CN114800966A - 核电站大型装备内衬橡胶材料整体硫化用工装及硫化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电站大型装备内衬橡胶材料整体硫化用工装及硫化方法，工装包括分瓣式钢板、支撑元件、端封盖板Ⅰ和端封盖板Ⅱ。方法包括：步骤一、喷砂和表面处理；步骤二、清洗喷砂面；步骤三、涂覆胶粘剂；步骤四、铺设衬里半成品；步骤五、装入分瓣式钢板和端封盖板Ⅰ；步骤六、安装支撑元件；步骤七、安装端封盖板Ⅱ；步骤八、将装备转入烘房，将烘房高温空气管与管体的内腔连通；步骤九、将装备在170℃处理；步骤十、拆卸支撑元件；步骤十一、修剪胶边，完成橡胶衬里与装备内壁的整体复合。采用本发明方法得到的衬胶装备满足核电站全寿期60年的寿命要求，能够大幅降低核电站维修成本，减少装备更换所带来的风险。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及核电站大型装备内衬橡胶材料整体硫化用工装及硫化方法。
背景技术
核电站核岛设备冷源装备(SEC)共有4列管道，单列总长约150m，最大内径为1208mm，最小内径为82.8mm，管道通过法兰连接。装备内运行介质为海水，海水对碳钢材料有很强的腐蚀性，因此需要采用防腐材料来进行防护，以避免碳钢装备内壁直接接触海水。目前，碳钢装备大都采用橡胶作为防腐内衬材料。
目前将橡胶与碳钢装备复合主要采用预硫化衬胶冷粘法或自然室温硫化衬胶法，预硫化衬胶冷粘法粘合强度低，自然室温硫化衬胶法无法保证衬胶层与装备内壁的粘合强度及物理性能，稳定性较差，受到海水装备环境的影响时橡胶易脱层，海水与碳钢装备接触造成碳钢装备局部的损伤和缺陷，严重会造成装备局部穿孔等现象，造成碳钢装备服役时间短。
核电站设计服役寿期一般为60年，目前，海水管道衬胶技术中，衬里通常选择容易粘合的极性橡胶氯丁橡胶，氯丁橡胶不耐海水，在定期修补处理条件下服役寿命最大为20年，如要满足核电站60年全寿期的需要，氯丁橡胶衬里的海水管道至少更换2次。大型管道的每次维修或更换安全风险大、周期长、费用昂贵(每次数亿元)。此外，氯丁橡胶衬里的海水管道如出现局部穿孔，就会导致非计划停堆，所造成的经济损失数以亿计。提供一种可以一劳永逸解决上述问题，保证核电站核设备冷源(SEC)系统安全运行，满足核电站全寿期60年的寿命要求的衬胶工艺与技术刻不容缓。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供核电站大型装备内衬橡胶材料的整体硫化方法。本发明通过处理所述装备表面、涂刷胶粘剂、铺设长寿命衬里半成品、安装分瓣式钢板和支撑元件以及整体加热，来完成内衬橡胶与碳钢管道热硫化复合，得到的衬胶装备满足核电站全寿期60年的寿命要求，能够大幅降低核电站维修成本，减少装备更换所带来的风险。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种核电站大型装备内衬橡胶材料整体硫化用工装，所述装备包括待衬胶内腔，其特征在于，所述工装包括：分瓣式钢板、支撑元件和可分别安装于待衬胶内腔两端的端封盖板Ⅰ和端封盖板Ⅱ，所述分瓣式钢板与衬胶后内腔匹配，所述分瓣式钢板上开设有凹槽，所述支撑元件包括支撑中轴、支撑杆组和插销杆。
上述的一种核电站大型装备内衬橡胶材料整体硫化用工装，其特征在于，所述支撑杆组的数量为多个，每个所述支撑杆组均包括杆件和环件，所述杆件的数量为多根，各所述杆件的一端枢设于环件上。
