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(biāo)不銹鋼截止閥標(biāo)準(zhǔn)，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(yàn)過程和試驗(yàn)結(jié)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(diào)查發(fā)現(xiàn)海水是一種含有許多鹽類的電解質(zhì)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(xué)腐蝕。海水中氯離子含量很大，增加了腐蝕速度，同時(shí)海流及砂粒對金屬構(gòu)件產(chǎn)生低頻往復(fù)應(yīng)力和沖擊。近年來，隨著海洋開發(fā)利用進(jìn)展的加快，沿海核電項(xiàng)目的大量建設(shè)以及海水淡化產(chǎn)業(yè)的推廣，耐海水蝶閥的應(yīng)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(jià)格昂貴。 B球罣鑄鐵，價(jià)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(nèi)脂等，）本實(shí)用新型公開了一種耐海水蝶閥，包括閥體，設(shè)置在所述閥體中的蝶板和帶動蝶板旋轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)螺釘和調(diào)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(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于采用zui普通的蝶閥結(jié)構(gòu)，不僅可以通過調(diào)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(jìn)一步使其與海水隔離，延長閥門的使用壽命，雙重防護(hù)使得耐海水腐蝕性能更好。不僅結(jié)構(gòu)簡單、加工周期短，涂刷及維護(hù)也非常方便，綜合成本低且性價(jià)比高，通用性強(qiáng)。 關(guān)鍵字：核電站 水蝶閥 材料 試驗(yàn) 1 概述 目前，國內(nèi)在建和已建的核電站海域水質(zhì)存在差異，所以在役運(yùn)行海水系統(tǒng)閥門的失效現(xiàn)象也不同。通過試驗(yàn)和研究，提出了技術(shù)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(shù)方案，按該方案制造的產(chǎn)品已投入試用，運(yùn)行情況良好。有一種替代方案： C閥體材料使用普通材質(zhì)，如鑄鐵，閥門表面及內(nèi)部接觸介質(zhì)部分使用特種涂料保護(hù)（進(jìn)口涂料，針對不同環(huán)境的防腐保護(hù)）一次特涂保護(hù)有效期5～10年（工況不同），只有A類方案幾分之一的費(fèi)用，基本達(dá)到其相同的使用效果與壽命，性價(jià)比優(yōu)異。
2 失效原因 根據(jù)海水蝶閥運(yùn)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(yīng)力效應(yīng)。 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?yàn)楹Ｋ疄閺?qiáng)電解質(zhì)，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(yīng)。 ⑥選擇性腐蝕 金屬的電位不同，腐蝕速率也不同。 ⑦點(diǎn)狀腐蝕 不銹鋼因氯離子產(chǎn)生點(diǎn)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(yàn) 3.1 材料選擇 選擇海水蝶閥零部件材料時(shí)，應(yīng)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(jì)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(yàn) 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(yàn)結(jié)果見表1。浸泡試驗(yàn)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(zhì)量變化 g 3.3 金屬材料腐蝕電位試驗(yàn) 電位試驗(yàn)的試樣材料為SAF2507、304、ZCu-Al10Fe5Ni5、0Cr17Ni4Cu4Nb、316L和ZCu-Al10Fe3Ⅱ，各2件。分析試驗(yàn)結(jié)果（圖1），在海水介質(zhì)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(shí)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(shí)，316尚可，雙相不銹鋼。在50℃以下時(shí)，雙相不銹鋼可用。在60℃以上時(shí)，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(nèi)部多層襯砌法（石墨板等）、非金屬作為設(shè)備主體法（金屬作為支撐機(jī)構(gòu)）和特種防腐處理法（電化學(xué)保護(hù)技術(shù)，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(nèi)目前采用zui多的防腐措施。如涂層出現(xiàn)破損，修補(bǔ)方便，費(fèi)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(bǔ)。 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(bǔ)。 ③陰極保護(hù)處理 以被保護(hù)的金屬構(gòu)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(dāng)金屬的電位負(fù)于某一電位值時(shí)，該金屬表面的電化學(xué)不均勻性得到消除，腐蝕的陰極溶解過程得到有效抑制，達(dá)到保護(hù)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(jìn)行附著力試驗(yàn)和腐蝕試驗(yàn)。 （1）附著力試驗(yàn) 檢測涂層材料附著力試驗(yàn)的方法有拉伸試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)和耐磨試驗(yàn)。 拉伸試驗(yàn)用Φ40mm×50mm材質(zhì)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(gè)端面進(jìn)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(bǔ)劑、白、灰），厚度約4mm。涂層固化后，對涂層的平均厚度進(jìn)行測量，并在材料試驗(yàn)機(jī)上實(shí)施拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。表4 拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù) 剪切試驗(yàn)用50mm×50mm×8mm材質(zhì)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(gè)端面進(jìn)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(yàn)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(jìn)行測量，并在材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。表5 剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù) 表6 耐磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)在相同工藝條件下，采用Q3740吊鉤式拋丸清理機(jī)對涂刷件1、3和5組試樣進(jìn)行噴砂處理，噴砂時(shí)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(yàn)數(shù)據(jù)見表7。對涂刷件2、4和6組試樣分別進(jìn)行手工噴砂處理，至可見金屬，并記錄時(shí)間。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表8。表7 機(jī)械噴砂耐磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)表8 手工噴砂耐磨試驗(yàn)數(shù)據(jù) （2）耐腐蝕試驗(yàn) 準(zhǔn)備100mm×100mm×10mm材質(zhì)為Q235－A的試樣12塊，分成6組，分別給予編號1～6，進(jìn)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(yàn)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(zhì)量分別測定和稱重。將試塊放置在鹽霧試驗(yàn)箱內(nèi)，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(jìn)行附著力試驗(yàn)和耐磨試驗(yàn)，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(qiáng)，拉力也越大。反之，附著力弱，拉力相應(yīng)地變?nèi)?。表面附著力與涂層厚度也有很大的關(guān)系，涂層越厚，其抗拉（剪）強(qiáng)度也越強(qiáng)。 ②陶瓷涂料B的抗剪強(qiáng)度較陶瓷涂料A大，但在垂直方向的抗拉強(qiáng)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(jié)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(jì)測量）相近。涂層的硬度與涂層的厚度有關(guān)，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(jìn)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(jì)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(shí)例分析 6.1 實(shí)例1 某海域核電站2臺對夾式蝶閥原是國外進(jìn)口閥門，使用一個(gè)周期，閥門腐蝕嚴(yán)重。改為國內(nèi)某企業(yè)的產(chǎn)品，蝶板為不銹鋼，使用一個(gè)周期，閥桿和蝶板腐蝕非常嚴(yán)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(qiáng)。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(jìn)后的閥門使用兩個(gè)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(shí)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(gè)周期后，蝶板沖刷嚴(yán)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(gè)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(jié)語 雙相不銹鋼作零部件應(yīng)嚴(yán)格按照通過驗(yàn)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(yīng)嚴(yán)格按涂料施工工藝規(guī)程進(jìn)行，并考慮各工序的間隔時(shí)間和施工溫、濕度控制。如采用包膠方式應(yīng)考慮生產(chǎn)工序和轉(zhuǎn)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(diǎn)。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(diǎn)。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥 |
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