Page 27 - 理化检验-物理分册2024年第十二期
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刘雨林，等：核电站用橡胶软管老化评估方法
还可根据内、外覆层所用的材料对橡胶软管进 为了应对这些挑战，橡胶软管须具备耐高温高
行分类，包括目前常用的天然橡胶（NR）、硫化橡胶 压、耐辐射、耐腐蚀、良好的力学性能和柔韧性等。
（SBR）、三元乙丙橡胶（EPDM）、NBR、CR、氟橡胶 常用的耐辐射橡胶材料如氟橡胶、苯基硅橡胶等，能
（FKM）等一系列天然和合成橡胶，以及一些热塑性 够在强辐射环境下保持良好的力学性能和柔韧性；
弹性体，如乙烯-丙烯酸弹性体（AEM）和热塑性聚 在耐热性方面，三元乙丙橡胶能确保在150~200 ℃
氨酯（TPU）等。不同的橡胶材料具有不同的特点， 下维持结构和功能稳定；在耐化学腐蚀方面，丁腈橡
以应用于不同领域，橡胶软管材料分类如表2所示。 胶具有较好的化学稳定性，有助于减缓性能衰减。
其中，FKM具有较好的耐温性，而NBR和EPDM具 除了材料本身的耐老化性能，橡胶软管还应在
有良好的柔韧性和耐腐蚀性，故NBR和EPDM能够 复杂的安装过程中保持可靠的密封性、力学性能和
用于输送蒸汽、油脂、腐蚀性化学介质，而且具有一 耐用性，而高质量的密封材料和精密制造的接头则
定的耐辐射和耐老化能力，核电站中橡胶软管使用的 可保证软管的安全运行和无泄漏。综上所述，核电
胶层也多以这些材料为主。 站用橡胶软管必须在极端环境下长期可靠运行，才
表2 橡胶软管材料分类 能满足上述多项严格的性能要求。
橡胶软管用 3 核电用橡胶软管老化评估方法探讨
适用橡胶软管类型 性能特点
弹性体
核电站严苛的运行环境，如高温高压、化学腐
NR 火车管 气密性、耐磨性
蚀、辐照等，给橡胶软管的服役寿命带来极大的挑
SBR 刹车管 耐磨性、耐老化性
战，橡胶软管常因老化、疲劳而发生泄漏事故，进而
EPDM 输水软管/制动软管 耐腐蚀性、耐热性
不能满足在服役环境下的性能要求，故橡胶软管及
耐油性、耐热性、
NBR 输油软管（内胶） 软管配件都曾发生过失效案例 [5-9] 。为了避免失效的
耐磨性
重复发生和推动国产化橡胶软管的研发，对橡胶软
聚苯乙烯（PS）高低压管、
CR 耐油性、耐候性 管开展老化评估至关重要。
各种橡胶软管（外胶）
FKM 输油软管 耐油性、耐热性 橡胶软管失效最严重且频繁的位置为外覆层或
AEM 动力转向管 耐油性、耐高低温性 内衬层的橡胶材料，所以对橡胶软管进行老化评估
本质上就是对各种橡胶进行分析，如NBR、EPDM、
2 核电用橡胶软管的性能要求 HNBR（氢化丁腈橡胶）、CR等。橡胶软管老化往往
2.1 压水堆核电站概况 由最初的硬化、开裂开始，直至后期的大面积开裂，
用加压水作为冷却剂和慢化剂、以铀235为核燃 即龟裂，进而演化成严重的爆裂，造成介质泄漏、系
料 的压水堆核电站是当前技术最成熟、应用最广 统失效等恶劣情况。此外，橡胶软管的增强层起到
[2]
泛的核能应用设施之一，主要由核岛和常规岛组成。 承压作用，一旦腐蚀、疲劳等因素造成材料的力学性
核岛是压水堆核电站的核心部分，主要包括压力容 能下降，也会导致橡胶软管承压受限，发生断裂甚至
器、蒸汽发生器、稳压器和主泵等设备，在压力容器 爆裂，后果不堪设想。因此，增强层的老化评估也应
内的堆芯部分利用核燃料进行核裂变反应，是整个 纳入整体考量，以全面防范软管失效。
能量转换系统的供给端；常规岛则包括与传统火电 核电用橡胶软管多是钢丝或织物增强液压型软
厂类似的汽轮机、冷凝器等设备，用于将核反应产生 管。依据GB/T 15329—2019 《橡胶软管及软管组合
的热能转换为电能 。 件 油基或水基流体适用的织物增强液压型 规范》、
[3]
2.2 核电站服役环境及橡胶软管的要求 GB/T 39309—2020《橡胶软管和软管组合件 液
在核电站的能量转换过程中需要用到大量软 压用钢丝或织物增强单一压力型 规范》、GB/T
管，以实现介质传输。由于核电站内的工作环境涉 10544—2022《橡胶软管及软管组合件 油基或水基
及高温高压、辐射、机械载荷、腐蚀性化学介质等因 流体适用的钢丝缠绕增强外覆橡胶液压型 规范》、
素，容易使软管尤其是橡胶软管出现疲劳、老化等损 GB/T 3683—2023《橡胶软管及软管组合件 油
伤，引起其形态、结构、功能的劣化，以至于不能满 基或水基流体适用的钢丝编织增强液压型 规范》、
足规定的功能要求而失效 ，所以对橡胶软管在上 GB/T 39313—2020《橡胶软管及软管组合件 输
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述环境条件下的长期可靠性提出了较高的要求。 送石油基或水基流体用致密钢丝编织增强液压
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