此外，本发明还提供一种采用上述核电站大型装备内衬橡胶材料整体硫化用工装对核电站大型装备进行内衬橡胶材料整体硫化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、对所述装备进行喷砂和表面处理，得到喷砂面；
步骤二、清洗喷砂面；
步骤三、在清洗后喷砂面上涂覆胶粘剂，形成胶粘剂区域；
步骤四、在所述装备内侧的胶粘剂区域铺设衬里半成品，形成内侧衬里区域；
步骤五、将分瓣式钢板装入所述内侧衬里区域，使所述分瓣式钢板覆盖内侧衬里区域，将端封盖板Ⅰ安装于所述装备上；
步骤六、安装支撑元件，包括：将支撑中轴装入待衬胶内腔，将支撑中轴靠近端封盖板Ⅰ的一端固定于端封盖板Ⅰ上，按照从靠近端封盖板Ⅰ一端向远离端封盖板Ⅰ的一端，将支撑杆组依次安装于支撑中轴上，安装支撑杆组的方法具体包括：将环件套设于支撑中轴上，将插销杆插入支撑中轴中使环件抵靠插销杆，将杆件远离环件的一端卡合至分瓣式钢板的卡槽中，形成伞骨状支撑；
步骤七、安装端封盖板Ⅱ，将支撑中轴靠近端封盖板Ⅱ的一端固定于端封盖板Ⅱ上；
步骤八、将所述装备转入烘房，将烘房高温空气管与所述装备内腔连通；
步骤九、将所述装备在170℃温度条件下保持45min～90min；
步骤十、停止加热，打开烘房门，待烘房温度降至≤50℃，将所述装备运出，依次拆卸端封盖板Ⅱ、插销杆、杆件、支撑中轴、端封盖板Ⅰ和分瓣式钢板；
步骤十一、修剪胶边，完成橡胶衬里与装备内壁的整体复合。
上述的核电站大型装备内衬橡胶材料的整体硫化方法，其特征在于，步骤三所述胶粘剂包括底涂胶粘剂、面涂胶粘剂和胶液。
上述的核电站大型装备内衬橡胶材料的整体硫化方法，其特征在于，步骤四铺设所述衬里半成品的方法具体包括：将橡胶混炼胶热炼，出片，得到衬里半成品，将所述衬里半成品拼接铺设在所述装备内侧胶粘剂区域，辊压以除去衬里半成品与胶粘剂区域间空气，形成初粘状态。
上述的核电站大型装备内衬橡胶材料的整体硫化方法，其特征在于，所述衬里半成品的厚度为3mm～5mm。
上述的核电站大型装备内衬橡胶材料的整体硫化方法，其特征在于，所述橡胶混炼胶原料包括：三元乙丙橡胶100份，氧化锌5份，N220炭黑30份，防老剂4010NA 2.5份，防老剂BLE 2份，防老剂AW 1.5份，DCP 3.5份，TAIC 0.5份，古马隆树脂12份，三聚氰胺树脂5份。
上述的核电站大型装备内衬橡胶材料的整体硫化方法，其特征在于，步骤六中所述伞骨状支撑中，杆件与分瓣式钢板间夹角为75°。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的方法中，利用与分瓣式钢板配合的支撑元件所形成的伞骨状支撑提供橡胶硫化所需的压力，利用烘房加热方式进行硫化，高温硫化使得长寿命橡胶衬里、胶粘剂呈和大型碳钢管道的内壁硫化复合，衬里与管道的高粘合性，进一步保证衬里在60年长期服役中不脱落，实现衬里对管道的长期保护。
2、本发明的方法中，选择三元乙丙橡胶(EPDM)为原料，充分利用三元乙丙橡胶的耐水性能和非极性，可有效阻隔海水(极性分子物质)，避免碳钢管道因接触海水造成管道腐蚀以及穿孔，减少非计划停堆的风险，避免数亿元的经济损失。
3、本发明制造的大型管道寿期超过60年，满足核电站全寿期的需求，一劳永逸，避免维修和更换的风险和成本。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为待安装内衬橡胶材料的装备结构示意图。
图2为端封盖板Ⅰ的结构示意图。
图3为装备内侧胶粘剂区域位置示意图。
