用于壓力容器進入閉合件的凸起的膜/嵌入板的制作方法

專利名稱：用于壓力容器進入閉合件的凸起的膜/嵌入板的制作方法
技術領域：
本發明大體上涉及進入開口蓋密封件并且更具體地涉及采用進入開口蓋密封件的壓力容器。
背景技術：
用在核反應堆電站中的蒸汽發生器是非常大型的熱交換器，在所述熱交換器中來自被核反應堆加熱的一級流體的熱量被傳遞至二級流體，所述二級流體被轉化為蒸汽并用
于驅動渦輪發電機。蒸汽發生器熱交換器被容納在較高且通常為圓柱形的鋼制外殼內。大量U形熱交換器管道被封閉在外殼中并且其端部插入在鋼制外殼底部附近的水平管板或板中所形成的孔內。管道用于傳送已在核反應堆中被加熱的一級流體。用于產生蒸汽的二級流體或給水被引入蒸汽發生器中以使得二級流體在被加熱的管道四周流動，由此將大量二級流體轉化為蒸汽，所述蒸汽被容許通過鋼制外殼頂部處的出口噴嘴離開蒸汽發生器。過去，核電廠中的蒸汽發生器管材被暴露于極端操作條件并且易于發生應力腐蝕開裂、機械磨損、壁變薄和凹陷。為解決該易感性，已研制出一些技術用于在管材失效之前檢查蒸汽發生器管材有無老化，從而防止一級放射性冷卻劑滲漏至二級側內，所述滲漏將導致強制性停役(forced outages)。蒸汽發生器管材已最普遍地使用多種渦流方法進行檢查，大部分涉及探針，所述探針從位于蒸汽發生器一級側上的管板下側插入管道內。探針被插入通過蒸汽發生器的管板下方的下半球狀一級冷卻劑入口和出口側中的蒸汽發生器人孔(manway)并進入管板內，由此通過將探針向上插入穿過管道來測繪相應管道。除了最小化管道的應力腐蝕開裂、頸縮(denting)和壁變薄的發生，在預定的電廠停役期間對蒸汽發生器的二級側執行常規維護以去除淤渣、其他沉積物和松弛部件。這些維護操作需要通過進入開口(例如設在蒸汽發生器外殼和下封頭中的人孔)進入蒸汽發生器的一級和二級偵U。這些進入開口具有可去除蓋，所述可去除蓋在維護操作完成后必須被重新密封以復原對加壓環境的屏障，所述加壓環境在電廠運轉期間存在于發生器的一級和二級側的內部。當前使用的進入開口蓋通常采用平坦的嵌入板或膜，所述嵌入板或膜能夠分別容納墊片閉合件或密封焊接閉合件。無論閉合件是用墊片還是用密封焊接膜制成，該設計使用相同的蓋和螺紋緊固件。嵌入的目的在于為墊片提供內徑約束和密封表面，并且提供壓力容器的蓋和進入襯墊表面(通過抵靠其建立密封)之間的離隙或縫隙，以及提供流體和通常為鐵素體蓋材料之間的耐腐蝕屏障。如果襯墊墊片支持面在運轉期間或停機例行保養期間受損，在無法維修的情況下，能夠通過密封焊接膜提供密封。密封焊接膜一般僅用于當墊片支持面受損且維修不現實時或者當通過開口進入被認為不頻繁時。當必需使用密封焊接膜時，通常使用較小的填角焊件以容許如果以及當需要進入蒸汽產生器內部時在現場容易被去除。因為膜構造和使用的焊接類型的原因，一直以來不可能使焊接設計質量滿足ASMEB&PV規范第三項的要求。研制符合該規范的設計的主要問題是實現符合該規范的四十或六十年壽命的疲勞使用。由于焊接在該規范管轄權范圍之夕卜，因此滿足該規范并非強制性的。然而，從功能觀點看必需提供對導致滲漏的焊接失效具有余地的設計。具有滿足ASME規范的設計可以提供充分的余地以確保無滲漏的結合。因此，本發明的一個目的是提供一種在壓力容器壁和進入開口蓋之間的滿足ASME規范要求的密封件。本發明的另一目的是提供一種密封件，所述密封件降低焊縫上的應力，以減少在密封壽命中發生疲勞失效以及在蓋附屬硬件上發生彎曲載荷的可能性。
本發明的另一目的是提供一種密封件，所述密封件可以在其安裝的壓力容器的壽命期間持續有效。

發明內容
