ПРИСПОСОБЛЕНИЕ И СПОСОБ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ЗОНЫ ТЕПЛООБМЕННИКА
APPLIANCE AND METHOD FOR CLEANING HEAT EXCHANGER INNER ZONE

Изобретение касается приспособления и способа для очистки внутренней зоны теплообменника, в частности, парогенератора атомной электростанции, водяными струями высокого давления.
Очистка теплообменников и парогенераторов атомной электростанции обычно производится химическим или механическим способом с применением водяных струй низкого давления.
Далее, приспособление для очистки внутренней зоны парогенератора водяными струями высокого давления известно, например, из патента ЕР 1170567 В1. Для удаления известкового осадка гибкую пику с обмывочной головкой, которая имеет проточный канал водяного трубопровода высокого давления, вводят внутрь парогенератора в горизонтальном направлении через небольшой люк, расположенный в зоне трубной решетки. Очистка труб теплообменника, отходящих от трубной решетки в вертикальном направлении, производится путем соответствующей установки обмывочной головки, причем гибкую пику перемещают по системе направляющих.
Исходя из этого уровня техники, задачей данного изобретения является создание улучшенного способа и улучшенного приспособления для очистки внутренней зоны теплообменника, которые, в частности, хорошо подходят для очистки теплообменников с трубами, проходящими в горизонтальном направлении.
В отношении приспособления эта задача решена благодаря созданию приспособления вышеупомянутого вида, которое предназначено для очистки внутренней зоны теплообменника и которое обладает признаками п. 1 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты выполнения изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Приспособление для очистки внутренней зоны теплообменника, в частности парогенератора атомной электростанции, водяными струями высокого давления включает манипулятор, устанавливаемый в вертикальном коридоре, проходящем между пучками труб теплообменника, и подъемник, соединенный с этим манипулятором. Манипулятор имеет по меньшей мере одно поворотное сопло, установленное с возможностью поворота вокруг поворотной оси, ориентация которой согласована с расстоянием между трубами в пучке труб теплообменника.
Подъемник может, например, быть выполнен в виде тросовой лебедки, которая расположена на верхнем конце коридора в пределах теплообменника. Подъемник, предназначенный для регулирования вертикального положения манипулятора, одновременно служит для подвода пневматических, гидравлических трубопроводов и/или электрических кабелей.
При подаче водяной струи высокого давления во внутреннюю зону теплообменника может оказаться целесообразной временная фиксация с блокировкой манипулятора внутри коридора с помощью выдвижных фиксирующих средств, чтобы эффективно противодействовать возникающим при очистке усилиям отдачи.
Фиксирующие средства, которые выдвигаются относительно вертикального коридора в боковом, то есть, горизонтальном направлении, приводятся в действие преимущественно пневматическим или электрическим путем. Фиксация с блокировкой манипулятора производится путем соответствующего силового воздействия на пучок труб, ограничивающий вертикальный коридор.
В предпочтительном примере выполнения фиксирующие средства для соединения с блокировкой включают нажимную плиту, приспособленную для сопряжения с несколькими трубами теплообменника. Таким образом, усилие, необходимое для фиксации манипулятора, может распределяться на несколько труб теплообменника.
Альтернативно или дополнительно манипулятор имеет по меньшей мере один позиционирующий захват для частичного охвата горизонтально проходящей трубы теплообменника. Размеры позиционирующего захвата выбраны в соответствии с диаметром трубы теплообменника, этот захват прилегает к трубе для временного крепления манипулятора. В предпочтительном примере выполнения позиционирующий захват расположен на одной стороне манипулятора, противоположной выдвижной нажимной плите. Позиционирующий захват служит для точного позиционирования манипулятора относительно труб теплообменника. В частности, для этого предусмотрено, что пространственное расположение позиционирующего захвата на манипуляторе относительно по меньшей мере одного поворотного сопла согласовано с расстоянием между трубами теплообменника таким образом, что струя воды, выбрасываемая по меньшей мере одним соплом, била в промежуточную зону между соседними трубами теплообменника, когда позиционирующий захват прилегает к одной из труб пучка труб теплообменника. Благодаря этому водяные струи целенаправленно бьют в подлежащие очистке промежуточные зоны, и при этом удается избежать ненужного образования тумана, который, например, возникает при лобовом ударе водяной струи по одной из труб теплообменника.
