上海申弘阀门有限公司
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核电站用海水蝶阀处理 |
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| 详细介绍 | ||||||||||||||||
之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍核电站用海水蝶阀处理 核电站用海水蝶阀失效分析和处理 核电站用海水蝶阀处理 核电站用海水蝶阀处理 核电站海水蝶阀处理 海水蝶阀处理 海水蝶阀 海水腐蚀蝶阀 摘 要：分析了核电站用海水蝶阀在不同工况中失效的原因。介绍了阀门零部件材料性能的试验过程和试验结果并给出了材料选用和防腐的原则和方法。 耐海水蝶阀厂家调查发现海水是一种含有许多盐类的电解质溶液，并溶有一定量的氧气，大部分金属材料在海水中都存在电化学腐蚀。海水中氯离子含量很大，增加了腐蚀速度，同时海流及砂粒对金属构件产生低频往复应力和冲击。近年来，随着海洋开发利用进展的加快，沿海核电项目的大量建设以及海水淡化产业的推广，耐海水蝶阀的应用已越来越广泛。为此我公司专门开发出能适用于海洋工业、核电海水冷却等产业的耐海水蝶阀。海水中防腐（阀门材料选用：A青铜，双相不锈钢，防腐效果优良，价格昂贵。 B球罣铸铁，价格便宜效果不如以上两种。 密封面材料：耐磨丁晴橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、聚内脂等，）本实用新型公开了一种耐海水蝶阀，包括阀体，设置在所述阀体中的蝶板和带动蝶板旋转的阀轴，所述阀轴通过销轴与所述蝶板连为一体；在所述阀体上通过调节螺钉和调节压盖固定有阀体密封圈，所述蝶板上焊接有蝶板密封圈，在所述阀体和蝶板外表面涂刷有耐腐蚀涂层。本实用新型的优点在于采用zui普通的蝶阀结构，不仅可以通过调整阀体、蝶板等零部件的材料来提高阀门的耐腐蚀性，还可以在阀体和蝶板的表面涂刷耐海水腐蚀的涂层来进一步使其与海水隔离，延长阀门的使用寿命，双重防护使得耐海水腐蚀性能更好。不仅结构简单、加工周期短，涂刷及维护也非常方便，综合成本低且性价比高，通用性强。 关键字：核电站 水蝶阀 材料 试验 1 概述 目前，国内在建和已建的核电站海域水质存在差异，所以在役运行海水系统阀门的失效现象也不同。通过试验和研究，提出了技术上安全可靠，工艺比较成熟，能有效解决海水蝶阀失效的技术方案，按该方案制造的产品已投入试用，运行情况良好。有一种替代方案： C阀体材料使用普通材质，如铸铁，阀门表面及内部接触介质部分使用特种涂料保护（进口涂料，针对不同环境的防腐保护）一次特涂保护有效期5～10年（工况不同），只有A类方案几分之一的费用，基本达到其相同的使用效果与寿命，性价比优异。
2 失效原因 根据海水蝶阀运行状况分析，腐蚀是引起其失效的主要原因之一。 ①冲刷腐蚀 冲刷在金属表面产生切应力效应。 ②防腐层脱落腐蚀 防腐涂层或衬里脱落失去防腐作用。 ③均匀腐蚀 海水中氧含量丰富且含有次氯酸钠，金属钝化膜不易形成，主要发生吸氧腐蚀，表现形式为腐蚀速度明显加快。 ④电偶腐蚀 因为海水为强电解质，加快了低电位金属的腐蚀。 ⑤闭塞电池腐蚀 由于循环水系统的部分系统处于备用状态，这些区域的海水不流动，易形成自催化的闭塞腐蚀效应。 ⑥选择性腐蚀 金属的电位不同，腐蚀速率也不同。 ⑦点状腐蚀 不锈钢因氯离子产生点蚀穿孔。 ⑧微生物腐蚀 海水中微生物附着在阀门上对材料腐蚀产生影响。
3 材料试验 3.1 材料选择 选择海水蝶阀零部件材料时，应根据工况条件从多方面考虑。①耐腐蚀性能。②耐磨、耐冲刷能力。③经济性。④加工工艺。⑤海水中的氧含量、氯离子浓度、流速、海水的污染情况及海洋微生物对材料腐蚀性。⑥海水温度。 3.2 浸泡试验 14种材料在海域一SEC系统海水和海域二SEC系统海水中浸泡30d的试验结果见表1。浸泡试验前，测得海域一SEC系统海水的pH值为6～7、氯化物含量为4.10×103mg/L、硫酸盐含量为568mg/L，测得海域二SEC系统海水的pH值≈6、氯化物含量为1.82×104mg/L、硫酸盐含量为2.52×103mg/L。表1 14种材料在海水中浸泡30d后的质量变化 g 3.3 金属材料腐蚀电位试验 电位试验的试样材料为SAF2507、304、ZCu-Al10Fe5Ni5、0Cr17Ni4Cu4Nb、316L和ZCu-Al10Fe3Ⅱ，各2件。分析试验结果（图1），在海水介质条件下，6种金属材料中腐蚀电位zui高的是SAF2507，zui低的是304，zui大电位差约为210mV。随着测试时间的延长，腐蚀电位zui稳定的是SAF2507、ZCuAl10Fe5Ni5和ZCuAl10Fe3Ⅱ，zui不稳定的是304，0Cr17Ni4Cu4Nb和316L腐蚀电位的稳定性相对居中。所以海水阀门选用SAF2507、ZCuAl10Fe5Ni5和ZCuAl10Fe3Ⅱ制造，这3种材料腐蚀电位稳定，电位差只有60mV。发生电偶腐蚀的可能性比较小。在30℃以下时，316尚可，双相不锈钢。在50℃以下时，双相不锈钢可用。在60℃以上时，宜用镍基合金或钛合金。1．SAF25072．0Cr17Ni4Cu4Nb3．ZCuAl10Fe5Ni54．ZCuAl10Fe3Ⅱ5．316L6．304图1 6金属材料在海水中耐温性能比较
4 材料防腐蚀 材料防腐蚀的方法很多，如涂层法（包括各种涂料、金属和塑料喷涂）、薄板衬里法（包括各种耐蚀金属及各种非金属衬里）、内部多层衬砌法（石墨板等）、非金属作为设备主体法（金属作为支撑机构）和特种防腐处理法（电化学保护技术，牺牲阳极，外加电流，加缓蚀剂）等。 在阀门行业，常用的防腐措施有3种。 ①阀体涂层处理 涂层用途广泛，是国内目前采用zui多的防腐措施。如涂层出现破损，修补方便，费用少。但是，涂层在流速较高的工况，局部损伤较快，需要定期修补。 ②阀门衬胶处理 衬胶为阀门行业常用的防腐方法。在氯丁橡胶和三元乙丙胶中添加特种材料，适用于海水工况，不长海生物。衬胶适用于海水中泥沙含量比较少的工况。但是，橡胶易老化，一般使用寿命为5～10年，如果橡胶层大面积脱落，很容易对基体产生腐蚀，且衬胶不容易修补。 ③阴极保护处理 以被保护的金属构件作为阴极，对其施加一定的直流电流，使其产生阴极极化。当金属的电位负于某一电位值时，该金属表面的电化学不均匀性得到消除，腐蚀的阴极溶解过程得到有效抑制，达到保护的目的。
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 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 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 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 表6 耐磨试验数据在相同工艺条件下，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表8 手工喷砂耐磨试验数据 （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。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀 |
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