通過提供具有壁的壓力容器實現這些和其他目標，所述壁具有進入開口以及用于該進入開口的改進閉合件。改進的閉合件具有在圍繞進入開口的壁上的密封表面，且一個或凸或凹的鎖定裝置在進入開口四周的多個位置處形成于從密封表面徑向向外的壁上或壁中。嵌入件或膜被定位成橫跨進入開口，且所述膜具有放置在密封表面上方的外周凸緣以及在凸緣的內邊緣之間的連續圓形的部分。密封構件形成于密封表面和嵌入件或膜的凸緣之間，并且蓋在進入開口和膜上方延伸且徑向向外至少延伸至所述凸或凹鎖定裝置中的一個。所述一對凸或凹鎖定裝置中的另一個通過接合所述凸或凹鎖定裝置中的一個將蓋連接至壁并且將蓋壓靠膜或嵌入件的凸緣。在一個實施例中密封構件是墊片，并且在另一實施例中密封構件是焊接件并且優選地是填角焊件。優選地，鎖定裝置是螺紋緊固件，所述螺紋緊固件延伸通過蓋中的開口并且進入壁中的螺紋凹部內。螺紋緊固件可以是螺栓或雙頭螺栓等。在另一實施例中，嵌入件或膜的圓形部分延伸至進入開口內并且該圓形部分期望是半球狀或橢圓體狀。通常，膜的凸緣比圓形部分厚。


當結合附圖閱讀時，能夠從優選實施例的以下描述進一步理解本發明，其中圖I為可以應用本發明的進入開口蓋密封件的豎直蒸汽發生器的部分剖開的透視圖；圖2為采用嵌入件和墊片密封件的現有技術閉合件的側剖視圖；圖3為使用膜和填角焊密封件的現有技術閉合件的側剖視圖；圖4為使用半球狀嵌入件和墊片密封件的本發明的閉合件的側剖視圖；圖5為使用橢圓體狀嵌入件和墊片密封件的本發明的閉合件的側剖視圖；圖6為使用半球狀膜和填角焊密封件的本發明的閉合件的側剖視圖；以及圖7為使用橢圓體狀膜和填角焊密封件的本發明的閉合件的側剖視圖。
具體實施例方式參考附圖，圖I顯示利用多個U形管道的蒸汽或蒸氣發生器10，所述U形管道形成管道束12以提供加熱表面，所述加熱表面需要從在管道內行進的一級流體中轉移熱量，以蒸發或沸騰圍繞管道外部的二級流體。蒸汽發生器10包括容器，所述容器具有豎直定向的管狀外殼部分14以及封閉上端部的頂部罩或碟狀頭部16以及封裝下端部的通常半球狀的下封頭18。下外殼部分14在直徑上比上外殼部分15小，并且管板22被附接至下封頭18且具有布置于其中以接收U形管道端部的多個孔14。分隔板26被居中布置于下封頭18內以將下封頭分割為兩個隔間28和30，所述兩個隔間28和30作為管道束的頭部。隔間30是一級流體入口隔間并且具有與其流體連通的一級流體入口噴嘴32。隔間28是一級流體出口隔間并且具有與其流體連通的一級流體出口噴嘴34。因此，進入流體隔間30的一級流體(即反應堆冷卻劑)將被導致流經管道束12并經由出口噴嘴34流出。管道束12被包裹物36所環繞，所述包裹物36在包裝物36與外殼以及與圓錐體部分14和20之間分別形成環形通道38。包裝物36的頂部由下波紋板40覆蓋，所述下波紋鋼板40包括與多個提升管44流體連通的多個開口 42。旋轉葉片46被布置于提升管內以促使流經該處的蒸汽自旋并當蒸汽流經一級離心分離器時離心地去除夾雜在蒸汽內的一些水汽。從該一級分離器中的蒸汽分離出的水分返送至下波紋鋼板的頂表面。在流經一
級離心分離器后，蒸汽在抵達居中布置于碟狀頭部16的蒸汽出口 50之前穿過二級分離器48。該發生器的給水入口結構包括給水入口噴嘴52和排放噴嘴56，所述給水入口噴嘴52具有被稱為給水環54的通常水平的部分，所述排放噴嘴56升高至給水環的上方。在最近的設計中給水環在給水入口噴嘴高度的上方。經由給水入口噴嘴52供應的給水穿過給水環54且經由排放噴嘴56離開，并且與從蒸汽中分離的水分進行混合，并且被再循環。混合物隨后從下波紋鋼板40上方向下流動至環形通道38內。水分隨后進入包裝物36下部的管道束并且沿管道束向上流動，在所述管道束處水分被加熱以產生蒸汽。管道束間的液壓水流和二級側給水從液體到氣體的相變導致管道束12內管道間的嚴重振動。