林煒鍇 白榮國(guó)

（深圳大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

某濱海核電站冷凝器水室殼體材料為碳鋼，于2005年對(duì)冷凝器12個(gè)水室內(nèi)壁進(jìn)行整體襯膠，使用日本大機(jī)D31自硫化膠板，現(xiàn)場(chǎng)襯膠，采用蒸汽加熱促進(jìn)硫化工藝，控制最高溫度不超過(guò)60℃。冷凝器襯膠后單個(gè)水室內(nèi)硬度及厚度較為均勻，硬度在邵A50左右，厚度在5.5mm左右，各水室留樣試樣粘合強(qiáng)度均大于8N/mm，水室襯膠至今已服役12年。本文通過(guò)收集整理凝汽器水室襯膠服役期間歷次大修檢查記錄，分析缺陷趨勢(shì)，檢測(cè)襯膠的老化性能指標(biāo)，對(duì)凝汽器水室襯膠進(jìn)行老化狀態(tài)評(píng)估和剩余壽命預(yù)測(cè)，為其它類似機(jī)組提供參考。

1 襯膠老化趨勢(shì)

服役8個(gè)循環(huán)（每輪循環(huán)1C時(shí)間為1.5年，服役12年為8C）后，進(jìn)口水室鼓包和破損缺陷數(shù)量始終維持在較低水平，無(wú)明顯增多趨勢(shì)；出口水室缺陷數(shù)量從6C開(kāi)始明顯增多，檢查中發(fā)現(xiàn)格柵及其附近內(nèi)壁有大量小鼓包和破損缺陷，破損缺陷主要形態(tài)為點(diǎn)狀破口，未發(fā)現(xiàn)大面積破損；7C檢查發(fā)現(xiàn)格柵及其附近內(nèi)壁出現(xiàn)大面積鼓包和破損，出口水室襯膠有加速老化的趨勢(shì)，水室襯膠外觀檢查缺陷統(tǒng)計(jì)如圖1所示。硬度檢測(cè)結(jié)果趨勢(shì)如圖2所示，2005年改造后內(nèi)襯硬度值在50邵A左右，經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)檢測(cè)膠板在自硫化后硬度值穩(wěn)定在60邵A左右，3～8C檢測(cè)硬度在60～70邵A左右。厚度檢測(cè)結(jié)果顯示，從1～5C進(jìn)出口水室襯膠整體未出現(xiàn)明顯減薄，各部位襯膠厚度無(wú)明顯差異性，7～8C檢查發(fā)現(xiàn)進(jìn)口水室格柵及出口水室下部、底部及格柵區(qū)域厚度明顯低于其它部位。

圖1 進(jìn)口水室內(nèi)壁外觀缺陷情況

圖2 水室襯膠硬度變化趨勢(shì)（邵A）

小結(jié)：從檢查記錄和歷史趨勢(shì)看，水室襯膠外觀缺陷數(shù)量自6C開(kāi)始突增，硬度測(cè)量結(jié)果分散性較大，未發(fā)現(xiàn)顯著變化趨勢(shì)，厚度從6C出現(xiàn)下降趨勢(shì)，7C出口水室檢測(cè)到嚴(yán)重減薄區(qū)域，出現(xiàn)襯膠破損導(dǎo)致碳鋼腐蝕問(wèn)題，襯膠老化趨勢(shì)明顯。

2 襯膠老化檢測(cè)

檢測(cè)服役12年（8C）后的水室襯膠理化性能、耐老化性能和其它特定性能，評(píng)估襯膠老化狀態(tài)。

2.1 硬度檢測(cè)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 531.1-2008用LX-AM 硬度計(jì)分別對(duì)12個(gè)水室內(nèi)壁及格柵襯膠進(jìn)行硬度檢測(cè)[1]。內(nèi)壁硬度檢測(cè)按照頂部、上部、中部、下部、底部分區(qū)域進(jìn)行，檢測(cè)位置如圖3（所示為水室內(nèi)壁從內(nèi)向外展開(kāi)圖，圖中粗實(shí)線為襯膠搭接縫）；格柵硬度檢測(cè)隨機(jī)挑選不同部位測(cè)試，硬度整體檢查情況如圖4所示。出口水室內(nèi)壁襯膠硬度在60～65邵A左右，各部位硬度差異不大，進(jìn)口水室內(nèi)壁襯膠硬度整體比出口水高3～5邵A，進(jìn)口內(nèi)壁硬度值從頂部至底部呈下降趨勢(shì)。

