CN102803819B - 用于压力容器进入闭合件的凸起的膜/嵌入板 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于进入开口的压力容器闭合件，所述压力容器闭合件具有围绕进入开口的密封表面以及横跨进入开口的膜或嵌入件中的一个，所述膜或嵌入件中的一个具有放置在密封表面上的外周凸缘。嵌入件或膜具有延伸至进入开口内的连续圆形部分以及在嵌入件或膜上方延伸的盖。垫片被插入嵌入件的凸缘和密封表面之间，或者填角焊件将膜的凸缘附接至密封表面。锁定装置将盖固定至压力容器的壁并且推动凸缘抵靠密封表面。

Description

用于压力容器进入闭合件的凸起的膜/嵌入板

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年6月10日提交的临时申请序列号61/185,706的优先权。

技术领域

本发明大体上涉及进入开口盖密封件并且更具体地涉及采用进入开口盖密封件的压力容器。

背景技术

用在核反应堆电站中的蒸汽发生器是非常大型的热交换器，在所述热交换器中来自被核反应堆加热的一级流体的热量被传递至二级流体，所述二级流体被转化为蒸汽并用于驱动涡轮发电机。蒸汽发生器热交换器被容纳在较高且通常为圆柱形的钢制外壳内。大量U形热交换器管道被封闭在外壳中并且其端部插入在钢制外壳底部附近的水平管板或板中所形成的孔内。管道用于传送已在核反应堆中被加热的一级流体。用于产生蒸汽的二级流体或给水被引入蒸汽发生器中以使得二级流体在被加热的管道四周流动，由此将大量二级流体转化为蒸汽，所述蒸汽被容许通过钢制外壳顶部处的出口喷嘴离开蒸汽发生器。

过去，核电厂中的蒸汽发生器管材被暴露于极端操作条件并且易于发生应力腐蚀开裂、机械磨损、壁变薄和凹陷。为解决该易感性，已研制出一些技术用于在管材失效之前检查蒸汽发生器管材有无老化，从而防止一级放射性冷却剂渗漏至二级侧内，所述渗漏将导致强制性停役(forcedoutages)。蒸汽发生器管材已最普遍地使用多种涡流方法进行检查，大部分涉及探针，所述探针从位于蒸汽发生器一级侧上的管板下侧插入管道内。探针被插入通过蒸汽发生器的管板下方的下半球状一级冷却剂入口和出口侧中的蒸汽发生器人孔(manway)并进入管板内，由此通过将探针向上插入穿过管道来测绘相应管道。除了最小化管道的应力腐蚀开裂、颈缩(denting)和壁变薄的发生，在预定的电厂停役期间对蒸汽发生器的二级侧执行常规维护以去除淤渣、其他沉积物和松弛部件。这些维护操作需要通过进入开口(例如设在蒸汽发生器外壳和下封头中的人孔)进入蒸汽发生器的一级和二级侧。这些进入开口具有可去除盖，所述可去除盖在维护操作完成后必须被重新密封以复原对加压环境的屏障，所述加压环境在电厂运转期间存在于发生器的一级和二级侧的内部。

当前使用的进入开口盖通常采用平坦的嵌入板或膜，所述嵌入板或膜能够分别容纳垫片闭合件或密封焊接闭合件。无论闭合件是用垫片还是用密封焊接膜制成，该设计使用相同的盖和螺纹紧固件。嵌入的目的在于为垫片提供内径约束和密封表面，并且提供压力容器的盖和进入衬垫表面(通过抵靠其建立密封)之间的离隙或缝隙，以及提供流体和通常为铁素体盖材料之间的耐腐蚀屏障。如果衬垫垫片支持面在运转期间或停机例行保养期间受损，在无法维修的情况下，能够通过密封焊接膜提供密封。密封焊接膜一般仅用于当垫片支持面受损且维修不现实时或者当通过开口进入被认为不频繁时。

当必需使用密封焊接膜时，通常使用较小的填角焊件以容许如果以及当需要进入蒸汽产生器内部时在现场容易被去除。因为膜构造和使用的焊接类型的原因，一直以来不可能使焊接设计质量满足ASMEB&PV规范第三项的要求。研制符合该规范的设计的主要问题是实现符合该规范的四十或六十年寿命的疲劳使用。由于焊接在该规范管辖权范围之外，因此满足该规范并非强制性的。然而，从功能观点看必需提供对导致渗漏的焊接失效具有余地的设计。具有满足ASME规范的设计可以提供充分的余地以确保无渗漏的结合。

