KR100363297B1 - 스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템으로서, 세척 장치, 탐색 장치, 및/또는 공구를 스팀 생성기의 상부 튜브 다발로 상승시키기 위해 스팀 생성기 내에 수용가능한 배치 및 지지 장치를 갖추고 있다.

Description

스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템 {AN UPPER BUNDLE STEAM GENERATOR CLEANING, INSPECTION, AND REPAIR SYSTEM}

관련출원

본 출원은 1994년 5월 6일자로 출원된 출원번호 제 08/239,378호(미국 특허 제 5,564,371호)의 일부계속출원이다. 본 출원은 또한 제 08/239,378호의 일부계속출원인 미국 특허 출원 제 08/682,645호에 관한 것이다.

스팀 생성기는 제 1 및 제 2시스템이 개별적으로 유지되도록 원자력 발전 설비의 제 1측면으로부터의 열을 제 2측면상의 스팀으로 전환시킨다. 전형적인 스팀 생성기는 플로어 또는 튜브 시트로부터 뻗어 있는 다수의 U형 튜브로 구성된 수직형 실린더이다. 반응기로부터의 고온 및 고압 유체가 튜브를 통해 이동됨으로써, 스팀 생성기 내의 튜브를 에워싸고 있는 공급수 브랭킷(feedwater blanket)에 에너지를 부여하게 되며, 스팀을 생성하고 궁극적으로 후에 터빈에 공급되어 동력을 생성한다.

스팀 생성기가 지난 40여년 간 설계되어 왔으나, 실제로 그 신뢰성이 입증되지는 않았다. 문제는, 공급수에서 부유되는 미립자 불순물이, 생성기의 효율에 막대한 영향을 미치며 튜브에 균열을 일으킬 정도로 손상을 일으킬 수 있는 슬러지를 튜브 상에 형성시킨다는 점이다. 만약, 튜브 내에서의 방사성을 띤 제 1유체가 제 2측면으로 스며든다면 그 결과는 더욱 치명적일 것이다. 막히거나 또는 이와 같은 균열이 생기는 문제는 시간을 소모시키고, 그 소모된 시간동안 다른 고가의 동력원으로부터 동력을 끌어들여야 한다는 비용 상의 문제점을 발생시킨다.

압력이 작용하는 물로 튜브를 세척하는 가요성 랜스 또는 이와 유사한 것들을 사용하여 스팀 생성기의 하부에 인접해 있는 튜브를 세척하는 방법은 공지되었으나, 통상적으로 스팀 생성기의 높이가 9.144m(30ft)에 달할 수 있기 때문에, 물 제트를 사용하여 튜브의 상위 수준(level)에 있는 슬러지까지 도달시키기는 어렵다. 이에 따라, 화학 세척법이 사용되지만, 여기에는 몇가지 단점이 있다. 첫째로, 화학 세척법은 비용이 많이 든다는 점(건당 $5,000,000에서 $10,000,000)과 작업 중단 기간이 연장되어야 할 필요가 있다는 점이다. 또한, 세척하는 동안 사용되는 용매에 의해 스팀 생성기 내부에서는 약간의 부식이 발생된다는 점이다. 많은 독성 이외에도 방사성 폐기물이 생성될 수도 있다. 또한 이러한 폐기물의 처리에도 매우 많은 비용이 소요된다. 이러한 이유들로 인해, 화학 세척에는 사용에 있어 많은 유용성이 고려되지만, 실질적으로 화학 세척을 수행되고 있는 발전 설비는 거의 없다.

반면에, 다른 세척 방법을 고려하는 경우, 몇가지 중대한 기술적 문제점과 접하게 된다. 통상적인 스팀 생성기는 대략 4,645.15평방미터(50,000ft²)의 열전달 면적을 갖춘다. 튜브 다발의 직경은 약 3.048m(10ft)이고, 그 높이는 9.144m(30ft)이지만, 튜브 다발의 중앙의 접근 통로의 폭은 단지 8.890cm(3.5inch)일 뿐이고 이 접근 통로는 매 1.219m(4ft)마다 지지 플레이트에 의해 가로막힌다. 지지 플레이트를 관통하는 유동 슬롯이 있지만, 그 크기는 통상적으로 6.985×38.1cm(2.75×15inch)로서 매우 작다. 더욱이, 6" 핸드 홀에 의해 스팀 생성기로의 접근이 제한된다. 결국, 튜브 간 갭의 폭은 단지 1.03cm(0.406inch)이거나 이보다 작다.

이에 따라서, 스팀 생성기의 가장 바닥 부분에서의 튜브 시트 수준에서 튜브를 세척하는 경우에는 물 제트 슬러지 랜싱 기술이 적합하지만, 전형적인 스팀 생성기의 고유한 설계 변수로 인해 상기 물 제트 슬러지 랜싱 기술을 상부 튜브 다발의 경우에 결합시키는 것은 어렵다. 예컨대, US 특허 제 4,700,662호, 제 4,980,120호, 제 4,887,555호, 제 4,676,201호, 및 제 4,769,085호를 참고하라. 더욱이, 스팀 생성기의 복잡한 내부 공간은 스팀 생성기의 상부 영역 부근의 개별 튜브를 탐색 및/또는 수리하는 것을 어렵게 한다.

본 발명은 원자력 발전 설비의 스팀 생성기(steam generator)의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템에 관한 것이다.

다른 목적, 특징, 및 장점은 바람직한 실시예의 다음 설명 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 더 명백해질 것이다.

도 1은 원자력 발전소의 전형적인 스팀 생성기를 부분적으로 절개한 개략도이다.

도 2는 도 1에 도시된 스팀 생성기 내의 다른 수준에서 다양한 세척 헤드를 배치하고 지지하는데 사용되는 배치 서브시스템의 개략도이다.

도 3은 스팀 생성기의 튜브 지지 플레이트의 유동 슬롯으로부터 물을 지향하게 하는데 사용되는 본 발명의 벌크 세척 헤드 서브시스템의 개략도이다.

도 4는 튜브 열들 사이로 물이 향하게 하는 유동 슬롯내의 배치를 도시한 도 3의 벌크 세척 헤드 서브시스템의 개략도이다.

도 5a-5c는 도 3-4에 도시된 벌크 세척 헤드 시스템을 사용한 전형적인 스팀 생성기의 한 수준의 다양한 구역을 세척하는 것을 도시한 평면도이다.

도 6은 분무 피치 제어 및 분무 노즐 아암의 요동에 영향을 미치는 메카니즘을 기술한 벌크 세척 헤드 서브시스템의 다양한 부분의 개략도이다.

도 7a-7d는 튜브 사이에 삽입되는데 사용되어 튜브 사이로부터 스팀 생성기의 튜브 사이의 압력 하에서 물을 지향하도록 하는 본 발명의 강 랜스 세척 헤드 서브시스템의 개략도이다.

도 8a-8c는 스팀 생성기의 한 수준의 위치에서 도시된 도 7a-7c의 강 랜스의 개략도이다.

도 9는 본 발명에 따른 벌크 세척 헤드 서브시스템과 강 랜스를 사용하는 전형적인 튜브 지지 플레이트 범위를 도시한 개략도이다.

도 10a-10c는 도 6-7도의 강 랜스를 사용하여 튜브 다발을 탐색하고, 세척하고 그리고 디스케일하도록 하는 다양한 위치를 도시한 개략도이다.

도 11은 세척 헤드에 고압 유체를 적용하는 동안 특정 세척 헤드의 위치를 유지하는 본 발명의 지지 서브시스템을 3차원적으로 도시한 개략도이다.

도 12a-12c는 전형적인 스팀 생성기의 지지 플레이트를 통과하고 궁극적으로 지지 플레이트와 맞물리는 지지 서브시스템을 도시한 개략도이다.

도 13은 본 발명의 세척 헤드에 이르기까지 물 및 비디오 훅을 공급하는 본 발명의 공정 시스템의 개략도이다.

도 14는 세척 공정을 행하는 동안 스팀 생성기내의 본 발명의 세척 헤드를 배치하고 지향하는데 사용되는 본 발명의 제어 시스템의 개략도이다.

도 15는 드릴 조립체를 배치한 본 발명의 신축성 아암 서브시스템의 개략도이다.

도 16은 그리퍼 조립체를 배치한 도 15의 신축성 아암 서브시스템의 개략도이다.

도 17은 톱 조립체를 배치한 도 15의 신축성 아암의 서브시스템의 개략도이다.

도 18은 용접기를 배치한 도 15의 신축성 아암의 서브시스템의 개략도이다.

도 19 내지 도 22는 본 발명의 가요성 랜스 서브시스템의 다른 실시예를 도시한 개략도이다.

도 23은 본 발명에 따른 스팀 생성기내에 배치된 가요성 랜스 서브시스템의 개략도이다.

도 24는 신장형 몸체가 일배치에서는 가요성을 가지며 다른 배치에서는 완전한 강성을 갖도록 적용된 본 발명의 배치 시스템의 개략도이다.

도 25는 도 24에 도시된 신장형 몸체의 강성 체인의 실시예를 도시한 개략도이다.

도 26은 본 발명에 따른 강성 체인이 서로 맞기댄 상태의 실시예를 도시한개략도이다.