图4为内侧衬里区域位置示意图。
图5为支撑元件与装备位置关系示意图。
图6为图5的局部放大图。
图7为每组支撑杆形成的伞骨状支撑形状示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种核电站大型装备内衬橡胶材料的整体硫化方法，包括利用核电站大型装备内衬橡胶材料整体硫化用工装对所述装备进行内衬橡胶材料整体硫化，所述装备包括待衬胶内腔，所述工装包括：分瓣式钢板7、支撑元件和可分别安装于所述装备的待衬胶内腔两端的端封盖板Ⅰ3和端封盖板Ⅱ4，所述分瓣式钢板7与衬胶后内腔匹配，所述分瓣式钢板7上开设有凹槽71；所述支撑元件包括支撑中轴81、支撑杆组和插销杆84。衬胶厚度依据本领域技术规定确定，分瓣式钢板7与待衬胶内腔衬胶完成后的形状和结构匹配；
本实施例的核电站大型装备内衬橡胶材料的整体硫化方法中，所述支撑杆组的数量为多个，每个所述支撑杆组均包括杆件82和环件83，所述杆件82的数量为多根，各所述杆件82的一端枢设于环件83上。多根所述杆件82可以杆件82为中心，呈圆周辐射状展开；
所述端封盖板Ⅰ3和端封盖板Ⅱ4分别可拆卸安装于所述待衬胶内腔的两端；本实施例中所述装备包括连通的直管管段1和弯头管段2，如图 1所示，连通的直管管段1和弯头管段2内形成所述待衬胶内腔，所述端封盖板Ⅰ3可拆卸安装于弯头管段2且远离直管管段1的端部，所述端封盖板Ⅱ4可拆卸安装于直管管段1且远离弯头管段2的端部；
所述端封盖板Ⅰ3包括端封盖板本体，所述端封盖板本体中心处设置有凹台31，所述凹台31中心处设置有可供固定支撑中轴81的固定螺栓 32，所述端封盖板本体上开设有多个端封螺栓孔33，多个所述端封螺栓孔 33沿固定螺栓32周向均匀围设，所述固定螺栓32和端封螺栓孔之间的区域开设有通孔34，所述通孔34的数量为多个；所述端封盖板Ⅰ3的结构示意如图2所示；
所述端封盖板Ⅱ4与端封盖板Ⅰ3结构基本相同；所述装备可以为本实施例所展示的一种，或者，端封盖板Ⅱ4与端封盖板Ⅰ3形状和尺寸也可随与之分别匹配的装备待衬胶内腔形状和尺寸变化，比如不等径内腔；
优选的，直管管段1和弯头管段2均为截面圆形的管状结构，与之匹配的端封盖板Ⅱ4与端封盖板Ⅰ3形状和结构基本一致，尺寸随直管管段1 和弯头管段2直径不同而不同，可保证端封盖板Ⅱ4与端封盖板Ⅰ3中心处相对固定，利于后续支撑以及提供均匀硫化压力。
所述方法包括以下步骤：
步骤一、对所述装备进行喷砂和表面处理，得到喷砂面；所述喷砂包括对所述装备内侧和端面进行喷砂处理；所述表面处理包括去除碳钢表面氧化层和生锈层；
步骤二、清洗喷砂面；采用汽油对喷砂和表面处理后表面进行清理，目的为去除粉尘和油污；
步骤三、在清洗后喷砂面上涂覆胶粘剂，形成胶粘剂区域5；所述胶粘剂区域5与所述装备位置示意如图3所示；涂覆胶粘剂的方法具体包括：先在所述清洗后喷砂面上刷涂底涂胶粘剂，刷涂次数为2次，待溶剂挥发干后刷涂面涂胶粘剂，刷涂次数为2次，涂胶液，晾干；
所述底涂胶粘剂为开姆洛克607，面涂胶粘剂为开姆洛克238，胶液为衬里用橡胶混炼胶和溶剂苯配制而成；
步骤四、在所述装备内侧的胶粘剂区域5铺设衬里半成品，形成内侧衬里区域6；所述内侧衬里区域6位置示意如图4所示；铺设所述衬里半成品的方法具体包括：将衬里用橡胶混炼胶热炼，按照预设出片厚度出片，得到衬里半成品，将所述衬里半成品拼接铺设在所述装备内侧胶粘剂区域 5，辊压以除去衬里半成品与胶粘剂区域5间空气，形成初粘状态；所述衬里半成品的厚度为3mm～5mm；