因此，本发明的一个目的是提供一种在压力容器壁和进入开口盖之间的满足ASME规范要求的密封件。

本发明的另一目的是提供一种密封件，所述密封件降低焊缝上的应力，以减少在密封寿命中发生疲劳失效以及在盖附属硬件上发生弯曲载荷的可能性。

本发明的另一目的是提供一种密封件，所述密封件可以在其安装的压力容器的寿命期间持续有效。

发明内容

通过提供具有壁的压力容器实现这些和其他目标，所述壁具有进入开口以及用于该进入开口的改进闭合件。改进的闭合件具有在围绕进入开口的壁上的密封表面，且一个或凸或凹的锁定装置在进入开口四周的多个位置处形成于从密封表面径向向外的壁上或壁中。嵌入件或膜被定位成横跨进入开口，且所述膜具有放置在密封表面上方的外周凸缘以及在凸缘的内边缘之间的连续圆形的部分。密封构件形成于密封表面和嵌入件或膜的凸缘之间，并且盖在进入开口和膜上方延伸且径向向外至少延伸至所述凸或凹锁定装置中的一个。所述一对凸或凹锁定装置中的另一个通过接合所述凸或凹锁定装置中的一个将盖连接至壁并且将盖压靠膜或嵌入件的凸缘。

在一个实施例中密封构件是垫片，并且在另一实施例中密封构件是焊接件并且优选地是填角焊件。优选地，锁定装置是螺纹紧固件，所述螺纹紧固件延伸通过盖中的开口并且进入壁中的螺纹凹部内。螺纹紧固件可以是螺栓或双头螺栓等。

在另一实施例中，嵌入件或膜的圆形部分延伸至进入开口内并且该圆形部分期望是半球状或椭圆体状。通常，膜的凸缘比圆形部分厚。

附图说明

当结合附图阅读时，能够从优选实施例的以下描述进一步理解本发明，其中：

图1为可以应用本发明的进入开口盖密封件的竖直蒸汽发生器的部分剖开的透视图；

图2为采用嵌入件和垫片密封件的现有技术闭合件的侧剖视图；

图3为使用膜和填角焊密封件的现有技术闭合件的侧剖视图；

图4为使用半球状嵌入件和垫片密封件的本发明的闭合件的侧剖视图；

图5为使用椭圆体状嵌入件和垫片密封件的本发明的闭合件的侧剖视图；

图6为使用半球状膜和填角焊密封件的本发明的闭合件的侧剖视图；以及

图7为使用椭圆体状膜和填角焊密封件的本发明的闭合件的侧剖视图。

具体实施方式

参考附图，图1显示利用多个U形管道的蒸汽或蒸气发生器10，所述U形管道形成管道束12以提供加热表面，所述加热表面需要从在管道内行进的一级流体中转移热量，以蒸发或沸腾围绕管道外部的二级流体。蒸汽发生器10包括容器，所述容器具有竖直定向的管状外壳部分14以及封闭上端部的顶部罩或碟状头部16以及封装下端部的通常半球状的下封头18。下外壳部分14在直径上比上外壳部分15小，并且管板22被附接至下封头18且具有布置于其中以接收U形管道端部的多个孔14。分隔板26被居中布置于下封头18内以将下封头分割为两个隔间28和30，所述两个隔间28和30作为管道束的头部。隔间30是一级流体入口隔间并且具有与其流体连通的一级流体入口喷嘴32。隔间28是一级流体出口隔间并且具有与其流体连通的一级流体出口喷嘴34。因此，进入流体隔间30的一级流体(即反应堆冷却剂)将被导致流经管道束12并经由出口喷嘴34流出。

管道束12被包裹物36所环绕，所述包裹物36在包装物36与外壳以及与圆锥体部分14和20之间分别形成环形通道38。包装物36的顶部由下波纹板40覆盖，所述下波纹钢板40包括与多个提升管44流体连通的多个开口42。旋转叶片46被布置于提升管内以促使流经该处的蒸汽自旋并当蒸汽流经一级离心分离器时离心地去除夹杂在蒸汽内的一些水汽。从该一级分离器中的蒸汽分离出的水分返送至下波纹钢板的顶表面。在流经一级离心分离器后，蒸汽在抵达居中布置于碟状头部16的蒸汽出口50之前穿过二级分离器48。