도 27은 전형적인 체인 결합의 정면도이다.

도 28은 본 발명의 배치 시스템에 사용된 강성 체인의 정면도이다.

도 29는 본 발명의 배치 시스템에서 서로 맞기댄 상태로 배치된 두 개의 강성 체인의 정면도이다.

도 30 및 도 31은 본 발명의 배치 시스템에 사용된 다른 형태의 강성 체인을 도시한 개략도이다.

도 32는 본 발명의 배치 시스템에 사용된 또다른 형태의 강성 체인을 도시한 개략도이다.

도 33은 본 발명에 따른 강성 체인의 편향된 스프링의 개략도이다.

도 34는 본 발명에 따른 자기적으로 편향된 강성 체인의 개략도이다.

도 35는 자석 및 스프링 모두와 상호작용하는 강성 체인의 개략도이다.

도 36은 본 발명에 따른 강성 체인의 다른 형태를 도시한 정면도이다.

도 37은 본 발명에 따른 단일의 분절형 리셋스를 갖춘 일련의 강성 링크의 개략도이다.

도 38은 본 발명에 따른 이중 분절형 리셋스를 갖춘 일련의 강성 링크의 개략도이다.

도 39는 본 발명에 따른 배치 시스템에 사용된 자가-편향된 마스트의 개략도이다.

도 40은 구동 수단을 갖춘 본 발명의 자가-편향된 마스트의 다른 형태를 도시한 개략도이다.

도 41은 마스트 재료 및 강성 링크 구조물을 모두 적용한 본 발명에 따른 배치 시스템의 개략도이다.

이에 따라, 본 발명의 목적은 스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 상기 생성기를 상단으로부터 하향으로 세척함으로써 세척 공정 동안 하향으로 침전물을 제거시키는, 스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 화학 세척 기술의 사용 필요성을 제거하고 화학 세척의 고유한 단점을 극복하거나, 화학 세척법과 결합하여 사용될 수 있는, 스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 스팀 생성기 튜브의 밀폐 구역 내에서도 압력 하의 물을 사용하여 스팀 생성기의 상부 튜브 다발을 적절하게 세척하는 스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 충분한 물의 에너지를 우수하게 전달하여 스케일을 제거하고, 또한 튜브 다발을 통해 효율적인 방법으로 이들 물의 에너지를 분배하는, 스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 원격적으로 세척함으로써 방사선에 사람이 노출되는 것을 감소시킬 뿐만 아니라 스팀 생성기의 접근을 제한을 극복하는, 스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 물의 사용을 최소화하고 세척 효율을 최대화시키는 스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 세척, 탐색, 및 수리 공정을 진행하는 동안 이동하는 장치의 수를 최소화시켜 세척 및 가동 중지 시간을 최소화시키는, 스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템을 제공하여 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 튜브 간 탐색, 세척, 및 수리를 위한 강 랜스와 벌크형 세척, 탐색, 및 수리 헤드를 사용하는, 스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 탐색 카메라, 드릴, 그리퍼(gripper), 용접 또는 절단 장치, 및 다른 공구를 스팀 생성기의 상부 구역으로 이동시킬 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은, 스팀 생성기의 지지 플레이트의 유동 슬롯을 거쳐 신축성 또는 가요성 아암을 상방으로 배치하고, 스팀 생생기 튜브들 사이의 위치로 아암을 회전시키고, 드릴, 그리퍼, 또는 용접 또는 절단 장치와 같은 공구를 배치하고, 다수의 세척 노즐 및/또는 비디오 카메라를 설치하고, 및/또는 바아, 브라켓, 또는 클램프와 같은 수리 재료를 탐색, 세척, 또는 수리될 개별 튜브로 이송하여 설치함으로써, 스팀 생성기의 상부 튜브 다발이 신뢰할만하게 탐색, 세척, 및 수리될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 시스템은 스팀 생성기 내에 수용될 수 있는 배치 및 지지 장치를 포함하고 있으며, 이러한 배치 및 지지 장치는 그 말단부를 스팀 생성기의 상부 튜브 다발까지 상승시켜서 위치시키는 소정의 수단을 갖추고 있다. 본 발명에 따른 시스템은, 배치 및 지지 장치의 단부에 부착되는 회전 가능한 기구와 이러한 회전 가능한 기구에 부착되는 아암을 갖추고 있다. 노즐과 같은 세척 장치, 카메라와 같은 탐색 장치, 및/또는 하나 이상의 공구들이 아암의 다른 단부에 부착된다.

본 발명의 일실시예에서, 배치 및 지지 장치는 제 1붐(boom)을 포함하는데, 이 제 1붐은 회전 가능한 커넥터에 의해 제 2붐에 연결되며, 이러한 제 1 및 제 2붐과 회전 가능한 커넥터는, 스팀 생성기의 출입 포트 내로 그리고 두 열의 튜브 부재를 분리하는 레인 내로 삽입 가능하여, 제 2붐이 상기 레인 내에서 낙하된다.

회전 가능한 기구는 아암을 스팀 생성기 내에서 수평 및 수직하게 회전하는 시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 일실시예에서, 아암은 한 세트의 신축성 부재를 갖추고 있으며, 다른 실시예에서는 아암이 가요성 재료(flexible material)로 구성된다. 선택적으로, 아암의 말단부만이 가요성 재료로 구성될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 배치 및 지지 장치는, 스팀 생성기의 튜브 시트에 인접한 스팀 생성기 쉘에 형성된 출입구를 통해 도입될 수 있는 신장형 몸체를 포함한다. 신장형 몸체는, 일배치에서는 가요성을 지녀 스팀 생성기의 내부의 지지 플레이트에 형성된 유동 슬롯까지 연장을 위한 위치로 굽혀지지만, 다른 배치에서는 세척, 탐색, 및 공구 장치를 스팀 생성기의 상부 튜브 다발에 인접한 스팀 생성기를 통해 상부 영역으로 위치시키고 지지할 수 있도록 강성을 가진다. 또한, 본 발명에 따른 시스템은, 신장형 몸체를 지지 플레이트를 거쳐 상부로 구동시키고 지지 플레이트를 거쳐 신장형 몸체를 하부로 후퇴시키기 위한 소정의 수단을 갖추고 있다.

신장형 몸체는 강성 체인, 한쌍의 강성 체인, 다수의 굽힘 가능한 링크, 다수의 강성 체인, 또는 튜브를 형성하기 위한 자가-편향된 재료일 수도 있다.

도 1은 튜브 지지 플레이트(14, 16, 18, 20, 22, 24 및 26)에 의해 구역으로 분리된 열전달 튜브(12)를 구비한 스팀 생성기를 개략적으로 도시하였다. 각각의 튜브 지지 플레이트는, 제 1 튜브 지지 플레이트(14)용으로 도시된 바와 같은 다수의 유동 슬롯(28 및 30)을 포함한다.

웨스팅 하우스 모델 W44와 W51 스팀 생성기는 가장 큰 스팀 생성기 시장을 이루며, W51의 크기는 W44와 유사하다. W44 스팀 생성기는 튜브 시트 위로 1.295m(51inch)로 균일하게 이격되며, 직경이 2.965m(116inch)인 튜브 지지 플레이트를 사용한다. 튜브 시트(32) 수준에서, 8.89cm(3 1/2inch)인 블로우다운 (blowdown) 통로(38)의 각 단부에서의 핸드 홀(36)과 같이 직경이 15.24cm(6inch)인 핸드 홀이 2개가 있다. 각각의 튜브 시트 지지 플레이트는 중앙 타이로드(40)의 각 면 상에서 10.16cm(4inch)로 이격된 3개의 유동 슬롯을 구비하는데, 각 유동 슬롯의 치수는 5.080-6.985×38.1cm(2-2 3/4×15inch)이다. 유동 슬롯이 서로 연관되어 정렬되어서, 블로우다운 통로(38)로부터 상단 튜브 지지 플레이트(26) 위에 있는 튜브의 U 밴드(41)까지의 명확한 '가시 라인'의 수직 통로가 형성된다.

상술한 본 발명의 배경 기술 분야에서 논의된 바와 같이, 스팀 생성기의 바닥에는 튜브 시트(32)와 제 1 튜브 시트 지지 플레이트(14) 사이의 영역을 물 분무 세척하는 공지된 장치가 배치되지만, 스팀 생성기의 상부 튜브들 내의 밀폐 구역에서는 상부 지지 플레이트(16-26) 근처의 튜브를 세척하는 것이 매우 곤란하다. 참조, 예컨대 US 특허 제 5,265,129호.

본 발명에 따르면, 접근 경로(34)는, 핸드 홀(36)로부터 블로우다운 통로(38)를 따라 중앙 타이로드(40)에 이르고, 그리고 위쪽으로 각각의 지지 플레이트 내에 정렬된 유동 슬롯(28,30)을 거쳐 상향되는 스팀 생성기의 상단 부분(42)에 이르러서 구현된다. 그리고 만약 세척 헤드 또는 헤드들이 스팀 생성기의 상단 부분(42)에 배치될 수 있다면, 생성기를 상단으로부터 하방으로 세척하여 세척 공정 동안 침전물을 아래로 플러싱시킬 수 있다. 스팀 생성기 내부의 밀폐 구역 내에 맞추어지는 세척 헤드를 설계하고, 튜브 전체를 세척하도록 충분한 압력 하에서 물을 이송할 세척 헤드를 설계하고, 그리고 스팀 생성기 내면에서 잼이 되지 않을 세척 헤드를 설계하는 것이 기술적으로 문제가 된다.