衬里用橡胶混炼胶原料包括：三元乙丙橡胶100份，氧化锌5份，超耐磨炭黑N220炭黑30份，防老剂4010NA 2.5份，防老剂BLE 2份，防老剂AW 1.5份，DCP 3.5份，TAIC 0.5份，古马隆树脂12份，三聚氰胺树脂5份；
所述三元乙丙橡胶为乙烯、丙烯和双环戊二烯DCPD的共聚物，乙烯含量为50％，丙烯含量为44％，DCPD含量为6％；
步骤五、将分瓣式钢板7装入所述内侧衬里区域6，使所述分瓣式钢板7覆盖内侧衬里区域6，将所述端封盖板Ⅰ3与弯头管段2连接固定；可通过法兰和螺栓进行连接固定；-
步骤六、安装支撑元件，包括：将支撑中轴81装入待衬胶内腔，将支撑中轴81靠近端封盖板Ⅰ3的一端固定于端封盖板Ⅰ3上，支撑中轴81 另一端可通过托架保持抬平，使支撑中轴81保持与待衬胶内腔中轴线重合；按照从靠近端封盖板Ⅰ3一端向远离端封盖板Ⅰ3的一端，将支撑杆组依次安装于支撑中轴81上，安装支撑杆组的方法具体包括：将环件83 套设于支撑中轴81上，将插销杆84插入支撑中轴81中使环件83抵靠插销杆84，将杆件82远离环件83的一端卡合至分瓣式钢板7的卡槽71中，形成伞骨状支撑；支撑杆组形成的伞骨状支撑给内侧衬里区域6施压，在后续处理中赋予衬里均匀的物理作用力，作为衬里硫化压力；所述支撑中轴81上设置有可供装入插销杆84的插销杆孔，所述插销杆孔的数量为多个，多个所述插销杆孔沿支撑中轴81轴线均匀间隔设置，可利用机械手臂将插销杆84装入插销杆孔中；
所述伞骨状支撑中，杆件82与分瓣式钢板7形成75°夹角；既实现加压，又利于元件拆装；
步骤七、安装端封盖板Ⅱ4，将支撑中轴81靠近端封盖板Ⅱ4的一端固定于端封盖板Ⅱ4上；撤去托架，通过螺母将端封盖板Ⅱ4与直管管段1 固定；支撑元件与装备位置关系如图5所示，伞骨状支撑结构示意图如图 6和7所示；
步骤八、将所述装备转入烘房，将烘房高温空气管与所述装备内腔连通；将端封盖板Ⅰ3上开设的通孔34或端封盖板Ⅱ4上开设通孔的与烘房高温空气管相连，使热量在装备内外侧同时加载，提高硫化效率；
步骤九、将所述装备在170℃温度条件下保持45min～90min；当衬里半成品厚度为3mm，热烘时间为45min，当所述衬里半成品厚度为5mm，热烘时间为90min；
步骤十、停止加热，打开烘房门，待烘房温度降至≤50℃，将所述装备运出，依次拆卸端封盖板Ⅱ4、插销杆84、杆件82、支撑中轴81、端封盖板Ⅰ3和分瓣式钢板7；
步骤十一、修剪胶边，完成衬胶，完成橡胶衬里与装备内壁整体复合。
性能评价：
在按照实施例的方法完成内衬橡胶组装后得到衬胶装备上取样并磨制成标准试样，与对应衬里用所述橡胶混炼胶原料的标准试样同时检测，检测方法所依照的标准和检测结果如表1和表2所示。
表1性能检测的方法及所依照的标准
| 序号 | 检测项目 | 执行标准 |
| 1 | 拉伸强度 | GB/T 528-2009 |
| 2 | 拉断伸长率 | GB/T 528-2009 |
| 3 | 硬度 | GB/T 531.1-2008 |
| 4 | 粘合强度 | GB/T 7760-2003 |
表2核电站衬胶装备用耐老化橡胶材料的检测结果
根据表2可知，采用本发明方法完成的衬胶装备，其衬胶性能满足核电站大型装备衬胶的技术要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种核电站大型装备内衬橡胶材料整体硫化用工装，所述装备包括待衬胶内腔，其特征在于，所述工装包括：分瓣式钢板(7)、支撑元件和可分别安装于待衬胶内腔两端的端封盖板Ⅰ(3)和端封盖板Ⅱ(4)，所述分瓣式钢板(7)与衬胶后内腔匹配，所述分瓣式钢板(7)上开设有凹槽(71)，所述支撑元件包括支撑中轴(81)、支撑杆组和插销杆(84)。