该发生器的给水入口结构包括给水入口喷嘴52和排放喷嘴56，所述给水入口喷嘴52具有被称为给水环54的通常水平的部分，所述排放喷嘴56升高至给水环的上方。在最近的设计中给水环在给水入口喷嘴高度的上方。经由给水入口喷嘴52供应的给水穿过给水环54且经由排放喷嘴56离开，并且与从蒸汽中分离的水分进行混合，并且被再循环。混合物随后从下波纹钢板40上方向下流动至环形通道38内。水分随后进入包装物36下部的管道束并且沿管道束向上流动，在所述管道束处水分被加热以产生蒸汽。

管道束间的液压水流和二级侧给水从液体到气体的相变导致管道束12内管道间的严重振动。支承板62沿管道束12每隔一定高度串联布置并且分别具有孔，相应的管道穿过所述孔并得到支承。在运转期间并且由于二级侧给水的相变，一些沉积物形成在管道束12、管板22以及支承板62上。支承板上的沉积物能够减少冷却剂通过支承板62内的支承孔的流动并且降低传热过程的效率。此外，在管板22基部四周以及邻近延伸通过支承板的管道形成的这些沉积物能够造成对管道的环境腐蚀的加重，这能够腐蚀并最终破坏蒸汽发生器一级和二级侧之间的屏障。

此外，松弛部件收集器堰板(weir)60能够被用在下波纹钢板40上，所述松弛部件收集器堰板60在2008年10月14日发布的美国专利No.7,434,546中被更加完整地描述并被转让给本申请的受让人。松弛部件收集器堰板60是在上部筒内部(即在蒸汽发生器10的下波纹钢板10上方的内部容积)的接近圆柱型的壁结构，以沿从给水排放喷嘴56至管道束12的过渡路径保持松弛部件。

此外，一些操作发生器具有与下波纹钢板40集成的淤渣收集器64。淤渣收集器形成沉淀池，所述沉淀池允许将夹杂在来自水汽分离器的再循环冷却剂中的固态物沉淀出来。

沉淀在管道四周的淤渣和横穿管道束的松弛部件创造出极端的操作环境，所述极端的操作环境使得管道束中的管道易于发生应力腐蚀开裂、机械磨损、壁变薄和凹陷。为解决该易感性，已研制出一些技术用于在管材失效之前检查蒸汽发生器管材是否老化以预防强制性停役。蒸汽发生器管材已普遍使用多种涡流方法进行检查，大部分涉及探针，所述探针从位于蒸汽发生器一级侧上的管板22的下侧插入管道内。探针被插入通过发生器的管板22下方的下半球状入口和出口侧中的蒸汽发生器人孔并且进入管板内，由此通过将探针向上插入穿过管道来测绘相应管道。

除了经由一级侧检查管道裂纹之外，蒸汽发生器在设备停役期间进行保养，以去除沉淀在下波纹钢板40和发生器其他区域(诸如管板22)上的淤渣和松弛部件，以进一步最小化热交换器管道的老化。为此目的，通过人孔或进入开口(诸如在上部蒸汽筒中的进入开口66)提供进入发生器内部的通路。这些进入开口在蒸汽发生器运转期间被密封，以在发生器内的增压大气和反应堆安全壳环境的大气之间维持屏障。当需要提供容纳垫片闭合件或密封焊接闭合件的闭合件设计时，嵌入板(有时被称作膜或膜板)被用来作为用于进入开口的闭合组件的一部分。无论闭合件是用嵌入板和垫片还是用密封焊接膜制成，该设计使用相同的盖和紧固件布置。嵌入板的目的在于提供用于垫片的内径约束和密封表面，并且提供盖和围绕进入开口的进入衬垫表面之间的离隙或缝隙，以及提供流体和通常为铁素体盖材料之间的耐腐蚀屏障。如果衬垫垫片支持面在运转期间受损，当维修不可行或经由开口进入被认为不频繁时，能够通过焊接膜(其为另一种嵌入形式)提供密封。密封焊接膜使用较小的填角焊件，以容许如果以及当需要进入蒸汽产生器内部时容易被现场去除。因为膜构造和使用的焊接类型的原因，一直以来不可能使焊接设计质量满足ASMEB&PV规范第三项的要求。研制符合该规范的设计的主要问题是实现符合该规范的四十或六十年设备寿命的疲劳使用。由于焊接在该规范管辖权范围之外，因此满足该规范并非强制性的。然而，从功能观点看必需提供针对导致渗漏的焊接失效具有充分余地的设计。具有满足ASME规范的设计可以提供充分的余地以确保无渗漏的结合。