"상부 다발"은 제 1튜브 지지 플레이트(14) 위의 스팀 생성기 내 튜브들로 정의되는, 본 발명에 따른 스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척 시스템은, (a) 도 2에 도시된 세척 헤드 배치 및 지지 장치, (b) 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이 유동 슬롯으로부터 튜브간 공간으로 유체를 지향하고, 분무 피치를 변경하고 동일 수준에서 인접 유동 슬롯 근처의 튜브를 세척하는 수단을 포함하는, 배치 및 지지 시스템에 부착될 수 있는 벌크 세척 헤드, (c) 또한 도 7-10에서 도시된 바와 같이 튜브 들 사이에서 연장되고, 튜브들 사이로부터 유체를 지향하는, 배치 및 지지 서브시스템에 부착될 수 있는 강 랜스, 및 (d) 분무하는 동안 세척 헤드의 타입 중 하나를 적합하게 해체 가능하게 고정하고 지지하며, 또한 세척 공정에 극심한 영향을 미치며 작동 중단 시간을 발생시키는, 장치의 잼을 간단하게 방지하는 지지 메카니즘을 포함한다. 여기서, "상부 튜브 다발"은 제 1 튜브 지지 플레이트(14) 위에 있는 스팀 생성기 내의 튜브들을 의미한다. 이하에 각각의 서브시스템을 차례로 기술할 것이다.

배치 및 지지 서브시스템

도 2의 배치 서브시스템(50)은 이송 레일(52), 레일 지지체(54), 회전 스테이지(56), 이송 카트(58), 및 유압 실린더(62,64,66)를 구비한 수직 위치 조정 서브시스템(60)을 구비하고 있다. 배치 서브시스템(50)은 접근하고자 하는 지지 플레이트의 높이로 스팀 생성기 내에서 수직방향으로 스프레이 헤드를 배치하는데 사용되는 메카니즘이다. 수직 위치 조정 서브시스템(60)은 회전 스테이지(56)의 상단에 설치되고, 차례로 회전 스테이지는 이송 카트(58) 상에 올려진다. 스팀 생성기의 외면에 위치된 기동 수단을 사용하여, 상기 이송 카트는 핸드 홀을 통해 배치되는 이송 레일(52) 상에서 블로우다운 통로 아래로 이동하게 된다.

이러한 설계는 미국 14589 뉴욕 윌리암스 파운드 로드 6546(6546 Pound Road, Williamson, New York, 14589, US)에 소재한 알. 브룩스 아소시에이트스(R. Brooks Associates)에서 시판되는 "Secondary Inspection Device(SID)"의 기존 구성으로부터 채택되고(참조, U.S. 특허 5,265,129), 그리고 이러한 구성은 9개의 스테이지 공압식 실린더인데, 이는 통상적으로 스팀 생성기의 블로우다운 통로까지 비디오 카메라를 운반하는데 사용된다. 이에 따라, 실린더는 적절하게는 스팀 생성기의 유동 슬롯과 핸드 홀을 통과할 수 있는 크기를 갖는다. 그러나, 이러한 정상적인 배치에 있어서, 보조 탐색 장치는 몇가지 주요한 단점을 갖는다. 이들 중 첫번째는 제어가 용이하지 않다는 것이다. 유동 제어 방법(current control procedure)은 연장시키기 위해 실린더 공기 압력을 증가시켜 연장시키고, 그리고 압력을 감소시켜 후퇴시키거나 또는 연장을 중단시키는 방법이다. 스테이지 간(interstage)의 시일에서는 상당한 누설이 초래되기 때문에, 때때로 안정적인 위치에 도달하는 것이 어렵다. 또한, 스테이지 간 마찰은 평형 위치를 이루는 역할을 하기 때문에, 진동과 같이 스테이지 간 마찰을 변경시키는 어떠한 것도 시스템이 새로운 평행 위치를 찾도록 할 것이다.

다른 주요한 단점은 부적절한 유효 유상하중(pay load) 용량이다. 스테이지 간 시일 누설과, 그리고 압력 조절기 및 공급 호스를 거치는 작은 통로로 인해, 실린더의 실제 압력은 공급 공기 압력에 이를 수 없고, 그리고 유효 유상하중은 2.268㎏(5파운드)으로 제한된다. 이에 따라서, 이 유효 유상하중 용량은 본 발명의 세척 헤드를 지지하도록 5 내지 10배까지 개선되어야만 한다. 변형된 실시예는 실린더 내면에 케이블을 결합하고, 그리고 조임과 푸는 것을 제어하도록 케이블 릴(reel)이 결합되도록 하는 것이다. 실린더 내면의 압력은 일정하게 유지되며, 케이블에 의해 제어되기 때문에 충분히 높은 일정값에서 유지된다. 긴장되어 있는 케이블을 풀어서 연장되게 하고, 케이블을 끌어내어 후퇴되도록 한다. 실린더 압력 완화는 후퇴 단계를 위해 제공된다. 케이블 릴에는 수직 위치 정보를 제공하는 엔코더가 장착된다. 유효 유상하중을 개선시키기 위해, 내부 압력을 증가시키고 실린더 중량을 감소시키거나 또는 양쪽을 다 수행한다. 스테이지 간 시일은 개선되어 누설을 크게 감소시키고, 그리고 공기 보다는 물에 의해 가압화된다. 가압 매질로서 물을 사용하여, 압축성 매질이 사용되는 경우에서도 폭발 위험성을 생성시키지 않고서도, 내부 압력이 수백 PSI가 되는 것도 가능하다. 또한, 실린더를 강 보다는 알루미늄으로 제조하는 것이 실린더의 중량을 약 2/3 까지로 감소시킨다. 제어 시스템은 도 14에서 더 설명된다.

벌크 세척 헤드 서브시스템

도 3의 벌크 세척 헤드 서브시스템(70)은 도 2의 배치 및 지지 서브시스템(50)의 상단 실린더(66) 상에 설치되고, 피봇 지지체(74)로부터 연장되는 아암(72)을 구비한다. 도 3에 도시되는 본 발명의 벌크 세척 헤드 서브시스템은, 유동 슬롯으로부터 튜브 사이로 유체를 지향시킨다. 벌크 세척 서브시스템(70)은, 도 4의 유동 슬롯(71)과 같은 유동 슬롯을 따라 연장되고, 유동 슬롯(71)으로부터 튜브(78,80) 사이로 유체를 지향시킨다. 또한 도 3의 아암(72)은 화살표(82)에 의해 도시된 방향으로 회전하여 대응 노즐(84, 86, 88 및 90)의 피치 배향을 변경시켜, 2개의 지지 플레이트 사이에서의 길이 방향의 튜브와 또한 지지 플레이트의 표면을 세척한다. 노즐(84, 88)은, 도시된 바와 같이 유동 슬롯(71)의 양 측면 상의 튜브를 세척하는 작용을 하기 위해, 또한 노즐에 의해 이송되는 고압수때문에 아암(72)에 의해 수용되는 쓰러스트의 균형을 잡기 위해 도시된 바와 같이 노즐(86, 90)과 대향된다. 노즐(86, 90)은 적절히 이격되어 도 4의 튜브(78, 80) 사이의 공간과 정렬된다.

또한, 세척 헤드를 후퇴시켜 이를 인접한 유동 슬롯을 거쳐 상방향으로 배치시키지 않고서도, 아암(72)이 도면 부호(92)로 도시된 교대 위치로 선회되어, 인접 유동 슬롯 근처의 튜브를 세척한다.

더 상세하게는 도 5a 내지 도5c에 도시된 바와 같이, 도 5a의 아암(100)은 먼저 유동 슬롯(104)(측면 스팀 생성기의 구성 당 3개의 유동 슬롯 중의 중앙 유동 슬롯) 둘레로 배향되어 유동 슬롯(104) 근처의 구역(110) 내에서 물을 분무한다. 그런 후에 아암은 유동 슬롯(104) 내에서 위로 이동되어 도 5b의 구역(108) 내에 물을 분무한다. 그리고 최종적으로 아암은 선회되어 유동 슬롯(106) 근처의 구역(112)(도 5c 참조)을 세척한다.

이 방법에 있어서, 수직하게 정렬된 일련의 유동 슬롯을 통해 세척 헤드 배치 및 지지 장치가 연장되면서, 상기 스팀 생성기의 전체 한면이 세척된다. 따라서, 상기 벌크 세척 헤드 서브시스템은 도 1에 도시된 상단 지지 플레이트(26) 내 상단 유동 슬롯(25)에 배치되고, 도 5a-5c에 기술된 세척 작업이 이루어지는데(필요에 따라 피치가 변경 됨), 이 공정은 제 1 튜브 지지 플레이트(14)로 하향하여 상부에서 하부까지 세척하는 동안 스팀 생성기의 각각의 수준에서 반복되어 세척 작업하는 동안, 하향하여 증착물을 플러싱한다. 스팀 생성기의 다른 면은 동일한 방법으로 세척된다.