Еще в одном варианте реализации изобретения предусмотрено, что поворотная ось указанного по меньшей мере одного сопла выверена таким образом, чтобы струя воды, выбрасываемая этим соплом, могла поворачиваться в плоскости, параллельной трубам теплообменника, для очистки промежуточных зон. В зависимости от геометрии пространственного регулярного расположения труб теплообменника подлежащие очистке промежуточные зоны доступны из вертикального коридора под определенными углами.
Целенаправленная подача водяных струй высокого давления в эти зоны и межтрубные проходы позволяет добиться особенно эффективной очистки теплообменника, так как именно в этих зонах наблюдается повышенное скопление отложений.
В возможном примере выполнения изобретения поворотная ось указанного по меньшей мере одного сопла установлена таким образом, что водяная струя, выбрасываемая этим соплом, по меньшей мере частично может поворачиваться по отношению к трубной решетке теплообменника. Для этого сопло должно поворачиваться вокруг поворотной оси, расположенной перпендикулярно продольной оси манипулятора, между горизонтальным и вертикальным направлением. При надлежащем использовании манипулятора продольная ось выверена по вертикали, благодаря чему при горизонтальной ориентации сопло направлено по существу параллельно трубам теплообменника, а при вертикальной ориентации направлено на трубную решетку под вертикальным коридором.
В наиболее предпочтительном варианте предусмотрено несколько поворотных сопел. Как правило сопла установлены с возможностью поворота вокруг поворотных осей, которые имеют различную взаимную ориентацию, в частности, попарно различную ориентацию. При этом ориентация поворотных осей согласована с геометрией теплообменника или парогенератора таким образом, чтобы сопла направляли свои водяные струи в межтрубные проходы и промежуточные зоны, когда манипулятор зафиксирован в вертикальном коридоре в заданных позициях.
Еще в одном варианте реализации изобретения несколько сопел могут иметь одну и ту же ориентацию. Сопла могут быть установлены на боковой стороне манипулятора или на противоположных его сторонах, благодаря чему становится возможной одновременная очистка соответствующего смежного пучка труб.
Согласно распространенной конфигурации парогенераторов промежуточные зоны и межтрубные проходы расположены под углом примерно 30°, 90° и 150° по отношению к вертикали. Поэтому оказалось выгодно соответствующим образом задавать положение поворотных осей относительно продольной оси манипулятора, благодаря чему выбрасываемые соплами водные струи могут по выбору быть направлены в плоскости вдоль трубных решеток. Продольная ось манипулятора для очистки теплообменника направлена вдоль вертикального коридора, так что поворотные оси трех сопел должны быть расположены предпочтительно под углом 120°, 0° и 30° по отношению к продольной оси.
Следует отметить, что направление поворотных осей сопел обусловлено геометрией труб теплообменника в парогенераторе. Таким образом, направление поворотных осей необходимо согласовать с конструктивной формой парогенератора таким образом, чтобы сопла выбрасывали водяные струи в промежуточные зоны и межтрубные проходы, когда манипулятор зафиксирован в заданных позициях внутри вертикального коридора.
В предпочитаемом примере выполнения предусмотрены по меньшей мере два сопла с горизонтальной ориентацией, поворотные оси которых проходят по вертикали или продольной оси манипулятора. Оба сопла установлены на таком расстоянии друг от друга, которое соответствует диаметру труб в пучке труб теплообменника. При таком расположении сопел могут одновременно очищаться два межтрубных прохода без необходимости в перестановке манипулятора.
Следует отметить, что манипулятор размещают преимущественно в тех местах внутри вертикального коридора, из которых по меньшей мере одно сопло выбрасывает водную струю в промежуточную зону между двумя соседними трубами теплообменника. Поэтому предложено пошаговое позиционирование манипулятора, согласованное с расстоянием между трубами. В возможном примере выполнения задание величины шага осуществляется с помощью датчика пути, который находится в активной связи с подъемником.
Еще в одном примере выполнения манипулятор содержит шаговый механизм по меньшей мере с одним выдвижным зажимным рычагом, который выполнен с возможностью захвата соседних труб теплообменника.
Зажимной рычаг может выдвигаться как в направлении вертикального коридора, так и в горизонтальном направлении, благодаря чему с помощью шагового механизма манипулятор может перемещаться вдоль вертикального коридора. При этом позиционирование манипулятора осуществляется в значительной мере путем самоустановки, так что в этом примере выполнения подъемник прежде всего решает задачу дополнительной безопасности.