对评价本发明的改进有帮助的是了解当前现有技术的进入开口闭合系统。图2显示该现有技术的闭合系统90，所述闭合系统90定位于压力容器壁70中的进入开口68的上方。在显示的实施例中，压力容器壁70设有环形凹部58，耐腐蚀的焊垫72被放置在所述环形凹部58中以形成密封表面。然而，应理解的是，密封表面能够被直接机加工进压力容器壁70内。焊垫72密封表面也设有凹部76，所述凹部76的尺寸被设计成容纳环形嵌入式金属垫片(Flexitalicgasket)74。具有环形突起92的平坦嵌入板78被定位于密封表面72和垫片74上方。环形突起92的功能是维持垫片就位于衬垫密封表面72的凹部76中。双头螺栓80延伸通过盖88中的开口94并进入压力容器壁70的螺纹凹部86内。互补的螺母82被向下旋拧至垫圈84上以将盖88固定在进入开口68上方并且推动嵌入板78抵靠至垫片74以形成压力密封。

图3显示焊接密封件，在图2中的垫片支持面受损且维修不现实或经由开口68进入不频繁的情况下，能够使用所述焊接密封件以替代平坦嵌入板垫片密封件。在不同附图中使用类似的附图标记以指代相同的组件，并且使用带引号的数字以鉴别相应的组件。在图3所示的密封件中，横跨进入开口68的平坦嵌入板78′有时在本文中被称作膜且在其外周处具有环形突起92′，所述环形突起92′装配至密封衬垫表面72中的凹部76内。填角焊件96将膜78′的外周表面固定至密封表面72以建立压力密封。代替如图2中所示的双头螺栓紧固件80的是，螺钉或螺栓紧固件80′延伸通过垫圈84、盖88并且进入压力容器壁70中的螺纹凹部86内。然而，双头螺栓80和螺钉紧固件80′可互换且可以使用任何一个。

如图3中所示，膜78上施加至衬垫密封表面72的应力主要以两种方式加以实施。在第一种情况中，盖和膜板78′在内部压力下的弯曲导致膜至衬垫的填角焊件96的弯曲，以及第二种情况中，进入开口68在内部压力下的膨胀造成膜78′牵拉至衬垫72填角焊件96。开口68的尺寸使得焊接应力更加复杂。早期的蒸汽发生器将焊接膜应用于2英寸(5.1厘米)内直径的检查口。稍后以及今后的蒸汽发生器趋向于将焊接膜应用于更大的开口，诸如4英寸(10.2厘米)、6英寸(15.2厘米)，而应用于大的开口则会使满足疲劳规定十分困难(如果可能实现的话)。

图4-7示出根据本发明的密封焊接膜设计，所述密封焊接膜设计减小前述的应力并由此减小焊接上的疲劳使用、满足ASME规范要求、并且在本领域内容易被去除。该设计可用于任何压力容器进入开口，无论其尺寸如何。图4示出垫片闭合件，所述垫片闭合件除根据本发明的一个实施例构造的嵌入件78″之外与图2中所示的垫片闭合件基本上完全相同。被定位成横跨进入开口78的嵌入件78″具有放在密封表面72的至少一部分的上方的外周凸缘100以及在凸缘内边缘之间的连续圆形部分。凸缘100通常比圆形部分98稍厚，尽管这并非本发明的要求。

图5显示与垫片密封件74一起使用的本发明的第二实施例。图5中所示的实施例与图4中所示的实施例基本上完全相同，这是因为嵌入件78″具有放置于密封表面72的至少一部分上方的外周凸缘以及在凸缘100内边缘之间的连续圆形部分98′，两个实施例的不同之处在于附图标记98′所示的圆形部分98′为椭圆体状而非如图4中附图标记98所示的半球体状。