본 발명의 다른 관점에서는, 물의 사용을 최소화하고 최대의 세척 효과를 얻도록 하는 벌크 세척용 특별 노즐 배치를 사용하는 것을 포함한다. 특히, 노즐(84, 88 등)은 먼저 튜브 갭(79)의 일면 상에 정렬되고, 그 다음에는 튜브 갭(79)의 다른 면 상에 정렬되어, 튜브의 일면을 세척하고 그후 튜브의 다른 면을 세척한다. 시험시, 이 방법은 세척 효과에 상당한 영향을 미치고 상기 튜브 면으로부터 제거되는 슬러지 양을 증가시키는데 도움이 된다. 다른 시험 변수로는 슬러지 타입, 노즐 압력, 노즐 유동 속도, 경사 속도, 벌크 세척기 위치, 노즐 구성, 및 노즐 배치를 들 수 있다. 원형 구성(prototype design)은, 블로우다운 통로로부터 물을 지향하는 벌크 세척 헤드가, 튜브 표면 침전물을 제거하고 지지 플레이트와 4엽 무늬부(quatre foil)를 세척하는 것을 증명한다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 본 발명의 세척 방법론은 세척 헤드로 상단으로부터 하단으로 세척을 진행시키면서 스팀 생성기 내의 물의 수준을 서서히 낮추는 것을 들 수 있다. 이 방법에 있어서, 추가적인 교반이 일어나고, 노즐 제트 분무가 생성기 내의 물의 표면을 타격하여 세척이 개선된다.

도 6은 벌크 세척 헤드 서브시스템(120)의 원형 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 노즐 아암(121)은 대향 노즐(123, 125, 127, 129)을 갖춘 배럴 부분(122)을 포함하며, 이것의 피치는 경사 기어(124)에 의해 변경되는데, 이 경사 기어(124)는 기어 수단(131)을 통하여 경사 모터(128)에 의해 구동된다. 아암(121)은 선회 기어(138)의 수단에 의해 선회가 이루어지는데, 선회 기어(138)는 워엄 기어(133)를 통하여 선회 모터(130)에 의해 구동된다. 물은 탯줄형(umbilical) 소스(132)를 거쳐 물 매니폴드(134)를 통해 노즐(123, 125, 127 및 129)에 공급된다. 카메라(126)는 오퍼레이터에게 정렬 및 탐색 호환성을 제공한다. 카메라(126), 모터(130), 다른 모터(128)용 동력은 탯줄형 소스(132)를 통해 제공된다.

강 랜스

도 7a의 강성(rigid) 랜스 부재(200)는, 도 2의 배치 서브시스템(50)에 설치될 수 있는 또 다른 유형의 분무 헤드로서, 튜브 사이로부터 튜브의 열(rows) 사이로 유체를 지향하는데 사용된다. 도 7a의 랜스(205)는 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이, 도 8a에 도시된 위치로 회전하여 튜브 열(207) 사이로 연장된다. 이 방법에 있어서, 도 7a의 랜스(205)는, 도 8b의 유동 슬롯(210)을 거쳐 상부로 배치되는 동안에는 지지 서브시스템의 상단 실린더와 일치되어 위치되고, 그런 후에 랜스 구동 모터(212)에 의해 화살표(214)로 도시된 방향으로 회전되어 튜브의 특정 열 사이로 연장된다. 계속해서, 제트 노즐(216,218,220 및 222)(도 8b 및 도 8c)은 고압수 소스(224)로부터 튜브로 유체를 지향한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 유동 슬롯으로부터 물을 분무하는 벌크 세척 헤드 서브시스템(70)을 사용하여 세척되지 않은 튜브의 영역은, 튜브의 열 사이에 삽입될 수 있는 랜스(205)를 사용하여 세척된다. 도 7a의 강성 랜스 부재(200)의 최상단 단부에는 불릿 노즈(bullet nose piece, 201)가 위치되며, 이러한 불릿 노즈(201)는 화살표(180)로 도시된 바와 같이 수동으로 약간 경사져 있을 수 있어서, 도 2에 도시된 배치 및 지지 장치의 신장형 실린더 어셈블리의 유연성 또는 슬롯의 최소한의 오정렬과 관계없이, 유동 슬롯을 거쳐 상향되는 길로 구불구불 나아갈 수 있다. 불릿 노즈(201)는 오프셋 스프링에 대하여 작동되는 하나의 케이블(cable tether)을 사용하여 편향된다. 회전 스테이지로써 수직 축 주위에서 헤드를 회전시킴에 의해, 노즈 편향이 임의의 방향으로 배향될 수 있다. 강성 랜스 서브시스템 세척 헤드는 상당한 양의 감지 정보 자료를 얻을 수 있는 구역으로 이동될 것이기 때문에, 헤드에는 수개의 눈(182,184)이 장착되어 오퍼레이터가 최근까지의 탐색 및 세척 작용의 행태 및 상태를 계속 얻는다는 점이 중요하다.

헤드가 대상 튜브 시트 지지 플레이트까지 횡단하는 경우, 오퍼레이터가 유동 슬롯과 불릿 노즈(201)를 정렬할 수 있도록 하기 위해서, 한 개의 CCD 비디오 카메라가 헤드 내에 설치되고 카메라(184)에 대해 도시된 바와 같이 상향으로 조준된다. 적절하게는, 2개의 비디오 카메라가 헤드 내에서 수평으로 대향되게 설치되어 튜브가 없는 통로 및 바로 인접해 있는 튜브를 비추어 볼 수 있게 한다. 튜브 간 통로에서 관측 능력을 제공하기 위해서는, 비디오 탐침은 도 7d에 도시된 바와 같이 랜스 팁(209) 상에 장착될 수 있다. CCD 칩은 틈 영역의 면적을 탐색하고 물 제트 조작을 관측할 수 있도록 위치된다. 이들 비디오 탐침용 케이블은, 블로우다운 레인 배출 통로 카트 상의 회전 스테이지를 거쳐 핸드 홀 외부로 루우트가 정해진다. 사용자 인터페이스를 단순화시키기 위해서는, 선택된 비디오 이미지가 디스플레이될 수 있는 원격 오퍼레이터 스테이션에 신호가 다중 송신(multiplex)될 것이다. 만약 튜브간 통로의 약간 감소된 범위가 튜브 시트 지지 플레이트에서 용인될 수 없는 경우, 도 7c에 지시된 바와 같이, 헤드 내에 도시된 바와 같은 오프셋에 의해 형성된 리셋스(211)가 도 7b에 도시된 임의의 공구 모듈(tooling module, 213)을 고정시킬 수 있으며, 상기 공구 모듈은 수작업에 의해 맞추어진다. 예를 들어, 샘플 고정 빈(bin)이 이 지점에 장착될 수 있어서, 튜브 스케일이 분석을 위해 스팀 생성기로부터 신뢰할만하게 이송될 수 있다.

일반적으로, 본 발명의 튜브간 랜스는 가시적 탐색, 틈 세척, 튜브 디스케일링, 튜브 시트 플레이트 제거, 부식 샘플링, 및 외부 대상물 서치와 복구를 달성한다. 랜스(205)는 가능한한 길어야 하지만 튜브 시트 지지 플레이트의 수직 간격을 초과할 수는 없거나 수직 공간으로부터 회전될 수 없다. W44 및 W51 생성기 튜브 시트 플레이트의 반경은 튜브 시트 플레이트의 수직 공간보다 더 크기 때문에, 도 9에는 튜브가 없는 통로로부터 가장 먼 지점에 강성 랜스가 이를 수 없는 도 9에 도시된 바와 같은 영역이 있다. 그러나, 강성 랜스가 이르게 되는 전체 퍼센트 면적은 W44의 경우에는 85%, 그리고 W51의 경우에는 80%로 평가된다.

도 7a-7c의 랜스 부재(200)는 직경이 6.25㎝(2 1/2")인 슬랜더 하우징으로, 그 내부에는 0.6㎝(1/4")의 강성 랜스(205)를 위치시키도록 하는 회전 드라이브(도시되지 않음)가 설치되어 있다. 튜브 지지 플레이트의 주변부로부터 파편을 제거하는 신뢰할만한 수단이 없기 때문에, 랜스의 팁에서의 물 제트는 튜브가 없는 통로 내 유동 슬롯을 향해 파편을 뒤로 향하도록 배향된다.

도 10a-10d는, 배치 및 다양한 세척 조작을 하는 동안 헤드와 관련된 랜스의 배향을 도시하고 있다. 도 10a에는, 배치를 위해 헤드(215)와 정렬되고, 대상 튜브 시트 지지 플레이트로 세척 헤드를 상승시키는 랜스(205)가 도시되어 있다. 도 10b에는, 유동 슬롯(217)을 향해 파편을 제거시키는, 랜스(205)의 하향 스위핑 작용이 도시되어 있다. 도 10c는 튜브를 디스케일링하기 위해 전후로 스위핑하는 랜스(205)를 도시하고 있다. 그리고 도 10d는 튜브 지지 플레이트(219)의 하부면을 탐색하는 위치에 있는 랜스(205)를 도시하고 있다.