圖3 水室內(nèi)壁硬度檢測(cè)位置示意圖

圖4 進(jìn)出口水室硬度整體情況（邵A）

2.2 厚度檢測(cè)

進(jìn)出口水室設(shè)計(jì)厚度為5mm，實(shí)際檢測(cè)厚度在5.5mm左右。內(nèi)壁檢測(cè)如圖5所示，水室襯膠厚度整體檢查情況如圖4所示，為方便統(tǒng)計(jì)，厚度“＞5”的點(diǎn)按5計(jì)算。進(jìn)口格柵處襯膠減薄率在30%左右，進(jìn)口水室內(nèi)壁減薄率在15%～25%左右；出口水室內(nèi)壁下部區(qū)域減薄率在25%～30%左右，底部區(qū)域在30%～40%左右，出口水室內(nèi)壁上部和中部區(qū)域襯膠減薄率20%～25%左右；出口水室內(nèi)壁上部和中部區(qū)域減薄率和進(jìn)口相同區(qū)域接近，下部和底部減薄率則明顯大于進(jìn)口相同區(qū)域，出口水室局部嚴(yán)重減薄區(qū)域襯膠剩余厚度小于3mm，主要集中在水室人孔下方及人孔左右兩側(cè)底部10cm區(qū)域，嚴(yán)重減薄區(qū)域呈“U”型。

圖5 水室內(nèi)壁厚度檢測(cè)示意圖

圖6 進(jìn)出口水室厚度整體情況（mm）

2.3 粘合強(qiáng)度檢測(cè)

選取12個(gè)水室中的9個(gè)水室進(jìn)行粘合強(qiáng)度測(cè)試，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7760-2003采用90° 剝離法測(cè)試[2]，單個(gè)試樣寬度為25mm，每組測(cè)試包含三組數(shù)據(jù)，水室襯膠粘合強(qiáng)度檢測(cè)情況如表1所示。出口內(nèi)壁襯膠整體粘合強(qiáng)度由大到小為：上部＞中部＞下部＞底部，上部區(qū)域粘合強(qiáng)度在5.0～6.0N/mm左右，中部區(qū)域在2.5～3.0N/mm左右，下部區(qū)域在1.5～2.5N/mm左右，底部區(qū)域在0.5～2.5N/mm左右；分析進(jìn)口粘合強(qiáng)度較出口相同部位高，在6～9N/mm左右，剝離面均為膠板內(nèi)聚破壞，說(shuō)明膠板與金屬基體實(shí)際粘合強(qiáng)度應(yīng)高于測(cè)試值。

表1 粘合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

2.4 抗拉強(qiáng)度及拉斷伸長(zhǎng)率檢測(cè)

抗拉強(qiáng)度參照GB/T 528-2009進(jìn)行[3]，為便于后續(xù)維修及分析，抗拉強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率的取樣在粘合強(qiáng)度測(cè)試破壞處進(jìn)行，測(cè)試結(jié)果如表2所示。出口水室抗拉強(qiáng)度范圍在4.1～6.4MPa，進(jìn)口抗拉強(qiáng)度范圍在5.6～6.8MPa，波動(dòng)范圍較出口小。由于改造階段未檢測(cè)抗拉強(qiáng)度，本次試驗(yàn)參照對(duì)比D31膠板硫化后初始抗拉強(qiáng)度（6.18MPa），出口水室抗拉強(qiáng)度下降最多區(qū)域降低了33.6%，進(jìn)口水室抗拉強(qiáng)度下降不明顯。