2.根据权利要求1所述的一种核电站大型装备内衬橡胶材料整体硫化用工装，其特征在于，所述支撑杆组的数量为多个，每个所述支撑杆组均包括杆件(82)和环件(83)，所述杆件(82)的数量为多根，各所述杆件(82)的一端枢设于环件(83)上。
3.一种采用如权利要求1所述核电站大型装备内衬橡胶材料整体硫化用工装对核电站大型装备进行内衬橡胶材料整体硫化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、对所述装备进行喷砂和表面处理，得到喷砂面；
步骤二、清洗喷砂面；
步骤三、在清洗后喷砂面上涂覆胶粘剂，形成胶粘剂区域(5)；
步骤四、在所述装备内侧的胶粘剂区域(5)铺设衬里半成品，形成内侧衬里区域(6)；
步骤五、将分瓣式钢板(7)装入所述内侧衬里区域(6)，使所述分瓣式钢板(7)覆盖内侧衬里区域(6)，将端封盖板Ⅰ(3)安装于所述装备上；
步骤六、安装支撑元件，包括：将支撑中轴(81)装入待衬胶内腔，将支撑中轴(81)靠近端封盖板Ⅰ(3)的一端固定于端封盖板Ⅰ(3)上，按照从靠近端封盖板Ⅰ(3)一端向远离端封盖板Ⅰ(3)的一端，将支撑杆组依次安装于支撑中轴(81)上，安装支撑杆组的方法具体包括：将环件(83)套设于支撑中轴(81)上，将插销杆(84)插入支撑中轴(81)中使环件(83)抵靠插销杆(84)，将杆件(82)远离环件(83)的一端卡合至分瓣式钢板(7)的卡槽(71)中，形成伞骨状支撑；
步骤七、安装端封盖板Ⅱ(4)，将支撑中轴(81)靠近端封盖板Ⅱ(4)的一端固定于端封盖板Ⅱ(4)上；
步骤八、将所述装备转入烘房，将烘房高温空气管与所述装备内腔连通；
步骤九、将所述装备在170℃温度条件下保持45min～90min；
步骤十、停止加热，打开烘房门，待烘房温度降至≤50℃，将所述装备运出，依次拆卸端封盖板Ⅱ(4)、插销杆(84)、杆件(82)、支撑中轴(81)、端封盖板Ⅰ(3)和分瓣式钢板(7)；
步骤十一、修剪胶边，完成橡胶衬里与装备内壁的整体复合。
4.根据权利要求3所述的核电站大型装备内衬橡胶材料的整体硫化方法，其特征在于，步骤三所述胶粘剂包括底涂胶粘剂、面涂胶粘剂和胶液。
5.根据权利要求3所述的核电站大型装备内衬橡胶材料的整体硫化方法，其特征在于，步骤四铺设所述衬里半成品的方法具体包括：将橡胶混炼胶热炼，出片，得到衬里半成品，将所述衬里半成品拼接铺设在所述装备内侧胶粘剂区域(5)，辊压以除去衬里半成品与胶粘剂区域(5)间空气，形成初粘状态。
6.根据权利要求5所述的核电站大型装备内衬橡胶材料的整体硫化方法，其特征在于，所述衬里半成品的厚度为3mm～5mm。
7.根据权利要求5所述的核电站大型装备内衬橡胶材料的整体硫化方法，其特征在于，所述橡胶混炼胶原料包括：三元乙丙橡胶100份，氧化锌5份，N220炭黑30份，防老剂4010NA2.5份，防老剂BLE 2份，防老剂AW 1.5份，DCP 3.5份，TAIC 0.5份，古马隆树脂12份，三聚氰胺树脂5份。
8.根据权利要求1所述的核电站大型装备内衬橡胶材料的整体硫化方法，其特征在于，步骤六中所述伞骨状支撑中，杆件(82)与分瓣式钢板(7)间夹角为75°。
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