지지 메카니즘

수직 배치 및 지지 시스템은 튜브 시트의 바닥에서 측방향으로도 지지되지만, 그 밖에도 배치된 분무 헤드 근처의 상단에 측면 지지체가 제공될 필요가 있다. 스팀 생성기의 상부 스팬을 세척하는 동안, 수직 배치 및 지지 시스템은 7.62m(25ft)까지 연장될 것이다. 랜스를 튜브들 사이에 삽입하고 튜브들 사이로부터 철수하는 동안 뿐만 아니라 제트 스위핑 조작을 하는 동안에, 측면 부하가 가해질 것이다. 본 발명의 상부 측면 지지 서브시스템은 도 11에 도시되어 있으며, 튜브 지지 플레이트(250)와 같은 튜브 지지 플레이트와 기계적으로 맞물리고 풀려지는데, 추가적인 액츄에이터는 필요하지 않다.

도 12a에 도시된 바와 같이, 대상인 튜브 지지 플레이트(250)에 도달하자마자, 유상 하중(pay load, 252)(상술한 분무 헤드 중 어느 하나)이 약간 상승하여, 도 12b에 도시된 바와 같이 핑거(254 및 256)가 개방되는 것이 가능하다. 자석(258 및 260)은 도 12b에 도시된 위치로 인덱싱되는 것을 돕는다. 핑거(254 및 256)가 개방된 위치에 놓일 때, 수직 배치 시스템이 더 연장되어 도 12c에 도시된 바와 같이 핑거를 회전시켜 잠글 것이다. 그런 후에 도 2에 도시된 바와 같은 배치 및 지지 서브시스템의 최상단 실린더가 수직으로 이동하여, 세척 작업이 수행되는데, 이때 측면 지지 시스템은 잠기고 실린더는 정지된다. 이 방법을 역행하면 풀림이 이루어진다. 측면 지지 시스템 피봇 핀(262)이 아래로 당겨져서 하부 실린더가 후퇴되고, 하부 실린더가 후퇴되는 경우 유동 슬롯에 대해 기대어 있는 패드 상에서의 마찰로 인하여 도 12b로 도시된 위치로 핑거 어셈블리가 회전된다. 그런 후에 독립적인 상부 실린더의 후퇴로 핑거는 도 12a에 도시된 바와 같은 집어넣어진 위치로 접혀지고, 유동 슬롯을 통해 새로운 배치 위치로 통과되게 한다.

복구에 있어서는, 스팀 생성기의 내부 영역으로 임의의 장치가 배치되는 것이 관심 대상이다. 본 발명에 따른 비상 복구는, 제 2 스테이지 실린더에 부착된 실린더 연장 제어 케이블상의 인장(tension)에 의해 이루어진다. 핑거가 도 12b에 도시된 바와 같이 집어넣어진 위치에 있다면, 비상 복구가 개시되는 경우 상호 간섭이 발생하지 않는다. 핑거가 도 12b에 도시된 바와 같이 준비 위치에 있다면, 하향 도중에 일어나는 각 튜브 지지 플레이트와의 접촉은, 이들을 충분히 안쪽으로 단순하게 회전시켜 유동 슬롯을 거쳐 통과되게 한다. 도 12c에 도시된 바와 같이 측면 지지 시스템이 맞물리는 경우, 비상 복구가 시작될 때, 튜브 지지 플레이트와의 측면 지지 시스템 접촉과 관련된 마찰을 극복할 수 있도록, 충분한 텐션이 케이블에 가해진다. 유상 하중이 완전히 하향되고 그리고 핑거 상에 안착된다면, 후퇴되는 동안 다음 지지 플레이트와의 접촉으로 핑거는 안쪽으로 회전되고, 유상 하중은 도 12a의 집어넣어진 배치로 상승시킨다.

다른 서브시스템

도 13에는, 고압수를 각각의 분무 헤드의 제트에 공급하고, 저압수를 수직 배치 시스템 실린더에 공급하며, 필요한 만큼 공기 및 전기 동력을 공급하고, 세척 시스템으로부터 비디오 피드백받는 공정 서브시스템(300)이 도시되어 있다. 또한 공정 서브시스템(300)은, 랜싱하는 동안 안정한 수준을 유지하도록 스팀 생성기로부터 흡입을 위해 제공되고, 이것은 세척 헤드의 물 제트 분무 노즐로 물을 충분하게 재순환시키기 위해 여과할 것이다. 대다수의 공정 시스템은, 격납 빌딩(containment building)의 외부의 트레일러(302)에 배치되고 현재 튜브 시트 슬러지 랜싱을 위해 사용되는 공정 시스템과 매우 유사하다. 고압수가 고압 펌프(304)를 통해 각 세척 헤드의 노즐 제트에 공급되고, 저압수는 저압 펌프(306)에 의해 배치 및 지지 서브시스템 실린더에 공급되고, 그리고 공기, 전기 및 비디오 신호는 각각의 라인(308,310 및 312)을 통해 전송된다. 흡입 펌프(314)는 랜싱을 하는 동안 안정한 수준을 유지하고, 필터(316 및 318)는 고압 펌프(304)를 통하여 물 제트 분무 노즐로 충분하게 재순환되도록 흡입 펌프(314)로부터의 물을 여과한다.

도 14에 도시된 제어 서브시스템(340)은, 수직 배치/지지 시스템 및 튜브간 강성 완드(wand) 서브시스템의 작용 뿐만 아니라, 모든 공정 시스템 작용을 제어하는 수단을 제공한다. 모든 대부분의 시스템 작용은, 엔코더로부터 위치 피드백되는 폐쇄 루프 제어 하에 있다. 컴퓨터 인터페이스(342)는 위치 및 작용 정보를 제공할 뿐만 아니라 제어도 실행한다. 화살표(344)로 도시된 바와 같은 튜브 갭에서의 제트 스위핑, 화살표(346)에 의해 기술된 바와 같은 세척 헤드의 회전, 화살표(348)로 도시된 것과 같은 배치 및 지지 서브시스템의 실린더의 상승과 하강, 및 도 5a-5c에 기술된 방법론에 따라 세척에 영향을 미치도록 화살표(350)에 의해 도시된 것과 같은 병진 운동 등과 같은 상대 운동은, 자동적으로 실행되도록 프로그램된다. 또한, 제어 콘솔(console)은 비디오 시스템용 모니터를 포함한다. 튜브 간 접근 시스템은 1.03㎝(0.406") 갭에 들어가야만 하고, 0.635㎝(0.250") 직경의 웰치 알린(Welch Allyn) 비디오 탐침을 사용한다.

세척, 탐색, 및 수리 서브조립체

도 15에 도시된 바와 같이, 신축성 아암(402)은 회전 조인트(400)를 통해 도 2에 도시된 배치 및 지지 장치의 최상부 유압 실린더(66)에 부착될 수도 있다. 회전 조인트(400)는 미국 특허 제 5,265,129호에 도시된 엘보우 조인트와 유사할 수도 있다. 신축성 아암(402)의 말단부 상에는, 지지 플레이트(26)와 튜브(12)로 도시된 것과 같은 상부 튜브들과 상부 지지 플레이트를 드릴 가공하는 드릴 조립체(404)가 제공되어 있다. 회전 조인트(400)는 화살표(403)로 도시된 바와 같이 아암(402)을 수평하게 회전시키며, 화살표(405)로 도시된 바와 같이 아암(402)을 수직하게 회전시킨다. 또한, 도 11에 도시된 지지 기구(248)는 플레이트(26)의 유동 슬롯에 대해 고정되는 방식으로 상부 유압 실린더(66)를 유지시킨다. 신축성 아암(402)과 드릴 조립체(404)가 지지 플레이트 내에 형성된 유동 슬롯을 통해 상부로 상승되는 동안, 신축성 아암(402)과 드릴 조립체(404)는 도 2에 도시된 배치 및 지지 장치의 상부 수압 실린더(66)와 일치하여 정렬된다. 일단 스팀 생성기 내에서 원하는 레벨에 도달하면, 회전 가능한 기구(400)는 아암(402)을 화살표(405)로 도시된 바와 같이 상방으로 수직하게 분절시키며, 이후 신축성 아암(402)의 개별적인 신축성 요소가 화살표(407) 방향으로 연장한다.

도 16에 도시된 바와 같이, 그리퍼 조립체(406)가 또한 스팀 생성기의 상부 튜브 다발에 대한 물체를 회수하기 위해 신축성 아암(402)에 부착될 수도 있다. 도 17에 도시된 신축성 아암(402)에 부착된 톱 조립체(408)에 의해 또는 아암(402)에 부착되어 다양한 작용을 수행하는 전극 방전 기계(Electrode Discharge Machine) 헤드에 의해 절단이 이루어질 수도 있다. 톱 조립체(408)는 화살표(409)로 도시된 바와 같은 톱질 작용을 제공하는 왕복 운동식 톱일 수도 있다.

도 18에 도시된 바와 같이, 신축성 아암(402)은 또한 스팀 생성기 내에서 용접 작용을 수행하는 용접 조립체(410)를 갖출 수도 있다. 용접은 전기 아아크 기술을 사용하여 수행될 수도 있고, 또는 광섬유를 통해 용접 위치로 이송되는 레이저 비임을 사용하여 수행될 수도 있다.

