核电站用海水蝶阀失效分析和处理(2)

2013-06-26 黄高杨 江苏神通阀门股份有限公司

5、材料性能

5.1 金属材料海水蝶阀金属材料性能对比见表2。

表2 金属材料性能对比

核电站用海水蝶阀失效分析和处理

5.2、橡胶材料

  橡胶试样耐海水老化性能对比见表3。

表3 橡胶试样耐海水老化性能对比

核电站用海水蝶阀失效分析和处理

  注:试剂浓度为5%的氯化钠溶液,pH值为7。

5.3、涂层材料

  涂层材料进行附着力试验和腐蚀试验。

  (1)附着力试验

  检测涂层材料附着力试验的方法有拉伸试验、剪切试验和耐磨试验。

  拉伸试验用Φ40mm×50mm材质为Q235-A的试样12块,分成6组,分别给予编号1~6。对每件一个端面进行喷砂处理,其中1、3和5号3组Ra=12.5μm,2、4和6号3组Ra=75μm。

  将6组试样按要求涂刷涂料。1和2号试样涂刷陶瓷涂料B2层,厚度约0.5mm。3和4号试样涂刷陶瓷涂料A2层(灰、白),厚度约0.5mm。5和6号试样涂刷陶瓷涂料A6层(白、大颗粒、小颗粒、修补剂、白、灰),厚度约4mm。涂层固化后,对涂层的平均厚度进行测量,并在万能材料试验机上实施拉伸试验,试验数据见表4。

表4 拉伸试验数据

核电站用海水蝶阀失效分析和处理

  剪切试验用50mm×50mm×8mm材质为Q235-A的试样12块,分成6组,分别给予编号1~6。对每件一个端面进行喷砂处理,其中1、3和5号3组Ra=12.5μm,2、4和6号3组Ra=75μm。将6组试样按与拉伸试验要求相同的方法涂刷涂料。涂层固化后,对涂层的平均厚度进行测量,并在万能材料试验机上进行剪切试验,试验数据见表5。

表5 剪切试验数据

核电站用海水蝶阀失效分析和处理

  耐磨试验用100mm×100mm×8mm材质为Q235-A的试样12块,分成6组,分别给予编号1~6,进行喷砂处理、去除试块表面的铁锈、氧化皮,保证Ra=75μm以上。将6组试样按与拉伸试验要求相同的方法涂刷涂料。涂层固化后,对涂层厚度、涂刷件质量分别测定和称重,试验数据见表6。

表6 耐磨试验数据

核电站用海水蝶阀失效分析和处理

  在相同工艺条件下,采用Q3740吊钩式抛丸清理机对涂刷件1、3和5组试样进行喷砂处理,喷砂时间约5min。喷嘴离试样的距离、空气压力、砂型、喷嘴与试样的方向均一致,试验数据见表7。对涂刷件2、4和6组试样分别进行手工喷砂处理,至可见金属,并记录时间。试验数据见表8。

表7 机械喷砂耐磨试验数据

核电站用海水蝶阀失效分析和处理

表8 手工喷砂耐磨试验数据

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  (2)耐腐蚀试验

  准备100mm×100mm×10mm材质为Q235-A的试样12块,分成6组,分别给予编号1~6,进行喷砂处理,去除试块表面的铁锈和氧化皮,保证Ra=75μm以上。将6组试样按与拉伸试验要求相同的方法涂刷涂料。涂层固化后,对涂层厚度、涂刷件质量分别测定和称重。将试块放置在盐雾试验箱内,测试金属在模拟海水环境下的耐腐蚀能力。

  (3)分析

  通过对陶瓷涂料A和陶瓷涂料B2种涂料的涂层分别进行附着力试验和耐磨试验,对2种涂料的性能有了更多了解。

  ①表面越粗糙,其附着力越强,拉力也越大。反之,附着力弱,拉力相应地变弱。表面附着力与涂层厚度也有很大的关系,涂层越厚,其抗拉(剪)强度也越强。

  ②陶瓷涂料B的抗剪强度较陶瓷涂料A大,但在垂直方向的抗拉强度陶瓷材料A的性能较好。

  ③涂刷陶瓷涂料A6层的试样,粘结性比较好。

  ④陶瓷涂料A和陶瓷涂料B2种涂料硬度(金属硬度计测量)相近。涂层的硬度与涂层的厚度有关,一般涂层越厚硬度越高。

  ⑤分别对涂刷过陶瓷涂料A和陶瓷涂料B的试样进行喷砂处理,在相同施工方法的条件下,涂刷陶瓷涂料B2层的试样在2min后涂层脱落,露出金属表面。涂刷陶瓷涂料A2层的试样,在4min后涂层脱落,露出金属表面。涂刷陶瓷涂料A6层的试样在作喷砂处理45min后才渐渐露出金属表面。因此,陶瓷涂料A在耐磨性方面优于陶瓷涂料B。特别是涂层厚度越厚,其耐磨性越好。从阀门作衬胶处理和阀门刷涂陶瓷涂料A经济性分析,刷涂陶瓷涂料A涂层成本为衬胶处理的3倍左右。

6、实例分析

6.1 实例1

  某海域核电站2台对夹式蝶阀原是国外进口阀门,使用一个周期,阀门腐蚀严重。改为国内某企业的产品,蝶板为不锈钢,使用一个周期,阀杆和蝶板腐蚀非常严重。据分析,系统中海水的泥沙含量比较小,但工作温度较高,氯离子对金属材料的腐蚀能力增强。因此,氯离子腐蚀是主要原因。根据情况分析,阀体采用WCB,阀座采用三元乙丙胶,蝶板与阀杆采用SAF2507双相不锈钢。材料改进后的阀门使用两个周期至今完好。经了解,该系统核电站部分海水系统阀门的蝶板也选用了双相不锈钢。

6.2 实例2

  某海域核电站DN350和DN400海水衬胶蝶阀,其蝶板为铝青铜,使用一个周期后,蝶板冲刷严重,后采用阀门过流部分涂刷陶瓷涂料,效果较好。在另外一个同类系统阀门阀体采用不锈钢,过流部分包氯丁胶,效果较好。

7、结语

  双相不锈钢作零部件应严格按照通过验证的锻造工艺、铸造工艺和热处理工艺生产。采用涂刷陶瓷涂层,应严格按涂料施工工艺规程进行,并考虑各工序的间隔时间和施工温、湿度控制。如采用包胶方式应考虑生产工序和转角处工艺处理。

  某些地区海水氯离子含量较低,泥沙含量高,海水温度不高。对于≤DN300的海水蝶阀,建议阀体选用碳钢,阀座采用氯丁橡胶或三元乙丙胶,蝶板和阀杆均选用双相不锈钢,蝶板和阀杆采用无销连接,减少泄漏点。对于>DN300的海水蝶阀,建议采用过流部分和蝶板涂陶瓷涂料,阀杆和阀座采用双相不锈钢,密封圈采用特种氯丁橡胶或三元乙丙胶,安装在蝶板上,维修更换方便。

  某些地区海水氯离子含量较高,泥沙含量较低,海水温度较高。对于>DN1200的海水蝶阀,建议阀体和蝶板采用衬橡胶或涂陶瓷涂料,阀杆和阀座采用双相不锈钢,密封圈采用特种氯丁橡胶或三元乙丙胶,安装在蝶板上,维修更换方便。对于≤DN1200的海水蝶阀,建议阀体选用碳钢,阀座采用特种氯丁橡胶或三元乙丙胶,蝶板和阀杆均选用双相不锈钢,蝶板和阀杆采用无销连接,以减少泄漏点。