拉斷伸長(zhǎng)率測(cè)試和抗拉強(qiáng)度測(cè)試為同一試樣和標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試結(jié)果如表3所示。出口水室拉斷伸長(zhǎng)率范圍為204%～243%，進(jìn)口水室為263%～311%；由于改造階段未檢測(cè)抗拉強(qiáng)度，本次試驗(yàn)參照對(duì)比D31膠板硫化后初始拉斷伸長(zhǎng)率（405%），出口水室拉斷伸長(zhǎng)率降低40%～50%左右，進(jìn)口水室降低了20%～35%左右；同一區(qū)域拉斷伸長(zhǎng)率下降程度要大于抗拉強(qiáng)度下降程度。

表2 抗拉強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

2.5 耐磨性檢測(cè)

根據(jù)GB/T 9867-2008采用旋轉(zhuǎn)輥筒磨機(jī)進(jìn)行耐磨性測(cè)試[4]，結(jié)果如表4所示。出口相對(duì)體積磨耗量范圍為593～710mm3；進(jìn)口測(cè)試數(shù)據(jù)范圍為499～510mm3，整體耐磨性能較出口好； D31新膠板硫化后初始相對(duì)體積磨耗量（608mm3），出口水室相對(duì)體積磨耗量最多增大了16.8%，進(jìn)口水室相對(duì)體積磨耗量有所減小。

表3 拉斷伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果

表4 耐磨性測(cè)試結(jié)果

3 襯膠狀態(tài)評(píng)估

2005年水室襯膠改造后初始硬度在50邵A左右為欠硫化狀態(tài)，服役過(guò)程中隨著自然硫化時(shí)間延長(zhǎng)性能指標(biāo)會(huì)隨著上升，為更客觀評(píng)價(jià)D31膠板的劣化程度，初始值的設(shè)定采用D31膠板充分硫化后的數(shù)據(jù)，粘合強(qiáng)度8.10N/mm，抗拉強(qiáng)度6.18MPa，拉斷伸長(zhǎng)率468%，硬度60邵A，硬度取日本原始廠家均值數(shù)據(jù)60邵A。

襯膠狀態(tài)評(píng)估參考行業(yè)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)分三個(gè)級(jí)別，不同級(jí)別對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及剩余壽命如表5所示。進(jìn)口水室按內(nèi)壁和格柵兩部分評(píng)價(jià)；因出口水室各部位性能差異較大，本文分頂部、上部、中部、下部、底部對(duì)其評(píng)價(jià)。

3.1 粘合強(qiáng)度評(píng)價(jià)

判定標(biāo)準(zhǔn)如表5所示，本次粘合強(qiáng)度評(píng)價(jià)以相對(duì)值判定，≥6.48 N·mm-1為A級(jí)，≥2.43&＜6.48 N·mm-1為B級(jí)，＜2.43 N·mm-1為C級(jí)。評(píng)價(jià)結(jié)果如表6所示，出口上部粘合強(qiáng)度較高，在5～6N/mm左右，評(píng)級(jí)為B級(jí)；出口中部粘合強(qiáng)度在2.5～3.0N/mm左右，評(píng)價(jià)為B級(jí)，但已接近B級(jí)下限；出口水室下部、底部粘合強(qiáng)度嚴(yán)重降低，分別在1.5～2.5N/mm左右和0.5～2.5N/mm左右，評(píng)價(jià)為C級(jí)；進(jìn)口內(nèi)壁粘合強(qiáng)度在6～9N/mm，整體大于80%初始值，評(píng)價(jià)為A級(jí)。

3.2 厚度評(píng)價(jià)

