上海申弘閥門有限公司
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核電站用海水蝶閥處理 |
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之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現(xiàn)在介紹核電站用海水蝶閥處理 核電站用海水蝶閥失效分析和處理 核電站用海水蝶閥處理 核電站用海水蝶閥處理 核電站海水蝶閥處理 海水蝶閥處理 海水蝶閥 海水腐蝕蝶閥 摘 要：分析了核電站用海水蝶閥在不同工況中失效的原因。介紹了閥門零部件材料性能的試驗過程和試驗結果并給出了材料選用和防腐的原則和方法。 耐海水蝶閥廠家調查發(fā)現(xiàn)海水是一種含有許多鹽類的電解質溶液，并溶有一定量的氧氣，大部分金屬材料在海水中都存在電化學腐蝕。海水中氯離子含量很大，增加了腐蝕速度，同時海流及砂粒對金屬構件產(chǎn)生低頻往復應力和沖擊。近年來，隨著海洋開發(fā)利用進展的加快，沿海核電項目的大量建設以及海水淡化產(chǎn)業(yè)的推廣，耐海水蝶閥的應用已越來越廣泛。為此我公司專門開發(fā)出能適用于海洋工業(yè)、核電海水冷卻等產(chǎn)業(yè)的耐海水蝶閥。海水中防腐（閥門材料選用：A青銅，雙相不銹鋼，防腐效果優(yōu)良，價格昂貴。 B球罣鑄鐵，價格便宜效果不如以上兩種。 密封面材料：耐磨丁晴橡膠、氯丁橡膠、氟橡膠、聚內脂等，）本實用新型公開了一種耐海水蝶閥，包括閥體，設置在所述閥體中的蝶板和帶動蝶板旋轉的閥軸，所述閥軸通過銷軸與所述蝶板連為一體；在所述閥體上通過調節(jié)螺釘和調節(jié)壓蓋固定有閥體密封圈，所述蝶板上焊接有蝶板密封圈，在所述閥體和蝶板外表面涂刷有耐腐蝕涂層。本實用新型的優(yōu)點在于采用zui普通的蝶閥結構，不僅可以通過調整閥體、蝶板等零部件的材料來提高閥門的耐腐蝕性，還可以在閥體和蝶板的表面涂刷耐海水腐蝕的涂層來進一步使其與海水隔離，延長閥門的使用壽命，雙重防護使得耐海水腐蝕性能更好。不僅結構簡單、加工周期短，涂刷及維護也非常方便，綜合成本低且性價比高，通用性強。 關鍵字：核電站 水蝶閥 材料 試驗 1 概述 目前，國內在建和已建的核電站海域水質存在差異，所以在役運行海水系統(tǒng)閥門的失效現(xiàn)象也不同。通過試驗和研究，提出了技術上安全可靠，工藝比較成熟，能有效解決海水蝶閥失效的技術方案，按該方案制造的產(chǎn)品已投入試用，運行情況良好。有一種替代方案： C閥體材料使用普通材質，如鑄鐵，閥門表面及內部接觸介質部分使用特種涂料保護（進口涂料，針對不同環(huán)境的防腐保護）一次特涂保護有效期5～10年（工況不同），只有A類方案幾分之一的費用，基本達到其相同的使用效果與壽命，性價比優(yōu)異。