스팀 생성기 내에서 9.144m(30ft) 상방으로 연장되고 이후 개별 튜브들 사이에서 바깥쪽으로 연장되는 어떠한 장치든지, 엉키지 않으며 또는 스팀 생성기내에서 고장나지 않는다는 것이 매우 중요하다. 따라서, 도 19에 도시된 아암(412)은 그래파이트(graphite) 또는 다른 적절한 가요성 재료로 제작된 가요성 랜스여서, 아암은 스팀 생성기의 내부에서부터 후퇴되기에 충분한 유연성을 갖는다. 다른 실시예에서, 도 20에 도시된 바와 같이, 아암(413)은 두 개의 섹션(414,415)으로 구성된다. 아암 섹션(414)은 상당히 가요성일 수도 있는 반면, 다른 아암 섹션(415)은 다소 강성일 수도 있다. 아암 섹션(414)은 신축성 실린더 또는 동등한 기구의 사용을 통해 화살표(417)로 도시된 방향으로 외부를 향해 연장될 수도 있으며, 또는 스팀 생성기의 유동 슬롯을 거친 배치가 단순해지도록, 아암 섹션(415)에 대해 화살표(419)로 도시된 방향으로 피봇될 수도 있다. 다른 실시예에서, 아암 섹션(415)을 보다 가요성인 재료로 제조할 수도 있고, 다른 아암 섹션(414)을 보다 강성인 재료로 제조할 수도 있다. 아암 섹션(414)은 세척 노즐(421), 비디오 카메라(423), 및/또는 도 15의 드릴 조립체(404), 도 16의 그리퍼 조립체(406), 도 17의 톱 조립체(408), 및/또는 도 18의 용접기(410)(이하에 상세하게 기술됨)를 포함할 수도 있다.

다른 실시예에서, 도 21에 도시된 바와 같이 아암(412)은, 아암(412)을 튜브 다발 중에 위치시키는데 사용되는 오프셋 기구(416)를 통해 회전 가능한 기구(400)에 부착될 수도 있다. 붐(66)이 지지 기구(248)를 통해 정위치에 고정될 때, 오프셋 기구(416)는 아암(412)을 이동시키기 위해 화살표(417)로 도시된 방향으로 조절될 수도 있다.

다른 실시예에서는, 도 22에 도시된 단길이의 아암(418)이 단길이의 튜브 레인 주변의 튜브를 세척, 탐색, 또는 수리하기 위해 사용된다(도 23 참조). 도 19에 도시된 아암(412)은 스팀 생성기의 장길이 튜브 레인 주변의 튜브를 세척, 탐색, 또는 수리하기 위해 사용되며, 아암 섹션(412,414)을 구비하는 아암(413)은 스팀 생성기 내에서 튜브 레인의 가장 깊은 부분에 대해 튜브를 세척, 탐색, 및 수리하기 위해 사용된다. 도 23을 참조하라.

따라서, 본 발명에 따른 시스템은 상부 튜브 다발을 세척, 탐색, 및 수리 또는 재가공시키는데 용이하다. 도 16에 도시된 그리퍼 조립체(406)는 용접봉 또는 바아 또는 브라켓을 유지하기 위해 사용될 수도 있는 반면, 도 18에 도시된 용접 조립체(410)는 개별적인 튜브를 용접하기 위해 사용된다. 도 20에 도시된 카메라(423)는 공정 중에 작업을 탐색하고 감시하기 위해 사용될 수도 있다.

대안적인 배치 서브시스템

도 2에 도시된 배치 서스시스템(50)이 도 3, 6, 7, 및 도 15 내지 도 22에 도시된 다양한 세척, 탐색, 및 수리 장치를 배치하기 위해 사용될 수도 있지만, 접혀진 상태에서는 높이가 단지 45.72cm(18inch)이고 9.144m(30ft) 까지 연장해야 하는 붐 및 신축성 실린더 조합체(도 2)는 설계, 제조, 및 제어가 어렵기 때문에, 다른 배치 서브시스템이 사용될 수도 있다. 더욱이, 이러한 구성은 붐(70)이 스팀 생성기 내에 위치될 것을 요구한다.

대조적으로, 본 발명은 스팀 생성기(484)의 외부로부터 핸드 홀(482)을 거쳐 공급될 수 있는 도 24에 도시된 신장형 몸체(480)를 포함하고 있다. 신장형 몸체(480)는 도면 부호(486)에 도시된 바와 같이 상방으로 이동하는 위치로 굽혀질 수 있도록 충분히 가요성을 가지며, 다른 구조(488)에서는 세척 헤드/탐색 및/또는 수리 장치가 스팀 생성기를 통해 상방으로 이동하여 상부 튜브 다발에 도달하도록 강성을 갖는다.

본 발명에 따른 시스템에는 도 24에 도시된 바와같이 신장형 몸체(480)를 지지 플레이트를 거쳐 상방으로 구동시키고, 또한 신장형 몸체(480)를 지지 플레이트를 거쳐 아래로 후퇴시키기 위한 소정의 수단(492)이 있다.

바람직한 실시예에서, 도 24에서의 신장형 몸체(480)는, 도 25에 도시된 바와 같은 모터(502)와 컨테이너(506) 내의 스택(504)으로부터 펼쳐질 때 구동 조립체(503)에 의해 구동되는 강성 체인(500)이다. 터닝 슈(turning shoe, 508)는 강성 체인(500)을 상방으로 전환시켜서 탐색/세척/수리 헤드(510)를 스팀 생성기의 상부 튜브 다발로 이송한다. 강성 체인(500)은 터닝 슈(508)에서 굽혀질 수 있도록 충분한 가요성을 가지지만, 또한 터닝 슈(508)에서 굽혀진 후에 상방으로 연장하고 굽힘부(508)로부터 약 9.144m(30ft) 정도의 상부 튜브 다발 주변의 세척 및 탐색 장치들을 지지하기에 충분한 강성을 가진다.

다른 신장형 몸체들이 가능하지만, 일배치에서는 유동 슬롯을 거쳐 상방으로 연장되는 위치에서 굽혀질 수 있도록 가요성을 가지고 또한 다른 배치에서는 스팀 생성기의 지지 플레이트 내의 유동 슬롯을 거쳐 상방으로 세척 헤드/탐색 장치를 위치시키고 지지하기 위해 강성을 가지고 사용되는 한, 본 발명의 범위 내에 있다. 이하에 다양한 실시예들을 기술한다.

강성 체인

본 실시예에서는 도 26에 도시된 바와 같이 두 개의 강성 체인(520, 522)이 사용된다. 강성 체인(522)은 도면 부호(524)로 도시된 바와 같이 오직 한방향으로만 굽혀지도록 구성되는 반면, 다른 강성 체인(520)은 도면 부호(526)로 도시된 바와 같이 오직 반대방향으로만 굽혀지도록 구성된다. 서로 맞기댄 채로 놓이는 경우, 이러한 조합체는 상방으로 배치되기에 충분한 강성을 가져서, 세척 헤드/탐색 및/또는 수리 장치를 지지 플레이트(528, 530, 532)에 형성된 유동 슬롯을 거쳐 상방으로 지지될 수 있다. 강성 체인(520)은 환형부(534) 내에 배치되는 반면, 다른 강성 체인(522)은 다른 환형부(536) 내에 배치된다. 이후, 이들 양 체인들은 구동기(538)에 의해 가이드 슈(540, 542)를 거쳐 각각 구동된다. 비디오/세척 유체/동력 도관(544)이 인장 아암(546)에 의해 인장된다.

도 27에 도시된 바와 같이, 통상적인 비강성 체인(550)은 두 방향으로 자유롭게 굽혀질 수 있다. 그렇지만, 도 28에 도시된 강성 체인(522a)은 단지 한방향으로만 굽혀질 수 있다. 도 29에 도시된 두 개의 체인(522b, 522c)이 서로 맞기댄 상태로 놓여 있는 경우, 소위 각각의 체인 자체만으로는 일배치에서 가요성인 조립체로부터 형성되는데, 즉 각각의 체인에 의해 강성 구조물이 형성된다.

다른 강성 체인이 도 30에 도시되어 있다. 각각의 링크(560)는 비디오(562), 세척 스프레이(564), 및 동력 도관(566) 들을 이송시키기 위해 중공형으로 형성된다. 핀(568)은 링크들이 서로에 대해 회전하는 것을 방지하기 위해 인접한 링크에 끼워맞춤된다. 핀(568)은 링크(560)에 대해 링크(572)가 굽혀지도록 해제된다.

이러한 실시예에서, 90°회전한 후에 끼워맞춤핀을 밀기 위해 사용되는 도 31에 도시된 구동을 위한 수단(492)의 핀 드라이브(573)가 강성 구조물을 형성하기 위해 제공된다. 또한 핀 드라이브는 스팀 생성기의 지지 플레이트의 유동 슬롯을 거쳐 하방으로 강성 체인이 후퇴할 때 끼워맞춤핀을 당긴다. 핀 드라이브(573)는 핀(577)의 상부에 대항하여 지지하는 리프형(leaf type) 스프링 세트와 같이 단순할 수 있으며, 화살표(575)로 도시된 방향으로부터 밀 때 핀을 홀 내에 끼워맞춘다. 화살표(581)로 도시된 방향에서 핀(579)이 뒤로 당겨지는 경우, 리프형 스프링은 핀 헤드 아래를 지지하여, 핀이 링크 내 홀로부터 해제된다.

