橡胶因其具有良好的耐酸碱腐蚀、耐油、耐热性能，被广泛用于核电厂海水环境及酸碱环境中重要管道和设备的衬里。管道和设备材料一般采用耐蚀性较低的碳钢，橡胶是其唯一的防腐蚀屏障，其老化状态直接影响设备结构的完整性。因此，为核电厂设备的衬胶制定老化管理策略具有重要意义。

1 衬胶老化的规律

在开展衬胶老化管理时，需充分了解衬胶寿命周期内的损伤规律，制定相匹配的老化评估策略。一般情况下，衬胶的损伤变化曲线符合“浴盆曲线”，如下图所示。

衬胶在寿命周期内的损伤规律

设备服役前3年，在设计、产品选型、施工、保养、安装修复等阶段，衬胶潜在缺陷会集中表现出来。当接近衬胶寿命的末期时，缺陷数量快速增加，理化性能快速下降。根据运行经验，衬胶寿命通常为15~30年，橡胶类型、环境工况、寿命周期内的管理水平等因素对其寿命也有一定的影响。在衬胶寿命的中间阶段，其性能相对稳定。

2 衬胶设备的腐蚀情况分级

根据衬胶设备的重要性、设备服役环境的腐蚀性、冗余度及检修难度等因素，对衬胶设备进行分级。不同等级的衬胶设备，在管理投入上存在较大的差异。

1级设备：

与强腐蚀性介质接触或设备失效影响核安全的衬胶设备。典型设备包括：

水系统管道、过滤器

循环水过滤系统管道、过滤器

循环水处理系统盐酸储罐

凝结水净化处理系统盐酸储罐

除盐水生产系统盐酸储罐

2级设备：

与一般腐蚀性介质接触或设备失效将影响发电的衬胶设备。典型设备包括：

凝结水抽取系统水室

循环水系统管道

辅助冷却水系统管道、过滤器

凝汽器真空系统管道

常规岛闭路冷却水系统管道

3级设备：

与弱腐蚀性介质接触或设备失效在可控范围内的衬胶设备。典型设备包括：

凝结水净化处理系统管道、非盐酸储罐

除盐水生产系统管道、非盐酸储罐

3 老化检查策略制定

01 老化检查方法

老化检查方法分为两类，分别为老化缺陷检查和老化状态评估检查。

老化缺陷检查主要包括目视检查、叩诊检查、厚度检测、硬度检测及电火花检测等；

老化状态评估检查主要是对衬胶的老化状态进行评估以及对衬胶剩余寿命进行预测，主要对粘合强度、拉伸强度、延伸率、干燥减重率等进行检测。

根据衬胶的老化规律，在衬胶寿命的中间阶段，老化检查策略应以老化缺陷检查为主、老化状态评估检查为辅；在寿命的末期，应以老化状态评估检查为主，避免出现衬胶整体失效，从而影响设备安全运行。

在老化缺陷检查发现以下情况时，应开展老化状态评估检查：

01 橡胶表面存在严重变色、粉化或密集微小鼓泡。

02 在排除厚度因素干扰情况下，硬度检测值比基准值高15A以上。

03 衬胶缺陷数量显著增加。

04 其它预示衬胶可能存在整体老化的情况。

02 老化检查周期

衬胶老化检查周期应该是可以动态调整的，在确保设备可靠性的前提下可延长项目周期，以减少不必要的资源投入和避免设备过度维修。各级衬胶设备的检查周期可进行适当调整，但在寿命初期必须开展零点检测，获取衬胶的基础数据。推荐的老化检查周期如下表所示：

核电厂衬胶设备的老化检查周期

注：T代表年限，以商运作为起点，如T3为商运第3年。“△”代表必须执行，“○”代表选择执行，“－”代表不执行。

4 老化状态评估

应结合外观缺陷的检查情况和物理性能检测结果对衬胶老化状态进行综合评估，根据外观缺陷的严重程度以及物理性能的下降程度，从轻微到严重分为A、B、C三个等级。

外观缺陷检查直接影响衬胶的完整性等级，以鼓泡、破损、脱落等缺陷数量和缺陷递增速度为衡量标准，如下表所示，外观缺陷指破损或直径超过5mm的鼓泡；表面积为15~50m2的容器应增加2倍系数；表面积大于50m2的容器应增加3倍系数。

衬胶外观缺陷分级

物理性能检测的优先级顺序为厚度、黏合强度、抗拉强度、拉断伸长率、质量变化率和硬度，以性能下降百分比或绝对值为衡量标准，如下表所示：

衬胶剩余厚度（有效厚度）分级

衬胶黏合强度分级

衬胶抗拉强度分级

衬胶断后伸长率分级

衬胶硬度分级

衬胶质量变化率分级

通过上述指标对衬胶老化状态进行评价，得出衬胶老化状态评估分级和剩余寿命预测：

5 维修策略制定

国内核电厂衬胶设备的维修以缺陷处理为主，通常对橡胶缺肉、破损、裂纹等可能造成穿透的缺陷进行维修，避免介质与被衬设备直接接触。维修方案的制定主要参考衬胶缺陷的类型、面积、深度、维修的可达性、金属基体的腐蚀情况等，缺乏从老化角度评估衬胶的整体质量以及衬胶剩余寿命预测的方法。综合考虑衬胶的多种性能参数，结合衬胶的单一性能变化与整体质量的关系，提出一套关于衬胶老化维修策略的制订方法。

01 基本方法

当衬胶的老化评估等级为A级或B级时，老化维修策略以局部维修为主，根据缺陷的严重程度和面积，选择胶泥或胶板进行修复。

当衬胶的老化评估等级为C级时，原则上应整体更换新衬胶。但是，整体更换衬胶的工程量较大、成本高，且维修工期紧，现场硫化效果较差。因此，在无法完全判断是否需要整体更换衬胶的情况下，建议通过底层老化评估试验进行验证。

02 底层老化评估试验

底层老化评估试验是以母材侧3mm厚的衬胶为试验对象（见下图），通过评估该处衬胶的整体老化状态，为老化维修策略的制定提供深层次的判断依据。

衬胶底层老化评估试验

核电厂设备衬胶老化的诱发因素以介质溶胀、机械应力为主，由于橡胶材质的不均匀性，可能存在橡胶外侧严重老化但内侧性能良好的现象。按照HG/T 20677-2013《橡胶衬里化工设备设计规范》的要求，衬里总厚度不宜小于3mm。因此，若母材侧3mm厚衬胶的评估结果仍然为C级，则必须整体更换衬胶。

结束语

核电厂衬胶设备一般服役于强腐蚀性环境中，衬胶老化失效造成的后果极为严重，轻则造成被衬设备的腐蚀，重则导致核电厂丧失最终热阱，核岛设备衬胶老化还可能引发放射性物质泄漏，造成污染。基于核电厂衬胶的老化机理，结合核电厂的管理经验及管理模式，提出了一套切实可行的核电厂衬胶设备的老化管理体系，在衬胶的分级、老化检查、检查周期、老化评估、剩余寿命预测及老化维修策略等方面提出了相关管理方法，以衬胶设备不发生突发性的严重事故作为管理底线，注重管理方法的可用性及实用性。