В предпочитаемом примере выполнения шаговый механизм содержит пневмоцилиндр для позиционирования выдвижного зажимного рычага. Для фиксации манипулятора зажимной рычаг по меньшей мере частично охватывает соседнюю трубу теплообменника, проходящую горизонтально. Позиция зажимного рычага по отношению к вертикальному и горизонтальному направлению может изменяться с помощью шагового механизма, так что манипулятор может «шагать» вдоль вертикального коридора от одной трубы теплообменника к другой.
Для наблюдения за процессом очистки манипулятор может, например, иметь по меньшей мере одну поворотную камеру, которая может быть направлена на очищаемую зону теплообменника. Альтернативно или дополнительно имеется камера, установленная на верхнем конце вертикального коридора.
Особенно рекомендуется предусмотреть отсасывающее приспособление с отсасывающим трубопроводом для отсасывания суспензии, содержащей отслоившиеся частицы. В частности, отсасывающий трубопровод может устанавливаться в различных местах внутри теплообменника или парогенератора, чтобы транспортировать отслоившиеся частицы наружу.
Отсасывающее приспособление может быть соединено с фильтрующим устройством для фильтрации отсосанной суспензии. Отфильтрованная вода может снова использоваться в технологическом процессе, чтобы обеспечить сохранение природных ресурсов.
Особенно рекомендуется предусматривать средства дистанционного управления приспособлением, в частности, фиксирующими средствами, направлением по меньшей мере одного сопла и/или по меньшей мере одной камеры, подъемником, шаговым механизмом и/или отсасывающим приспособлением. Таким образом, особенно при использовании на атомных электростанциях можно минимизировать дозы облучения, получаемые обслуживающим персоналом во время работы.
В отношении способа задача решена благодаря созданию способа очистки внутренней зоны теплообменника вышеупомянутого вида, обладающего признаками п. 17 формулы изобретения.
Предложен способ очистки теплообменника, в частности, парогенератора атомной электростанции водяными струями высокого давления с использованием вышеописанного приспособления в соответствующих вариантах выполнения, на которые делаются ссылки.
Соединенный с подъемником манипулятор вводят в вертикальный коридор внутри теплообменника. Вертикальный коридор с боковых сторон ограничен пучками труб, содержащих трубы теплообменника, проходящие горизонтально. Для очистки внутренней зоны теплообменника по меньшей мере из одного сопла, расположенного на манипуляторе, выпускают водяную струю, поворачиваемую по отношению к очищаемой зоне.
При очистке внутренней зоны теплообменника манипулятор временно фиксируют с блокировкой внутри вертикального коридора в заданной позиции. Временная фиксация манипулятора гарантирует, что водяные струи целенаправленно подаются в очищаемые промежуточные зоны и межтрубные проходы, даже если используются высокие давления (например, 100 бар).
Далее более подробно поясняются возможные примеры выполнения данного изобретения со ссылкой на чертежи:
Фиг. 1. Принципиальная конструкция приспособления для очистки парогенератора на схематическом эскизе.
Фиг. 2. Манипулятор согласно первому примеру выполнения изобретения.
Фиг. 3. Манипулятор с шаговым механизмом согласно второму примеру выполнения изобретения.
Соответствующие друг другу детали на всех чертежах имеют одинаковые обозначения.
Фиг. 1 схематично иллюстрирует приспособление 1 для очистки второго контура парогенератора 2. Показан разрез парогенератора 2, содержащего трубы 3 теплообменника, которые проходят в горизонтальном направлении.
Приспособление 1 включает подъемник 4, соединенный с манипулятором 5. Подъемник 4 установлен внутри парогенератора 2 через сервисное отверстие вертикального коридора 6. Вертикальный коридор 6 проходит между пучками труб 3 теплообменника. Подъемник 4 служит для закрепления и/или позиционирования манипулятора 5 внутри вертикального коридора 6. Одновременно подъемник 4 служит для подвода электрических кабелей, пневматических и/или гидравлических трубопроводов к манипулятору 5. Далее, подъемник 4 оснащен датчиком пути 7, который работает как датчик перемещения и обеспечивает точное позиционирование манипулятора 5 внутри вертикального коридора 6.
