核电站盐酸系统衬胶管道失效原因分析和处理

芮守龙

（江苏核电有限公司，江苏连云港 222000）

0 引言

国内某核电站水处理系统采用盐酸对阳床树脂实施再生，其中盐酸接收和贮存系统接收和存储浓度为31%的盐酸。该系统管道原设计为衬胶管道，管道金属母材采用20#钢，衬胶层为天然橡胶，参数：管道内介质盐酸；管道口径DN150 mm，DN80 mm，DN50 mm；材料20#钢+天然橡胶；最高压力 0.9 MPa；最高温度35℃；运行频率3 h/周。根据上述参数，管道主要为小口径管道，最大DN150 mm，最小DN50 mm。系统压力较低，温度常温，系统使用频率不高。

盐酸为电站外购，定期通过槽车补充到盐酸贮罐中。系统安装约1 a多以后，衬胶管道开始频繁出现腐蚀穿孔泄漏缺陷，同时输送泵也开始频繁出现泵出口高压保护导致的跳泵缺陷，致使系统经常处于不可用状态，影响水处理系统阳床树脂的再生。

1 失效原因分析

通过对腐蚀的管道解体发现，管道内部衬胶出现明显的鼓泡和褶皱，尤其DN50 mm的管道，鼓起的橡胶部分占据了约一半的流道面积，流道面积的减小造成了泵出口压力升高，当压力达到泵保护压力时，泵自动切除跳停。

橡胶和橡胶粘合部位，因鼓泡褶皱底部出现裂纹，盐酸沿裂纹渗漏，直接与管道金属母材接触，对金属管道产生快速腐蚀，最后出现穿孔泄漏。

通过对上述橡胶形貌分析表明，不管是系统高压保护跳泵，还是衬胶管道腐蚀泄漏，都与衬胶层鼓泡有很大关系，衬胶层的鼓泡首先是导致流道减小，鼓泡部分在介质压力作用下产生挤压变形，并首先在橡胶与橡胶粘合部位产生裂纹，盐酸沿裂纹渗漏，直接与管道金属母材接触，对金属管道产生快速腐蚀，导致管道腐蚀泄漏。

另外，值得注意是，口径DN50 mm，长度3 m的衬胶管道泄漏数量最多，且漏点主要在中间位置，主要原因与衬胶管道的制作工艺有关，衬胶管道制作时基本依赖人工操作，小口径长段管道橡胶层接头难度较大，尤其中间位置，容易出现漏压、压接不牢的情况，当衬胶层老化鼓泡时，这部分最先出现开裂脱离。导致橡胶鼓泡一般有3个原因。

（1）系统投运时间较长或原材料橡胶本身耐老化性能较差，橡胶出现热氧老化产生鼓泡。

（2）橡胶材料选型错误，无法耐受31%浓度的盐酸腐蚀。

（3）衬胶工艺问题，橡胶与金属管道基体未严密贴合，当温度升高时，橡胶与金属基体之间的空气受热膨胀导致产生鼓泡。针对上述分析的可能原因，结合实际情况进行判断。第一，系统刚投运仅1 a时间，因此正常老化不可能在短期内产生这么严重的老化鼓泡现象，安装剩余的衬胶管道虽然露天存放也未出现鼓泡。管道供货文件中，橡胶板原材料的热老化试验也满足要求，因此鼓泡现象与原材料自身关系不大。第二，根据材料腐蚀数据手册，天然软橡胶广泛应用于盐酸工业，具有良好的耐盐酸腐蚀性能。第三，系统介质主要为常温的盐酸，介质温度基本与环境温度一致，且系统介质流速较低，系统投运时间短，介质温度上升的可能性也基本都可以排除。

从形貌看，鼓泡的严重程度并不是由简单的老化可以造成的，从橡胶层的切面看，橡胶层厚度较初始厚度有所增加，存在溶胀现象，因此怀疑系统中进入有机溶剂。

经向商务部门了解，电站使用的盐酸由本市一家小型化工厂提供，通过前往厂家调研，了解到该化工厂主要产品为氯化苄（C6H5CH2Cl），盐酸作为副产品出售。其生产工艺采用连续光氯化法，将干燥不含铁的甲苯加入到玻璃氯化瓶中，加热至110℃，使液体缓慢沸腾，按氯气和甲苯质量比1颐2.5的比例在日光灯照射下通入氯气，进行高温氯化反应产生氯化苄和氯化氢气体。其主要化学反应式为：C6H5CH3+Cl2寅C6H5CH2Cl+HCl。大部分甲苯会通过冷凝回到反应釜中，但如果冷凝效果不好，一定量的甲苯会同副产品氯化氢气体一并进入到吸收系统，如不进行二次除苯，少量甲苯会一直残留在盐酸中。因为盐酸生产工艺的问题中，难以避免盐酸中残留甲苯，且化工厂家未进行二次除苯，导致盐酸中含甲苯较高，对橡胶产生了溶胀作用，加速了橡胶老化鼓泡。

2 制定处理措施

为从根本上解决管道泄漏和堵塞问题，根据上述原因分析，电站主要从2个方面采取措施。

（1）消除盐酸中有机溶剂甲苯，重新寻找了盐酸供货商，新供货商生产的盐酸由氢气和氯气直接反应而成，完全避免了盐酸中有机溶剂的存在。

（2）对已经出现缺陷的管道实施更换，考虑到小口径衬胶管道，其橡胶层接头质量非常依赖施工人员的技能水平和仔细程度，而且无法100%通过电火花试验来确保质量，因此选择使用内外浸塑管道替代衬胶管道。浸塑管道也是一种复合管道，钢管仍采用20#钢，内外表面采用交联聚烯烃熔覆，其主要优点如下。

（1）耐酸碱性能优良。

（2）内外均有防腐层，降低了外部防腐的成本。

（3）加工工艺主要通过管道加热，塑料颗粒自动熔覆实现，其加工质量主要依赖于金属管道表面的处理和原材料的控制，因此小口径管道的产品质量更易控制。

（4）交联聚烯烃具有一定的耐油性，有效避免残留在系统中甲苯仍对管道产生影响。

3 处理结果

自衬胶管道和盐酸更换后，目前已连续使用5 a未出现管道泄漏或堵塞缺陷，同时在管道更换过程中，采用了表面涂覆氟塑料的特润氟螺栓，以及螺栓保护帽加防腐密封剂的组合，紧固件也获得很好的保护，也取得了不错的经济效益。

本次盐酸系统衬胶管道缺陷的分析和处理，从根本上解决了管道腐蚀泄漏和堵塞问题，使系统获得了长时间的稳定运行，保证了电站的制水需求。在设备维修过程中，除了关注设备自身，也需要关注设备之外的其他一些因素。虽然缺陷种类只有几个，但缺陷原因却复杂多样，本次缺陷分析和处理也为各电站盐酸系统相关问题提供了参考。