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      核電站鹽酸系統(tǒng)襯膠管道失效原因分析和處理

      2018-03-30 02:45:19芮守龍
      設(shè)備管理與維修 2018年19期
      關(guān)鍵詞:膠管甲苯老化

      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,對金屬管道產(chǎn)生快速腐蝕,最后出現(xiàn)穿孔泄漏。

      通過對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,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。

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