다른 실시예에서, 강성 체인 개념은 도 32에 도시된 바와 같이 핀(604,606)에 의해 링크(602)에 연결되는 다른 링크(600)를 포함한다. 링크(602) 상의 멈춤볼(608)이 링크(600) 상의 멈춤 리셋스(610)와 끼워맞춤된다. 이러한 방식에서, 링크(602)는 링크(600)에 대해 수직하게 잠궈지지만, 충분한 굽힘력(도 25에 도시된 터닝 슈(508)를 통해 체인을 밂으로써)이 가해질 때, 멈춤볼(608)은 멈춤 리셋스(610)로부터 이동되어서 링크(600)가 링크(602)에 대해 피봇될 것이며, 이에 의해 스팀 생성기의 내부의 지지 플레이트에 형성된 유동 슬롯을 거쳐 상방으로 연장하여 굽혀지는 가요성 구성이 제공된다. 굽힘이 완료된 후에, 한쪽 링크의 멈춤볼은 다시 인접하는 링크의 멈춤 리셋스와 끼워맞춤되어서 스팀 생성기를 거쳐 탐색/세척 장치를 상방으로 상부 튜브 다발에 인접하게 위치시키고 지지하는 강성 구조물을 제공한다.

도 32에 도시된 구성은, 단지 한세트의 링크가 요구되는 도 26에 도시된 쌍을 이루는 강성 체인 구성에 대하여 장점을 제공하고, 또한 핀 끼워맞춤/해제 구동이 요구되지 않는다는 점에서 도 30에 도시된 핀 구성에 대하여 장점을 제공한다. 또한, 도 32에 도시된 구성에서, 내부 중공형 링크(600,602)는 노즐에 세척 유체를 제공하고, 공구(용접기, 그리퍼 등)에 동력을 제공하고, 비디오 카메라로 또는 비디오 카메라로부터의 비디오 신호를 전달하는 도관 서브시스템용 경로를 제공한다.

다른 실시예에서, 도 33에 도시된 강성 체인(620)은 볼 및 스프링 조립체(626)에 의해 연결된 링크(622,624)를 포함한다. 스프링(628)은 링크(624)를 편향시켜서 링크(622)에 대해 고정되도록 하지만, 충분한 굽힘력(도 25에 도시된 터닝 슈(508)을 통해 체인을 밂으로써)이 가해질 때, 링크들은 서로에 대해 90°회전하게 된다(도 1의 도면 부호 31 참조). 이러한 실시예에 가장 유사한 것은 폴의 중심을 관통하여 이어지는 탄성 "번지(bungie)" 코드에 의해 결합된 일련의 텐트 폴이다. 90°회전된 후, 스프링은 링크들을 함께 편향시켜서 스팀 생성기를 통해 상방으로 배치되는 강성 구조물을 제공한다.

다른 실시예에서, 도 34에 도시된 링크(650)는 희토류 자석(652)을 갖추고 있는 반면, 다른 링크(654)는 철판(656)을 포함한다. 링크(650)의 자석(652)은 링크(654)의 철판(656)에 끌려서 링크들이 함께 고정되도록 민다. 그렇지만, 도 32 및 도 33에 도시된 구성과 같이 충분한 굽힘력이 가해지는 경우에는 링크들이 서로에 대해 회전되지만, 체인이 굽혀진 후에는 맞물리게 것이다. 도 35에 도시된 강성 체인(660)은 도 33에 도시된 스프링 실시예와 도 34에 도시된 자석 실시예의 조합체이다.

다른 실시예에서, 도 36에 도시된 강성 체인(680)은 현저하게 긴 링크(682,684,686)를 갖추고 있으며, 이들 각각의 링크들은 링크(682)에 대해 도시된 바와 같이 각각 인접하는 링크가 한방향으로 회전되는 것을 방지하는 연장부(690)를 갖추고 있다. 이들 긴 링크들은 시스템에서 요구되는 링크의 총수를 최소화시킨다.

강성 링크

일배치는 가요성이고 다른 배치는 강성인 도 24에 도시된 신장형 몸체(480)에 대한 다른 실시예는 도 37에 도시된 바와 같은 일련의 강성 링크이다. 중공형 강성 링크(706,708,710)는 각각 인접하는 링크(706,708,710)들 사이에 분절형 리셋스(702,704)를 포함하고 있다. 이러한 실시예에서, 분절형 리셋스는 각각의 링크의 한측부 상에만 형성되어 있다. 피봇핀(712)과 분절형 리셋스(702)는 링크(706)를 다른 링크(708)에 대해 화살표(714)로 도시된 방향으로 약간 회전시킨다. 각각의 링크가 약간 회전될 수 있기 때문에, 일련의 강성 링크는 스팀 생성기의 블로우다운 레인을 가로지르는데 필요한 정도로 굽혀질 수 있으며(도 1 참조), 이후 유동 슬롯을 통해 상방으로 연장되도록 한다. 이러한 구성에서는, "백본(backbone)"부(716)가 개별적인 링크들이 화살표(718)로 도시된 방향으로 굽혀지는 것을 방지하기 때문에, 이러한 조립체는 완전히 강성이다.

유사한 구성이 강성 링크(722,726,728)에 대해 도 38에 도시되어 있다. 이러한 경우, 각각의 링크(722,724,726)는 탄성체 힌지 부재(730)에 의해 인접하는 링크에 연결된 중공형 부재를 포함하고 있다. 각각의 탄성체 힌지 부재의 각각의 측부상에는 분절형 리셋스(736,738)가 형성되어 있다. 일련의 링크들은 블로우다운 레인 아래로 구동하도록 충분히 굽혀질 수 있으며, 이후 유동 슬롯을 통해 위로 연장하도록 상방으로 휘어질 수 있다. 각각의 링크에 형성된 오리피스(733)를 관통하는 직선형 케이블(732)이 강성 구조물에서 링크들을 고정시키기 위해 사용된다. 공급수 도관(734)과 주변 서비스 라인(736)이 각각의 링크의 중심을 관통하고 있다. 이들 링크들은 소정의 가요성 플라스틱 재료로 제조될 수도 있다.

마스트(mast)의 실시예들

상기한 여러 강성 체인 또는 강성 링크의 대안적인 실시예가 도 39에 도시되어 있다. 연장가능한 마스트(760)는, 편평한 롤(764)로부터 벗어나는 경우에도 공급될 수 있더라도 도면 부호(762)로 도시된 바와 같은 튜브를 형성하도록 일반적인 자가-편향 재료로 구성된다. 마스트(760)의 재료로는 일반적으로 캐나다 온타리오 브람프톤 에어포트 로드 9445에 소재한 스파르 에어로스페이스(Spar Aerospace)로부터 생산되는 0.010 스프링-템퍼링된 스테인레스강이다. 재료의 본래 모양은 많이 겹쳐진 모양이며, 지름이 2"이다. 튜브는 슬리이브(764)와 같은 안내 슬리이브(764)에 의해 그의 길이를 따라 보강될 수도 있다.

도 40에 도시된 바와 같이, 마스트(760)는 자켓(776)으로 둘러싸인 공급수 라인(770) 및 주변 서비스 라인(772,774)을 스팀 생성기의 유동 슬롯을 거쳐 상방으로 안내한다. 모터 드라이브(778)는 이러한 실시예의 배치 시스템을 유동 슬롯을 거쳐 상방으로 구동시킨다. 모터 드라이브(778)는 대응 회전 드럼(780,782)을 갖추고 있으며, 이러한 각각의 대응 회전 드럼은 안내 로울러 배열체(784)를 구동시킨다. 대안적으로, 마스트 재료의 두 개의 로울러는 튜브를 형성하기 위해 사용될 수도 있으며, 각각의 로울러는 여분의 강성을 위해 여러번 겹쳐지는 튜브의 반을 형성한다.

조합된 마스트/강성 링크의 실시예들

도 41에 도시된 바와 같이 스팀 생성기의 상부로 연장되는 강성 링크와 같이 추가적인 지지를 위해,도 40에 도시된 마스트는 도 37에 도시된 강성 링크(700)의 실시예를 포함하는 상기한 강성 체인들 또는 강성 링크들과 조합하여 사용될 수도 있다. 도 41에 도시된 마스트 저장 드럼(782)은 로울러 또는 로울러들 또는 마스트 재료를 포함하고 있으며, 터닝 슈(784)는 스팀 생성기의 핸드 홀의 외부로부터 강성 링크들을 공급하는데, 궁극적으로는 연속적인 일련의 지지 플레이트에 형성된 유동 슬롯을 거쳐 상방으로 강성 링크들을 공급한다.