2 失效原因 根據(jù)海水蝶閥運行狀況分析，腐蝕是引起其失效的主要原因之一。 ①沖刷腐蝕 沖刷在金屬表面產(chǎn)生切應力效應。 ②防腐層脫落腐蝕 防腐涂層或襯里脫落失去防腐作用。 ③均勻腐蝕 海水中氧含量豐富且含有次氯酸鈉，金屬鈍化膜不易形成，主要發(fā)生吸氧腐蝕，表現(xiàn)形式為腐蝕速度明顯加快。 ④電偶腐蝕 因為海水為強電解質，加快了低電位金屬的腐蝕。 ⑤閉塞電池腐蝕 由于循環(huán)水系統(tǒng)的部分系統(tǒng)處于備用狀態(tài)，這些區(qū)域的海水不流動，易形成自催化的閉塞腐蝕效應。 ⑥選擇性腐蝕 金屬的電位不同，腐蝕速率也不同。 ⑦點狀腐蝕 不銹鋼因氯離子產(chǎn)生點蝕穿孔。 ⑧微生物腐蝕 海水中微生物附著在閥門上對材料腐蝕產(chǎn)生影響。
3 材料試驗 3.1 材料選擇 選擇海水蝶閥零部件材料時，應根據(jù)工況條件從多方面考慮。①耐腐蝕性能。②耐磨、耐沖刷能力。③經(jīng)濟性。④加工工藝。⑤海水中的氧含量、氯離子濃度、流速、海水的污染情況及海洋微生物對材料腐蝕性。⑥海水溫度。 3.2 浸泡試驗 14種材料在海域一SEC系統(tǒng)海水和海域二SEC系統(tǒng)海水中浸泡30d的試驗結果見表1。浸泡試驗前，測得海域一SEC系統(tǒng)海水的pH值為6～7、氯化物含量為4.10×103mg/L、硫酸鹽含量為568mg/L，測得海域二SEC系統(tǒng)海水的pH值≈6、氯化物含量為1.82×104mg/L、硫酸鹽含量為2.52×103mg/L。表1 14種材料在海水中浸泡30d后的質量變化 g 3.3 金屬材料腐蝕電位試驗 電位試驗的試樣材料為SAF2507、304、ZCu-Al10Fe5Ni5、0Cr17Ni4Cu4Nb、316L和ZCu-Al10Fe3Ⅱ，各2件。分析試驗結果（圖1），在海水介質條件下，6種金屬材料中腐蝕電位zui高的是SAF2507，zui低的是304，zui大電位差約為210mV。隨著測試時間的延長，腐蝕電位zui穩(wěn)定的是SAF2507、ZCuAl10Fe5Ni5和ZCuAl10Fe3Ⅱ，zui不穩(wěn)定的是304，0Cr17Ni4Cu4Nb和316L腐蝕電位的穩(wěn)定性相對居中。所以海水閥門選用SAF2507、ZCuAl10Fe5Ni5和ZCuAl10Fe3Ⅱ制造，這3種材料腐蝕電位穩(wěn)定，電位差只有60mV。發(fā)生電偶腐蝕的可能性比較小。在30℃以下時，316尚可，雙相不銹鋼。在50℃以下時，雙相不銹鋼可用。在60℃以上時，宜用鎳基合金或鈦合金。1．SAF25072．0Cr17Ni4Cu4Nb3．ZCuAl10Fe5Ni54．ZCuAl10Fe3Ⅱ5．316L6．304圖1 6金屬材料在海水中耐溫性能比較
4 材料防腐蝕 材料防腐蝕的方法很多，如涂層法（包括各種涂料、金屬和塑料噴涂）、薄板襯里法（包括各種耐蝕金屬及各種非金屬襯里）、內部多層襯砌法（石墨板等）、非金屬作為設備主體法（金屬作為支撐機構）和特種防腐處理法（電化學保護技術，犧牲陽極，外加電流，加緩蝕劑）等。 在閥門行業(yè)，常用的防腐措施有3種。 ①閥體涂層處理 涂層用途廣泛，是國內目前采用zui多的防腐措施。如涂層出現(xiàn)破損，修補方便，費用少。但是，涂層在流速較高的工況，局部損傷較快，需要定期修補。 ②閥門襯膠處理 襯膠為閥門行業(yè)常用的防腐方法。