判定標(biāo)準(zhǔn)如表5所示，為便于統(tǒng)計(jì)，厚度值為“＞5mm”的點(diǎn)按5mm計(jì)算，厚度≥4.95mm為A級(jí)，2.75～4.95mm為B級(jí)，≤2.75mm為C級(jí)。評(píng)價(jià)結(jié)果如表7所示，進(jìn)口水室整體厚度狀態(tài)良好，最小厚度在3mm以上，其中內(nèi)壁整體減薄20%左右，格柵整體減薄30%左右，厚度均評(píng)價(jià)為B級(jí)；6個(gè)出口水室內(nèi)壁頂部至下部區(qū)域整體減薄15%～20%左右，最小厚度在3mm以上，評(píng)價(jià)為B級(jí)；底部區(qū)域整體減薄28%，但是人孔下方及兩側(cè)底部區(qū)域嚴(yán)重減薄，大量點(diǎn)厚度>2mm，6個(gè)水室有5個(gè)人孔下方出現(xiàn)襯膠減薄破損，故底部區(qū)域評(píng)價(jià)為C級(jí)。

表5 各等級(jí)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表6 進(jìn)出口水室粘合強(qiáng)度評(píng)價(jià)

3.3 抗拉強(qiáng)度及拉斷伸長(zhǎng)率評(píng)價(jià)

抗拉強(qiáng)度及拉斷伸長(zhǎng)率判定標(biāo)準(zhǔn)如表5所示，本次抗拉強(qiáng)度評(píng)價(jià)以絕對(duì)值判定。評(píng)價(jià)結(jié)果如表8所示，抗拉強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果為：出口水室上、中、下、底部抗拉強(qiáng)度均在4～6MPa之間，評(píng)價(jià)為B級(jí)；進(jìn)口內(nèi)壁抗拉強(qiáng)度測(cè)試值在6MPa左右，評(píng)價(jià)為B級(jí)。本次拉斷伸長(zhǎng)率評(píng)價(jià)以絕對(duì)值判定，評(píng)價(jià)結(jié)果如表8所示，出口水室上、中、下、底部拉斷伸長(zhǎng)率在200%～300%之間，評(píng)價(jià)為B級(jí)；進(jìn)口內(nèi)壁抗拉強(qiáng)度測(cè)試值250%～320%之間，整體較出口略高，評(píng)價(jià)為B級(jí)。

3.4 硬度評(píng)價(jià)

判定標(biāo)準(zhǔn)如表5所示，硬度評(píng)價(jià)區(qū)間為：53～67邵A為A級(jí)，[40，53）&（67，75]邵A為B級(jí)，＜40或＞75邵A為C級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表9所示，出口水室內(nèi)壁硬度整體在55～67邵AM左右，頂部個(gè)別點(diǎn)為69邵AM，不影響評(píng)價(jià)結(jié)果，硬度評(píng)價(jià)為A級(jí)；進(jìn)口水室及格柵硬度整體在57～72邵AM左右，內(nèi)壁硬度評(píng)價(jià)為A級(jí)，格柵評(píng)級(jí)為B級(jí)。

表7 進(jìn)出口水室剩余厚度評(píng)價(jià)

表8 進(jìn)出口水室抗拉強(qiáng)度評(píng)價(jià)

表9 進(jìn)出口水室拉斷伸長(zhǎng)率評(píng)價(jià)

表10 進(jìn)出口水室硬度評(píng)價(jià)

4 結(jié)論

進(jìn)口水室襯膠整體老化狀態(tài)良好，五個(gè)性能指標(biāo)都為A或B，粘合強(qiáng)度保持在較高水平，襯膠厚度最低在3mm以上，綜合性能整體評(píng)價(jià)為B級(jí)，剩余壽命估算為3～6年。

出口水室襯膠頂部至中部區(qū)域綜合性能評(píng)價(jià)為B級(jí)，但中部粘合強(qiáng)度已降至B級(jí)下限，后續(xù)大修中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，頂部至中部剩余壽命估算為3～6年。

出口水室下部和底部整體老化相對(duì)嚴(yán)重，主要體現(xiàn)在：

（1）粘合強(qiáng)度嚴(yán)重降低，在1～2N/mm左右；

（2）底部人孔門(mén)下方“U”型區(qū)域及兩側(cè)底部區(qū)域局部嚴(yán)重減薄，出口水室下部和底部綜合性能評(píng)價(jià)為C級(jí)，剩余壽命估算為1～3年。