橡膠因其具有良好的耐酸堿腐蝕、耐油、耐熱性能，被廣泛用于核電廠海水環境及酸堿環境中重要管道和設備的襯里。管道和設備材料一般采用耐蝕性較低的碳鋼，橡膠是其唯一的防腐蝕屏障，其老化狀態直接影響設備結構的完整性。因此，為核電廠設備的襯膠制定老化管理策略具有重要意義。

1 襯膠老化的規律

在開展襯膠老化管理時，需充分了解襯膠壽命周期內的損傷規律，制定相匹配的老化評估策略。一般情況下，襯膠的損傷變化曲線符合“浴盆曲線”，如下圖所示。

襯膠在壽命周期內的損傷規律

設備服役前3年，在設計、產品選型、施工、保養、安裝修復等階段，襯膠潛在缺陷會集中表現出來。當接近襯膠壽命的末期時，缺陷數量快速增加，理化性能快速下降。根據運行經驗，襯膠壽命通常為15~30年，橡膠類型、環境工況、壽命周期內的管理水平等因素對其壽命也有一定的影響。在襯膠壽命的中間階段，其性能相對穩定。

2 襯膠設備的腐蝕情況分級

根據襯膠設備的重要性、設備服役環境的腐蝕性、冗余度及檢修難度等因素，對襯膠設備進行分級。不同等級的襯膠設備，在管理投入上存在較大的差異。

1級設備：

與強腐蝕性介質接觸或設備失效影響核安全的襯膠設備。典型設備包括：

水系統管道、過濾器

循環水過濾系統管道、過濾器

循環水處理系統鹽酸儲罐

凝結水凈化處理系統鹽酸儲罐

除鹽水生產系統鹽酸儲罐

2級設備：

與一般腐蝕性介質接觸或設備失效將影響發電的襯膠設備。典型設備包括：

凝結水抽取系統水室

循環水系統管道

輔助冷卻水系統管道、過濾器

凝汽器真空系統管道

常規島閉路冷卻水系統管道

3級設備：

與弱腐蝕性介質接觸或設備失效在可控范圍內的襯膠設備。典型設備包括：

凝結水凈化處理系統管道、非鹽酸儲罐

除鹽水生產系統管道、非鹽酸儲罐

3 老化檢查策略制定

01 老化檢查方法

老化檢查方法分為兩類，分別為老化缺陷檢查和老化狀態評估檢查。

老化缺陷檢查主要包括目視檢查、叩診檢查、厚度檢測、硬度檢測及電火花檢測等；

老化狀態評估檢查主要是對襯膠的老化狀態進行評估以及對襯膠剩余壽命進行預測，主要對粘合強度、拉伸強度、延伸率、干燥減重率等進行檢測。

根據襯膠的老化規律，在襯膠壽命的中間階段，老化檢查策略應以老化缺陷檢查為主、老化狀態評估檢查為輔；在壽命的末期，應以老化狀態評估檢查為主，避免出現襯膠整體失效，從而影響設備安全運行。

在老化缺陷檢查發現以下情況時，應開展老化狀態評估檢查：

01 橡膠表面存在嚴重變色、粉化或密集微小鼓泡。

02 在排除厚度因素干擾情況下，硬度檢測值比基準值高15A以上。

03 襯膠缺陷數量顯著增加。

04 其它預示襯膠可能存在整體老化的情況。

02 老化檢查周期

襯膠老化檢查周期應該是可以動態調整的，在確保設備可靠性的前提下可延長項目周期，以減少不必要的資源投入和避免設備過度維修。各級襯膠設備的檢查周期可進行適當調整，但在壽命初期必須開展零點檢測，獲取襯膠的基礎數據。推薦的老化檢查周期如下表所示：

核電廠襯膠設備的老化檢查周期

注：T代表年限，以商運作為起點，如T3為商運第3年。“△”代表必須執行，“○”代表選擇執行，“－”代表不執行。

4 老化狀態評估

應結合外觀缺陷的檢查情況和物理性能檢測結果對襯膠老化狀態進行綜合評估，根據外觀缺陷的嚴重程度以及物理性能的下降程度，從輕微到嚴重分為A、B、C三個等級。

外觀缺陷檢查直接影響襯膠的完整性等級，以鼓泡、破損、脫落等缺陷數量和缺陷遞增速度為衡量標準，如下表所示，外觀缺陷指破損或直徑超過5mm的鼓泡；表面積為15~50m2的容器應增加2倍系數；表面積大于50m2的容器應增加3倍系數。

襯膠外觀缺陷分級

物理性能檢測的優先級順序為厚度、黏合強度、抗拉強度、拉斷伸長率、質量變化率和硬度，以性能下降百分比或絕對值為衡量標準，如下表所示：

襯膠剩余厚度（有效厚度）分級

襯膠黏合強度分級

襯膠抗拉強度分級

襯膠斷后伸長率分級

襯膠硬度分級

襯膠質量變化率分級

通過上述指標對襯膠老化狀態進行評價，得出襯膠老化狀態評估分級和剩余壽命預測：

5 維修策略制定

國內核電廠襯膠設備的維修以缺陷處理為主，通常對橡膠缺肉、破損、裂紋等可能造成穿透的缺陷進行維修，避免介質與被襯設備直接接觸。維修方案的制定主要參考襯膠缺陷的類型、面積、深度、維修的可達性、金屬基體的腐蝕情況等，缺乏從老化角度評估襯膠的整體質量以及襯膠剩余壽命預測的方法。綜合考慮襯膠的多種性能參數，結合襯膠的單一性能變化與整體質量的關系，提出一套關于襯膠老化維修策略的制訂方法。

01 基本方法

當襯膠的老化評估等級為A級或B級時，老化維修策略以局部維修為主，根據缺陷的嚴重程度和面積，選擇膠泥或膠板進行修復。

當襯膠的老化評估等級為C級時，原則上應整體更換新襯膠。但是，整體更換襯膠的工程量較大、成本高，且維修工期緊，現場硫化效果較差。因此，在無法完全判斷是否需要整體更換襯膠的情況下，建議通過底層老化評估試驗進行驗證。

02 底層老化評估試驗

底層老化評估試驗是以母材側3mm厚的襯膠為試驗對象（見下圖），通過評估該處襯膠的整體老化狀態，為老化維修策略的制定提供深層次的判斷依據。

襯膠底層老化評估試驗

核電廠設備襯膠老化的誘發因素以介質溶脹、機械應力為主，由于橡膠材質的不均勻性，可能存在橡膠外側嚴重老化但內側性能良好的現象。按照HG/T 20677-2013《橡膠襯里化工設備設計規范》的要求，襯里總厚度不宜小于3mm。因此，若母材側3mm厚襯膠的評估結果仍然為C級，則必須整體更換襯膠。

結束語

核電廠襯膠設備一般服役于強腐蝕性環境中，襯膠老化失效造成的后果極為嚴重，輕則造成被襯設備的腐蝕，重則導致核電廠喪失最終熱阱，核島設備襯膠老化還可能引發放射性物質泄漏，造成污染。基于核電廠襯膠的老化機理，結合核電廠的管理經驗及管理模式，提出了一套切實可行的核電廠襯膠設備的老化管理體系，在襯膠的分級、老化檢查、檢查周期、老化評估、剩余壽命預測及老化維修策略等方面提出了相關管理方法，以襯膠設備不發生突發性的嚴重事故作為管理底線，注重管理方法的可用性及實用性。