본 발명의 신장되는 뱀형 몸체의 실시에에서는, 강성 체인 또는 강성 링크의 실시예들 또는 마스트 재료의 실시예, 또는 그의 조합들이든지간에, 도 2에 도시된 종래 기술의 붐 및 신축성 실린더가 제거되며, 대신에 신장형 몸체가 스팀 생성기의 핸드 홀을 통해서 그리고 연속하는 지지 플레이트에 형성된 유동 슬롯을 거쳐 공급될 수 있도록 충분히 작다. 또한 몸체는 시스템의 어떤 요소의 위험이 스팀 생성기의 상부 영역에 머무르는 것을 방지하기 위해 완전히 후퇴될 수 있다. 몸체는 일배치에서는 연속하는 지지 플레이트에 형성된 유동 슬롯을 거쳐 상방의 연장을 위한 위치로 굽혀질 수 있는 충분한 가요성을 가지며, 다른 배치에서는 상부 튜브 다발에 대해 세척 헤드/탐색 장치를 상방에 위치시키고 지지할 수 있도록 충분한 강성을 갖는다.

따라서, 본 발명의 어떠한 실시예에서도, 굽혀질 수 있고 또한 굽혀진 후에는 세척 헤드 또는 탐색 장치를 스팀 생성기 내의 9.144m(30ft) 상방의 위치에서 지지하기에 충분한 강성을 갖는 배치 장치를 제공하는, 표면적으로 상호 간에 배제적인 목적이 달성된다.

본 발명의 특징은 도면에 잘 도시되어 있지만, 이것은 편리에 따라 본 발명의 특징 중 일부 또는 모든 것이 결합될 수 있다.

다른 실시예가 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 이는 다음의 청구범위내에 포함된다.

Claims (37)

1. 스팀 생성기의 상부 튜브 다발용 세척, 탐색, 및 수리 시스템으로서, 상기 시스템이:

   상기 스팀 생성기 내에 수용 가능한 배치 및 지지 장치(50)로, 상기 스팀 생성기의 튜브 시트(32)에 인접하는 스팀 생성기 쉘 내의 출입구를 통해 공급될 수 있는 신장형 몸체(480, 500)를 포함하고, 상기 신장형 몸체(480, 500)가 일배치에서는 상기 스팀 생성기(10) 내부의 지지 플레이트(14, 16, 18, 20, 22, 24, 26)에 형성된 유동 슬롯(28, 30)을 거쳐 상방향으로 연장되기 위한 위치로 굽혀지기 위한 가요성이고, 다른 배치에서는 상기 스팀 생성기를 통해 위로 상기 스팀 생성기의 상부 튜브 다발에 인접하게 세척 장치, 탐색 장치 및 공구를 위치시키고 지지하기 위한 강성인 배치 및 지지 장치(50);

   상기 신장형 몸체(480, 500)를 상기 지지 플레이트를 거쳐 상부로 구동시키고, 상기 지지 플레이트를 거쳐 하부로 후퇴시키기 위한 수단(492, 502 및 503, 778);

   상기 배치 및 지지 장치의 말단부에 부착되는 회전 가능한 기구(400);

   상기 회전 가능한 기구의 제 1단부 상에 부착되는 아암(402, 412, 413, 418); 그리고

   상기 아암의 제 2단부 상에, 세척 장치(70, 120), 탐색 장치(126, 423), 및 공구(404, 406, 408, 410) 중의 하나 또는 그 이상의 장치를 포함하는 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 세척 장치가 다수의 노즐(84, 86, 88, 90; 123, 125, 127, 129)을 포함하는 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 탐색 장치가 상기 아암 상에 배치되는 탐색 카메라(423)를 포함하는 시스템.
4. 제 1항에 있어서, 상기 공구가 드릴 조립체(404)를 포함하는 시스템.
5. 제 1항에 있어서, 상기 공구가 그리퍼 조립체(406)를 포함하는 시스템.
6. 제 1항에 있어서, 상기 공구가 톱 조립체(408)를 포함하는 시스템.
7. 제 1항에 있어서, 상기 공구가 용접 조립체(410)를 포함하는 시스템.
8. 제 1항에 있어서, 상기 신장형 몸체가 강성 체인(500)인 시스템.
9. 제 1항에 있어서, 상기 신장형 몸체가 한쌍의 강성 체인(520, 522, 552b, 552c)을 포함하며, 각각의 상기 강성 체인은 한방향으로만 굽힘가능하고 상기 굽힘에 의해 상기 스팀 생성기 내로 배치되며, 상기 한쌍의 강성 체인이 강성 배치에서는 등을 맞대게 배치되는 시스템.
10. 제 1항에 있어서, 상기 신장형 몸체가 한쌍의 강성 체인(520, 522, 552b, 552c)을 포함하며, 각각의 상기 강성 체인은 한방향으로는 자유롭게 굽혀질 수 있지만 그 반대방향으로는 강성을 갖는 시스템.
11. 제 10항에 있어서, 세척 및 탐색 장치를 상기 스팀 생성기를 통해 위로 위치시키고 지지하기 위하여, 한 쌍의 강성 체인이 등을 맞대게 지향시켜 강성 구조물을 제공하기 위한 수단을 더 포함하는 시스템.
12. 제 8항에 있어서, 상기 강성 체인이 다수의 링크(560 및 572, 600 및 602, 622 및 624, 650 및 654)를 포함하며, 상기 각각의 링크가 일배치에서는 인접한 링크에 대해 피봇가능하며, 다른 배치에서 상기 링크들이 피봇팅에 대하여 인접한 링크들을 해제가능하게 잠그기 위한 수단을 포함하고 있는 시스템.
13. 제 12항에 있어서, 상기 해제가능하게 잠그기 위한 수단이 끼워맞춤 핀들(568, 577, 579)을 포함하고, 상기 핀들은 끼워맞춤될 때 상기 링크들을 함께 잠그기 위한, 그리고 상기 핀들은 해제될 때 상기 링크들을 해제시키기 위한 핀인 시스템.
14. 제 13항에 있어서, 상기 구동시키기 위한 수단이 상기 핀들을 자동적으로 해제하고 끼워맞추기 위한 수단(573)을 포함하는 시스템.
15. 제 12항에 있어서, 상기 해제가능하게 잠그기 위한 수단이, 상기 링크의 일부분 상에 멈춤볼(608)과, 그리고 인접한 링크의 일부분 상에 보완 멈춤 리셋스(610)를 포함하는 시스템.
16. 제 12항에 있어서, 상기 해제가능하게 잠그기 위한 수단이 하나의 링크를 인접한 링크와 맞물리는 상태를 유지하도록 힘을 가하기 위한 스프링(628)을 포함하는 시스템.
17. 제 12항에 있어서, 상기 해제가능하게 잠그기 위한 수단이 하나의 링크를 인접한 링크와 맞물리는 상태를 유지하도록 힘을 가하는 자석(652)을 포함하는 시스템.
18. 제 12항에 있어서, 상기 해제가능하게 잠그기 위한 수단이 하나의 링크를 인접한 링크와 맞물리는 상태를 유지하도록 힘을 가하는 스프링 및 자석 모두를 포함하는 시스템.
19. 제 8항에 있어서, 상기 강성 체인이 다수의 링크(682, 684, 686)를 포함하며, 상기 각각의 링크(682, 684, 686)는 힌지와, 그리고 인접한 링크가 한방향으로 이동하는 것을 방지하기 위해 상기 힌지를 초과하여 연장되는 연장부(690)를 구비하는 시스템.
20. 제 1항에 있어서, 상기 신장형 몸체가 다수의 강성 링크를 포함하는 시스템.
21. 제 20항에 있어서, 상기 각각의 링크는 힌지와, 그리고 인접한 링크가 한방향으로만 이동하도록 상기 힌지에 인접하여 형성되는 하나 이상의 분절형 리셋스(702, 704, 736, 738)를 구비하는 시스템.
22. 제 21항에 있어서, 상기 링크가 상기 힌지의 각각의 측부 상에 분절형 리셋스를 포함하는 시스템.
23. 제 1항에 있어서, 상기 신장형 몸체가 튜브를 형성하기 위해 자가-편향 재료로 형성되는 연장가능한 마스트(760)를 포함하는 시스템.
24. 제 23항에 있어서, 상기 구동 수단이 한쌍의 대응 회전 드럼(780, 782)을 포함하며, 상기 대응 회전 드럼이 이들 사이에서 맞물리는 상기 마스트 재료를 구동시키기 위한 회전 드럼인 시스템.
25. 제 1항에 있어서, 상기 신장형 몸체가 튜브를 형성하기 위하여 자가-편향 재료로 형성되는 연장가능한 마스트에 의해 지지되는 강성 체인(700)을 포함하는 시스템.
26. 제 1항에 있어서, 상기 신장형 몸체가 튜브를 형성하기 위하여 자가-편향 재료로 형성되는 마스트에 의해 지지되는 일련의 강성 링크들을 포함하는 시스템.
27. 제 1항에 있어서, 상기 구동 수단이 상기 신장형 몸체를, 상기 튜브 시트에 인접한 위치로부터, 상방으로 이로부터 상기 스팀 생성기의 상부 튜브 다발까지 연장하기 위한 위치로 지향시키 위한 터닝 슈(784)를 포함하는 시스템.
28. 제 1항에 있어서, 상기 회전 가능한 기구에 대하여 상기 아암을 변위시키기 위한 오프셋 기구를 더 포함하는 시스템.
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