除嵌入件78″″外，图6中所示的实施例与图3中所示的密封焊接闭合件基本上完全相同。嵌入件78″″与嵌入件78″基本上完全相同，除了凸缘较短以替换垫片74装配在密封表面72的凹部76内之外。凸缘100′的外周边缘用填角焊件96被固定至密封表面72。

图7中所示的实施例与图6中所示的设计相同，除了椭圆体状的嵌入件78″″，圆形部分98′替换图6中所示的圆形部分98。在所有方面，如图4-7中所示的本发明的设计包括平滑的圆形部分，所述平滑的圆形部分在外周凸缘的内边缘之间延伸，所述外周凸缘被密封至压力容器外壁上的密封表面。

嵌入件的中心区域处的凸起形式导致嵌入件上加载的内部压力转移至闭合盖的从盖中心径向向外的区域，由此减少盖的局部偏移，即作用至盖内的载荷更接近盖附接紧固件的位置，由此降低紧固件上的弯矩载荷，这因而减小通过盖附接紧固件作用的盖的弯曲部分。当作为密封焊接闭合件实施时，该构造减少作用到膜附接焊接上的载荷，这有利于满足对焊接疲劳寿命的要求。当作为垫片密封实施时，凸起的形式通过在盖安装和紧固件拧紧期间将垫片保持在开口中心从而便于垫片的安装。此外，由于内部压力载荷被从膜板本体的中心径向向外移动/转移从而由此减小盖紧固件上的弯曲载荷，因此，本发明向盖紧固件提供前述的益处。虽然螺纹紧固件已经被显示用于将盖88附接至压力容器壁70，但是应理解的是，可以使用满足载荷要求的一些其他紧固件类型，诸如装配在盖顶部上的钩内且被附接至压力容器外壁上的杆所拉紧的缆索。

虽然已详细描述本发明的特定实施例，但是本领域的技术人员理解的是，能够按照本说明书的所有教示对细节进行各种修改和替换。所以，所公开的特定实施例仅是说明性的而非限制本发明的范围，所附权利要求以及任何和所有等同物给出本发明的范围。

Claims (12)

1.一种用于核反应堆蒸汽发生器的压力容器，所述压力容器具有壁，所述壁具有进入开口和用于所述进入开口的闭合件，所述压力容器包括：

密封表面，所述密封表面在所述壁上围绕所述进入开口；

凸锁定装置或凹锁定装置中的一者，所述凸锁定装置或凹锁定装置中的一者在所述进入开口四周的多个位置处从所述密封表面径向向外地形成于所述壁上或所述壁中；

定位为横跨所述进入开口的嵌入件，所述嵌入件具有放置在所述密封表面的至少一部分上方的外周凸缘以及在所述外周凸缘的内边缘之间的连续圆形的部分，且所述连续圆形的部分延伸进所述进入开口的内部；

密封构件，所述密封构件在所述密封表面和所述嵌入件的外周凸缘之间；

盖，所述盖在所述进入开口和所述嵌入件上方延伸且径向向外至少延伸到至少所述凸锁定装置或凹锁定装置中的一者，且所述嵌入件的连续圆形的部分与所述盖的下侧间隔开并远离所述盖的下侧延伸；以及

所述凸锁定装置或凹锁定装置中的另一者，所述凸锁定装置或凹锁定装置中的另一者通过接合所述凸锁定装置或凹锁定装置中的一者并且将所述盖压靠在所述嵌入件的外周凸缘上而将所述盖连接至所述壁。

2.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于：所述密封构件是垫片。

3.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于：所述密封构件是焊接件。

4.根据权利要求3所述的压力容器，其特征在于：所述焊接件是填角焊件。

5.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于：所述凸锁定装置是螺纹紧固件。

6.根据权利要求5所述的压力容器，其特征在于：所述凸锁定装置延伸穿过所述盖中的开口。

7.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于：所述凸锁定装置或凹锁定装置中的一者是所述壁中的螺纹凹部，并且所述凸锁定装置或凹锁定装置中的另一者是螺纹紧固件。

8.根据权利要求7所述的压力容器，其特征在于：所述螺纹紧固件是螺栓。

9.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于：所述嵌入件的连续圆形的部分延伸至所述进入开口内。

10.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于：所述嵌入件的连续圆形的部分是半球体状。

11.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于：所述嵌入件的连续圆形的部分是椭圆体状。

12.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于：所述嵌入件的外周凸缘比所述连续圆形的部分厚。