在氯丁橡膠和三元乙丙膠中添加特種材料，適用于海水工況，不長海生物。襯膠適用于海水中泥沙含量比較少的工況。但是，橡膠易老化，一般使用壽命為5～10年，如果橡膠層大面積脫落，很容易對基體產(chǎn)生腐蝕，且襯膠不容易修補。 ③陰極保護處理 以被保護的金屬構件作為陰極，對其施加一定的直流電流，使其產(chǎn)生陰極極化。當金屬的電位負于某一電位值時，該金屬表面的電化學不均勻性得到消除，腐蝕的陰極溶解過程得到有效抑制，達到保護的目的。
5 材料性能 5.1 金屬材料海水蝶閥金屬材料性能對比見表2。表2 金屬材料性能對比 5.2 橡膠材料 橡膠試樣耐海水老化性能對比見表3。表3 橡膠試樣耐海水老化性能對比 5.3 涂層材料 涂層材料進行附著力試驗和腐蝕試驗。 （1）附著力試驗 檢測涂層材料附著力試驗的方法有拉伸試驗、剪切試驗和耐磨試驗。 拉伸試驗用Φ40mm×50mm材質為Q235－A的試樣12塊，分成6組，分別給予編號1～6。對每件一個端面進行噴砂處理，其中1、3和5號3組Ra=12.5μm，2、4和6號3組Ra=75μm。 將6組試樣按要求涂刷涂料。1和2號試樣涂刷陶瓷涂料B2層，厚度約0.5mm。3和4號試樣涂刷陶瓷涂料A2層（灰、白），厚度約0.5mm。5和6號試樣涂刷陶瓷涂料A6層（白、大顆粒、小顆粒、修補劑、白、灰），厚度約4mm。涂層固化后，對涂層的平均厚度進行測量，并在材料試驗機上實施拉伸試驗，試驗數(shù)據(jù)見表4。表4 拉伸試驗數(shù)據(jù) 剪切試驗用50mm×50mm×8mm材質為Q235－A的試樣12塊，分成6組，分別給予編號1～6。對每件一個端面進行噴砂處理，其中1、3和5號3組Ra=12.5μm，2、4和6號3組Ra=75μm。將6組試樣按與拉伸試驗要求相同的方法涂刷涂料。涂層固化后，對涂層的平均厚度進行測量，并在材料試驗機上進行剪切試驗，試驗數(shù)據(jù)見表5。表5 剪切試驗數(shù)據(jù) 表6 耐磨試驗數(shù)據(jù)在相同工藝條件下，采用Q3740吊鉤式拋丸清理機對涂刷件1、3和5組試樣進行噴砂處理，噴砂時間約5min。噴嘴離試樣的距離、空氣壓力、砂型、噴嘴與試樣的方向均一致，試驗數(shù)據(jù)見表7。對涂刷件2、4和6組試樣分別進行手工噴砂處理，至可見金屬，并記錄時間。試驗數(shù)據(jù)見表8。表7 機械噴砂耐磨試驗數(shù)據(jù)表8 手工噴砂耐磨試驗數(shù)據(jù) （2）耐腐蝕試驗 準備100mm×100mm×10mm材質為Q235－A的試樣12塊，分成6組，分別給予編號1～6，進行噴砂處理，去除試塊表面的鐵銹和氧化皮，保證Ra=75μm以上。將6組試樣按與拉伸試驗要求相同的方法涂刷涂料。涂層固化后，對涂層厚度、涂刷件質量分別測定和稱重。將試塊放置在鹽霧試驗箱內，測試金屬在模擬海水環(huán)境下的耐腐蝕能力。 （3）分析 通過對陶瓷涂料A和陶瓷涂料B2種涂料的涂層分別進行附著力試驗和耐磨試驗，對2種涂料的性能有了更多了解。 ①表面越粗糙，其附著力越強，拉力也越大。反之，附著力弱，拉力相應地變弱。表面附著力與涂層厚度也有很大的關系，涂層越厚，其抗拉（剪）強度也越強。 ②陶瓷涂料B的抗剪強度較陶瓷涂料A大，但在垂直方向的抗拉強度陶瓷材料A的性能較好。 ③涂刷陶瓷涂料A6層的試樣，粘結性比較好。 ④陶瓷涂料A和陶瓷涂料B2種涂料硬度（金屬硬度計測量）相近。涂層的硬度與涂層的厚度有關，一般涂層越厚硬度越高。 ⑤分別對涂刷過陶瓷涂料A和陶瓷涂料B的試樣進行噴砂處理，在相同施工方法的條件下，涂刷陶瓷涂料B2層的試樣在2min后涂層脫落，露出金屬表面。涂刷陶瓷涂料A2層的試樣，在4min后涂層脫落，露出金屬表面。涂刷陶瓷涂料A6層的試樣在作噴砂處理45min后才漸漸露出金屬表面。因此，陶瓷涂料A在耐磨性方面優(yōu)于陶瓷涂料B。特別是涂層厚度越厚，其耐磨性越好。從閥門作襯膠處理和閥門刷涂陶瓷涂料A經(jīng)濟性分析，刷涂陶瓷涂料A涂層成本為襯膠處理的3倍左右。
6 實例分析 6.1 實例1 某海域核電站2臺對夾式蝶閥原是國外進口閥門，使用一個周期，閥門腐蝕嚴重。改為國內某企業(yè)的產(chǎn)品，蝶板為不銹鋼，使用一個周期，閥桿和蝶板腐蝕非常嚴重。據(jù)分析，系統(tǒng)中海水的泥沙含量比較小，但工作溫度較高，氯離子對金屬材料的腐蝕能力增強。因此，氯離子腐蝕是主要原因。根據(jù)情況分析，閥體采用WCB，閥座采用三元乙丙膠，蝶板與閥桿采用SAF2507雙相不銹鋼。材料改進后的閥門使用兩個周期至今完好。經(jīng)了解，該系統(tǒng)核電站部分海水系統(tǒng)閥門的蝶板也選用了雙相不銹鋼。 6.2 實例2 某海域核電站DN350和DN400海水襯膠蝶閥，其蝶板為鋁青銅，使用一個周期后，蝶板沖刷嚴重，后采用閥門過流部分涂刷陶瓷涂料，效果較好。在另外一個同類系統(tǒng)閥門閥體采用不銹鋼，過流部分包氯丁膠，效果較好。
7 結語 雙相不銹鋼作零部件應嚴格按照通過驗證的鍛造工藝、鑄造工藝和熱處理工藝生產(chǎn)。采用涂刷陶瓷涂層，應嚴格按涂料施工工藝規(guī)程進行，并考慮各工序的間隔時間和施工溫、濕度控制。如采用包膠方式應考慮生產(chǎn)工序和轉角處工藝處理。
某些地區(qū)海水氯離子含量較低，泥沙含量高，海水溫度不高。對于≤DN300的海水蝶閥，建議閥體選用碳鋼，閥座采用氯丁橡膠或三元乙丙膠，蝶板和閥桿均選用雙相不銹鋼，蝶板和閥桿采用無銷連接，減少泄漏點。對于＞DN300的海水蝶閥，建議采用過流部分和蝶板涂陶瓷涂料，閥桿和閥座采用雙相不銹鋼，密封圈采用特種氯丁橡膠或三元乙丙膠，安裝在蝶板上，維修更換方便。某些地區(qū)海水氯離子含量較高，泥沙含量較低，海水溫度較高。對于＞DN1200的海水蝶閥，建議閥體和蝶板采用襯橡膠或涂陶瓷涂料，閥桿和閥座采用雙相不銹鋼，密封圈采用特種氯丁橡膠或三元乙丙膠，安裝在蝶板上，維修更換方便。對于≤DN1200的海水蝶閥，建議閥體選用碳鋼，閥座采用特種氯丁橡膠或三元乙丙膠，蝶板和閥桿均選用雙相不銹鋼，蝶板和閥桿采用無銷連接，以減少泄漏點。與本文相關的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥 |
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