因分析

通過對(duì)腐蝕的管道解體發(fā)現(xiàn)，管道內(nèi)部襯膠出現(xiàn)明顯的鼓泡和褶皺，尤其DN50 mm的管道，鼓起的橡膠部分占據(jù)了約一半的流道面積，流道面積的減小造成了泵出口壓力升高，當(dāng)壓力達(dá)到泵保護(hù)壓力時(shí)，泵自動(dòng)切除跳停。

橡膠和橡膠粘合部位，因鼓泡褶皺底部出現(xiàn)裂紋，鹽酸沿裂紋滲漏，直接與管道金屬母材接觸，對(duì)金屬管道產(chǎn)生快速腐蝕，最后出現(xiàn)穿孔泄漏。

通過對(duì)上述橡膠形貌分析表明，不管是系統(tǒng)高壓保護(hù)跳泵，還是襯膠管道腐蝕泄漏，都與襯膠層鼓泡有很大關(guān)系，襯膠層的鼓泡首先是導(dǎo)致流道減小，鼓泡部分在介質(zhì)壓力作用下產(chǎn)生擠壓變形，并首先在橡膠與橡膠粘合部位產(chǎn)生裂紋，鹽酸沿裂紋滲漏，直接與管道金屬母材接觸，對(duì)金屬管道產(chǎn)生快速腐蝕，導(dǎo)致管道腐蝕泄漏。

另外，值得注意是，口徑DN50 mm，長度3 m的襯膠管道泄漏數(shù)量最多，且漏點(diǎn)主要在中間位置，主要原因與襯膠管道的制作工藝有關(guān)，襯膠管道制作時(shí)基本依賴人工操作，小口徑長段管道橡膠層接頭難度較大，尤其中間位置，容易出現(xiàn)漏壓、壓接不牢的情況，當(dāng)襯膠層老化鼓泡時(shí)，這部分最先出現(xiàn)開裂脫離。導(dǎo)致橡膠鼓泡一般有3個(gè)原因。

（1）系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)間較長或原材料橡膠本身耐老化性能較差，橡膠出現(xiàn)熱氧老化產(chǎn)生鼓泡。

（2）橡膠材料選型錯(cuò)誤，無法耐受31%濃度的鹽酸腐蝕。

（3）襯膠工藝問題，橡膠與金屬管道基體未嚴(yán)密貼合，當(dāng)溫度升高時(shí)，橡膠與金屬基體之間的空氣受熱膨脹導(dǎo)致產(chǎn)生鼓泡。針對(duì)上述分析的可能原因，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行判斷。第一，系統(tǒng)剛投運(yùn)僅1 a時(shí)間，因此正常老化不可能在短期內(nèi)產(chǎn)生這么嚴(yán)重的老化鼓泡現(xiàn)象，安裝剩余的襯膠管道雖然露天存放也未出現(xiàn)鼓泡。管道供貨文件中，橡膠板原材料的熱老化試驗(yàn)也滿足要求，因此鼓泡現(xiàn)象與原材料自身關(guān)系不大。第二，根據(jù)材料腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)，天然軟橡膠廣泛應(yīng)用于鹽酸工業(yè)，具有良好的耐鹽酸腐蝕性能。第三，系統(tǒng)介質(zhì)主要為常溫的鹽酸，介質(zhì)溫度基本與環(huán)境溫度一致，且系統(tǒng)介質(zhì)流速較低，系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)間短，介質(zhì)溫度上升的可能性也基本都可以排除。

從形貌看，鼓泡的嚴(yán)重程度并不是由簡(jiǎn)單的老化可以造成的，從橡膠層的切面看，橡膠層厚度較初始厚度有所增加，存在溶脹現(xiàn)象，因此懷疑系統(tǒng)中進(jìn)入有機(jī)溶劑。

經(jīng)向商務(wù)部門了解，電站使用的鹽酸由本市一家小型化工廠提供，通過前往廠家調(diào)研，了解到該化工廠主要產(chǎn)品為氯化芐（C6H5CH2Cl），鹽酸作為副產(chǎn)品出售。其生產(chǎn)工藝采用連續(xù)光氯化法，將干燥不含鐵的甲苯加入到玻璃氯化瓶中，加熱至110℃，使液體緩慢沸騰，按氯氣和甲苯質(zhì)量比1頤2.5的比例在日光燈照射下通入氯氣，進(jìn)行高溫氯化反應(yīng)產(chǎn)生氯化芐和氯化氫氣體。其主要化學(xué)反應(yīng)式為：C6H5CH3+Cl2寅C6H5CH2Cl+HCl。大部分甲苯會(huì)通過冷凝回到反應(yīng)釜中，但如果冷凝效果不好，一定量的甲苯會(huì)同副產(chǎn)品氯化氫氣體一并進(jìn)入到吸收系統(tǒng)，如不進(jìn)行二次除苯，少量甲苯會(huì)一直殘留在鹽酸中。因?yàn)辂}酸生產(chǎn)工藝的問題中，難以避免鹽酸中殘留甲苯，且化工廠家未進(jìn)行二次除苯，導(dǎo)致鹽酸中含甲苯較高，對(duì)橡膠產(chǎn)生了溶脹作用，加速了橡膠老化鼓泡。

2 制定處理措施

為從根本上解決管道泄漏和堵塞問題，根據(jù)上述原因分析，電站主要從2個(gè)方面采取措施。

（1）消除鹽酸中有機(jī)溶劑甲苯，重新尋找了鹽酸供貨商，新供貨商生產(chǎn)的鹽酸由氫氣和氯氣直接反應(yīng)而成，完全避免了鹽酸中有機(jī)溶劑的存在。

（2）對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)缺陷的管道實(shí)施更換，考慮到小口徑襯膠管道，其橡膠層接頭質(zhì)量非常依賴施工人員的技能水平和仔細(xì)程度，而且無法100%通過電火花試驗(yàn)來確保質(zhì)量，因此選擇使用內(nèi)外浸塑管道替代襯膠管道。浸塑管道也是一種復(fù)合管道，鋼管仍采用20#鋼，內(nèi)外表面采用交聯(lián)聚烯烴熔覆，其主要優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）耐酸堿性能優(yōu)良。

（2）內(nèi)外均有防腐層，降低了外部防腐的成本。

（3）加工工藝主要通過管道加熱，塑料顆粒自動(dòng)熔覆實(shí)現(xiàn)，其加工質(zhì)量主要依賴于金屬管道表面的處理和原材料的控制，因此小口徑管道的產(chǎn)品質(zhì)量更易控制。

（4）交聯(lián)聚烯烴具有一定的耐油性，有效避免殘留在系統(tǒng)中甲苯仍對(duì)管道產(chǎn)生影響。

3 處理結(jié)果

自襯膠管道和鹽酸更換后，目前已連續(xù)使用5 a未出現(xiàn)管道泄漏或堵塞缺陷，同時(shí)在管道更換過程中，采用了表面涂覆氟塑料的特潤氟螺栓，以及螺栓保護(hù)帽加防腐密封劑的組合，緊固件也獲得很好的保護(hù)，也取得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。

本次鹽酸系統(tǒng)襯膠管道缺陷的分析和處理，從根本上解決了管道腐蝕泄漏和堵塞問題，使系統(tǒng)獲得了長時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行，保證了電站的制水需求。在設(shè)備維修過程中，除了關(guān)注設(shè)備自身，也需要關(guān)注設(shè)備之外的其他一些因素。雖然缺陷種類只有幾個(gè)，但缺陷原因卻復(fù)雜多樣，本次缺陷分析和處理也為各電站鹽酸系統(tǒng)相關(guān)問題提供了參考。