支承板62沿管道束12每隔一定高度串聯布置并且分別具有孔，相應的管道穿過所述孔并得到支承。在運轉期間并且由于二級側給水的相變，一些沉積物形成在管道束12、管板22以及支承板62上。支承板上的沉積物能夠減少冷卻劑通過支承板62內的支承孔的流動并且降低傳熱過程的效率。此外，在管板22基部四周以及鄰近延伸通過支承板的管道形成的這些沉積物能夠造成對管道的環境腐蝕的加重，這能夠腐蝕并最終破壞蒸汽發生器一級和二級側之間的屏障。此外，松弛部件收集器堰板(weir) 60能夠被用在下波紋鋼板40上，所述松弛部件收集器堰板60在2008年10月14日發布的美國專利No. 7，434，546中被更加完整地描述并被轉讓給本申請的受讓人。松弛部件收集器堰板60是在上部筒內部(即在蒸汽發生器10的下波紋鋼板10上方的內部容積)的接近圓柱型的壁結構，以沿從給水排放噴嘴56至管道束12的過渡路徑保持松弛部件。此外，一些操作發生器具有與下波紋鋼板40集成的淤渣收集器64。淤渣收集器形成沉淀池，所述沉淀池允許將夾雜在來自水汽分離器的再循環冷卻劑中的固態物沉淀出來。沉淀在管道四周的淤渣和橫穿管道束的松弛部件創造出極端的操作環境，所述極端的操作環境使得管道束中的管道易于發生應力腐蝕開裂、機械磨損、壁變薄和凹陷。為解決該易感性，已研制出一些技術用于在管材失效之前檢查蒸汽發生器管材是否老化以預防強制性停役。蒸汽發生器管材已普遍使用多種渦流方法進行檢查，大部分涉及探針，所述探針從位于蒸汽發生器一級側上的管板22的下側插入管道內。探針被插入通過發生器的管板22下方的下半球狀入口和出口側中的蒸汽發生器人孔并且進入管板內，由此通過將探針向上插入穿過管道來測繪相應管道。除了經由一級側檢查管道裂紋之外，蒸汽發生器在設備停役期間進行保養，以去除沉淀在下波紋鋼板40和發生器其他區域(諸如管板22)上的淤渣和松弛部件，以進一步最小化熱交換器管道的老化。為此目的，通過人孔或進入開口(諸如在上部蒸汽筒中的進入開口 66)提供進入發生器內部的通路。這些進入開口在蒸汽發生器運轉期間被密封，以在發生器內的增壓大氣和反應堆安全殼環境的大氣之間維持屏障。當需要提供容納墊片閉合件或密封焊接閉合件的閉合件設計時，嵌入板(有時被稱作膜或膜板)被用來作為用于進入開口的閉合組件的一部分。無論閉合件是用嵌入板和墊片還是用密封焊接膜制成，該設計使用相同的蓋和緊固件布置。嵌入板的目的在于提供用于墊片的內徑約束和密封表
面，并且提供蓋和圍繞進入開口的進入襯墊表面之間的離隙或縫隙，以及提供流體和通常為鐵素體蓋材料之間的耐腐蝕屏障。如果襯墊墊片支持面在運轉期間受損，當維修不可行或經由開口進入被認為不頻繁時，能夠通過焊接膜(其為另一種嵌入形式)提供密封。密封焊接膜使用較小的填角焊件，以容許如果以及當需要進入蒸汽產生器內部時容易被現場去除。因為膜構造和使用的焊接類型的原因，一直以來不可能使焊接設計質量滿足ASME B&PV規范第三項的要求。研制符合該規范的設計的主要問題是實現符合該規范的四十或六十年設備壽命的疲勞使用。由于焊接在該規范管轄權范圍之外，因此滿足該規范并非強制性的。然而，從功能觀點看必需提供針對導致滲漏的焊接失效具有充分余地的設計。具有滿足ASME規范的設計可以提供充分的余地以確保無滲漏的結合。對評價本發明的改進有幫助的是了解當前現有技術的進入開口閉合系統。圖2顯示該現有技術的閉合系統90，所述閉合系統90定位于壓力容器壁70中的進入開口 68的上方。在顯示的實施例中，壓力容器壁70設有環形凹部58，耐腐蝕的焊墊72被放置在所述環形凹部58中以形成密封表面。然而，應理解的是，密封表面能夠被直接機加工進壓力容器壁70內。焊墊72密封表面也設有凹部76，所述凹部76的尺寸被設計成容納環形嵌入式金屬墊片(Flexitalic gasket) 74。具有環形突起92的平坦嵌入板78被定位于密封表面72和墊片74上方。環形突起92的功能是維持墊片就位于襯墊密封表面72的凹部76中。雙頭螺栓80延伸通過蓋88中的開口 94并進入壓力容器壁70的螺紋凹部86內。互補的螺母82被向下旋擰至墊圈84上以將蓋88固定在進入開口 68上方并且推動嵌入板78抵靠至墊片74以形成壓力密封。圖3顯示焊接密封件，在圖2中的墊片支持面受損且維修不現實或經由開口 68進入不頻繁的情況下，能夠使用所述焊接密封件以替代平坦嵌入板墊片密封件。在不同附圖中使用類似的附圖標記以指代相同的組件，并且使用帶引號的數字以鑒別相應的組件。在圖3所示的密封件中，橫跨進入開口 68的平坦嵌入板78，有時在本文中被稱作膜且在其外周處具有環形突起92'，所述環形突起92'裝配至密封襯墊表面72中的凹部76內。填角焊件96將膜78'的外周表面固定至密封表面72以建立壓力密封。代替如圖2中所示的雙頭螺栓緊固件80的是，螺釘或螺栓緊固件80'延伸通過墊圈84、蓋88并且進入壓力容器壁70中的螺紋凹部86內。然而，雙頭螺栓80和螺釘緊固件80'可互換且可以使用任何一個。如圖3中所示，膜78上施加至襯墊密封表面72的應力主要以兩種方式加以實施。在第一種情況中，蓋和膜板78'在內部壓力下的彎曲導致膜至襯墊的填角焊件96的彎曲，以及第二種情況中，進入開口 68在內部壓力下的膨脹造成膜78'牽拉至襯墊72填角焊件96。開口 68的尺寸使得焊接應力更加復雜。早期的蒸汽發生器將焊接膜應用于2英寸(5. I厘米)內直徑的檢查口。稍后以及今后的蒸汽發生器趨向于將焊接膜應用于更大的開口，諸如4英寸(10.2厘米)、6英寸(15.2厘米)，而應用于大的開口則會使滿足疲勞規定十分困難(如果可能實現的話)。
圖4-7示出根據本發明的密封焊接膜設計，所述密封焊接膜設計減小前述的應力并由此減小焊接上的疲勞使用、滿足ASME規范要求、并且在本領域內容易被去除。該設計可用于任何壓力容器進入開口，無論其尺寸如何。圖4示出墊片閉合件，所述墊片閉合件除根據本發明的一個實施例構造的嵌入件78"之外與圖2中所示的墊片閉合件基本上完全相同。被定位成橫跨進入開口 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緣100以及在凸緣內邊緣之間的連續圓形部分。凸緣100通常比圓形部分98稍厚，盡管這并非本發明的要求。圖5顯示與墊片密封件74 —起使用的本發明的第二實施例。圖5中所示的實施例與圖4中所示的實施例基本上完全相同，這是因為嵌入件78"具有放置于密封表面72的至少一部分上方的外周凸緣以及在凸緣100內邊緣之間的連續圓形部分98'，兩個實施例的不同之處在于附圖標記98'所示的圓形部分98'為橢圓體狀而非如圖4中附圖標記98所示的半球體狀。除嵌入件78""外，圖6中所示的實施例與圖3中所示的密封焊接閉合件基本上完全相同。嵌入件78""與嵌入件78"基本上完全相同，除了凸緣較短以替換墊片74裝配在密封表面72的凹部76內之外。凸緣100'的外周邊緣用填角焊件96被固定至密封表面72。圖7中所示的實施例與圖6中所示的設計相同，除了橢圓體狀的嵌入件78""，圓形部分98'替換圖6中所示的圓形部分98。在所有方面，如圖4-7中所示的本發明的設計包括平滑的圓形部分，所述平滑的圓形部分在外周凸緣的內邊緣之間延伸，所述外周凸緣被密封至壓力容器外壁上的密封表面。嵌入件的中心區域處的凸起形式導致嵌入件上加載的內部壓力轉移至閉合蓋的從蓋中心徑向向外的區域，由此減少蓋的局部偏移，即作用至蓋內的載荷更接近蓋附接緊固件的位置，由此降低緊固件上的彎矩載荷，這因而減小通過蓋附接緊固件作用的蓋的彎曲部分。當作為密封焊接閉合件實施時，該構造減少作用到膜附接焊接上的載荷，這有利于滿足對焊接疲勞壽命的要求。當作為墊片密封實施時，凸起的形式通過在蓋安裝和緊固件擰緊期間將墊片保持在開口中心從而便于墊片的安裝。此外，由于內部壓力載荷被從膜板本體的中心徑向向外移動/轉移從而由此減小蓋緊固件上的彎曲載荷，因此，本發明向蓋緊固件提供前述的益處。雖然螺紋緊固件已經被顯示用于將蓋88附接至壓力容器壁70，但是應理解的是，可以使用滿足載荷要求的一些其他緊固件類型，諸如裝配在蓋頂部上的鉤內且被附接至壓力容器外壁上的桿所拉緊的纜索。
雖然已詳細描述本發明的特定實施例，但是本領域的技術人員理解的是，能夠按
照本說明書的所有教示對細節進行各種修改和替換。所以，所公開的特定實施例僅是說明性的而非限制本發明的范圍，所附權利要求以及任何和所有等同物給出本發明的范圍。
權利要求
1.一種具有壁的壓力容器，所述壁具有進入開口和用于所述進入開口的閉合件，所述壓力容器包括 密封表面，所述密封表面在所述壁上圍繞所述進入開口； 凸鎖定裝置或凹鎖定裝置中的一者，所述凸鎖定裝置或凹鎖定裝置中的一者在所述進入開口四周的多個位置處從所述密封表面徑向向外地形成于所述壁上或所述壁中； 定位為橫跨所述進入開口的嵌入件，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緣以及在所述凸緣的內邊緣之間的連續圓形的部分； 密封構件，所述密封構件在所述密封表面和所述嵌入件的凸緣之間； 蓋，所述蓋在所述進入開口和所述嵌入件上方延伸且徑向向外至少延伸到至少所述凸鎖定裝置或凹鎖定裝置中的一者；以及 所述凸鎖定裝置或凹鎖定裝置中的另一者，所述凸鎖定裝置或凹鎖定裝置中的另一者通過接合所述凸鎖定裝置或凹鎖定裝置中的一者并且將所述蓋壓靠在所述嵌入件的凸緣上而將所述蓋連接至所述壁。
2.根據權利要求I所述的壓力容器，其特征在于所述密封構件是墊片。
3.根據權利要求I所述的壓力容器，其特征在于密封構件是焊接件。
4.根據權利要求3所述的壓力容器，其特征在于該焊接件是填角焊件。
5.根據權利要求I所述的壓力容器，其特征在于所述鎖定裝置是螺紋緊固件。
6.根據權利要求5所述的壓力容器，其特征在于所述鎖定裝置延伸穿過所述蓋中的開口。
7.根據權利要求6所述的壓力容器，其特征在于所述凸鎖定裝置或凹鎖定裝置中的一者是所述壁中的螺紋凹部，并且所述凸鎖定裝置或凹鎖定裝置中的另一者是螺紋緊固件。
8.根據權利要求7所述的壓力容器，其特征在于所述螺紋緊固件是螺栓。
9.根據權利要求I所述的壓力容器，其特征在于所述嵌入件的圓形部分延伸至所述進入開口內。
10.根據權利要求I所述的壓力容器，其特征在于所述嵌入件的圓形部分是半球體狀。
11.根據權利要求I所述的壓力容器，其特征在于所述嵌入件的圓形部分是橢圓體狀。
12.根據權利要求I所述的壓力容器，其特征在于所述嵌入件的凸緣比所述圓形部分厚。
全文摘要
本發明公開一種用于進入開口的壓力容器閉合件，所述壓力容器閉合件具有圍繞進入開口的密封表面以及橫跨進入開口的膜或嵌入件中的一個，所述膜或嵌入件中的一個具有放置在密封表面上的外周凸緣。嵌入件或膜具有延伸至進入開口內的連續圓形部分以及在嵌入件或膜上方延伸的蓋。墊片被插入嵌入件的凸緣和密封表面之間，或者填角焊件將膜的凸緣附接至密封表面。鎖定裝置將蓋固定至壓力容器的壁并且推動凸緣抵靠密封表面。
文檔編號F17C13/06GK102803819SQ201080025509
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月27日 優先權日2009年6月10日
發明者小T·E·德莫埃斯, R·L·西爾維斯特 申請人:西屋電氣有限責任公司