Манипулятор 5 имеет по меньшей мере одно поворотное сопло 8, которое может быть выверено в направлении промежуточных зон между соседними трубами 3 теплообменника. Для очистки промежуточных зон или межтрубных проходов сопло 8 может поворачиваться вокруг поворотной оси таким образом, чтобы выходящая из сопла 8 водяная струя высокого давления проходила в плоскости, параллельной трубам 3 теплообменника.
Отсасывающее приспособление 9 содержит отсасывающий трубопровод 10, который типичным образом устанавливают в зоне трубной решетки парогенератора 2 для отсоса отслоившихся частиц Р. На фиг. 1 в качестве примера показана компоновка, при которой отсасывающий трубопровод 10 проходит по боковой стороне. Разумеется, возможны также другие варианты компоновки, отличающиеся от указанной на чертеже. Например, отсасывающий трубопровод 10 может также проходить вниз через вертикальный коридор 6.
К отсасывающему трубопроводу 10 подключены насосы 11 и 12, которые транспортируют содержащую отслоившиеся частицы суспензию в резервуар 13. Еще один насос 14 подает загрязненную воду из резервуара 13 в промежуточный накопитель 16 через включенное между ними фильтрующее устройство 15. Насосы 12 и 14 образуют фильтрующий циркуляционный контур, который в достаточной мере очищает воду, поступающую в манипулятор 5 через трубопровод 17, от частиц Р.
Далее, для контроля процесса очистки на верхнем конце вертикального коридора 6 установлена поворотная камера 18, диапазон наблюдения которой при необходимости может быть согласован с конкретными требованиями.
Приспособление 1 может полностью управляться дистанционно управляющим устройством 19. Иными словами, все управляющие параметры, в частности, параметры электрических, пневматических и/или гидравлических подсистем, могут быть заданы с использованием управляющего устройства 19. Так, например, могут быть соответствующим образом установлены угол поворота и/или скорость поворота сопла 8, давление воды и/или продолжительность воздействия водяных струй.
Для этого устройство 19 имеет пользовательский интерфейс 20, через который может выдаваться также актуальная информация, например, такая как фотографии, сделанные камерой 18. Для этого пользовательский интерфейс 20 имеет все необходимые средства вывода, с помощью которых может выдаваться соответствующая оптическая или акустическая информация.
Согласно способу для очистки внутренней зоны парогенератора подъемник 4 сначала позиционируют на верхнем конце вертикального коридора 6, а манипулятор 5 помещают в вертикальный коридор 6. Затем соответствующим образом позиционируют отсасывающий трубопровод 10, в результате чего могут отводиться скопившиеся в нижней зоне парогенератора 2 частицы Р. При этом модульная конструкция приспособления 1 обеспечивает быстрый монтаж и демонтаж. Очистка промежуточных зон между трубами 3 теплообменника производится последовательно «щель за щелью», при этом перед подачей водяных струй высокого давления манипулятор 5 временно фиксируют с блокировкой в вертикальном коридоре 6. Отслоившиеся отложения и частицы Р отсасывают через отсасывающий трубопровод 10 и отводят в резервуар 13. Насос 14 качает содержащую частицы Р суспензию в направлении промежуточного накопителя 16. Предвключенное фильтрующее устройство 15 отделяет частицы Р от транспортируемой суспензии, благодаря чему отфильтрованная вода может подводиться к манипулятору 5 для дальнейшей очистки внутренней зоны парогенератора 2. Из-за ограниченного доступа к очищаемой внутренней зоне процессом очистки управляют полностью дистанционно, причем ход процесса очистки контролируют на основе снимков, сделанных камерой.
На фиг. 2 показан манипулятор 5 согласно возможному примеру выполнения изобретения. Манипулятор 5 размещен в вертикальном коридоре 6 таким образом, что продольная ось L манипулятора 5 проходит параллельно вертикали V. Для фиксации с блокировкой манипулятор 5 имеет выдвижную нажимную плиту 21 и расположенный напротив нее позиционирующий захват 22, который охватывает одну из труб 3 теплообменника. Позиционирующий захват 22 выполнен в соответствии с конфигурацией труб, что обеспечивает его самоустановку, так что позиционирование манипулятора 5 относительно труб 3 теплообменника производится в определенных позициях.
Манипулятор 5 имеет несколько сопел 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, пространственное расположение которых относительно позиционирующего захвата 22 согласовано с расположением очищаемых промежуточных зон и межтрубных проходов. Сопла 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 соответственно выверены в направлении межтрубных проходов, которые находятся под углом 30°, 90° и 150° относительно вертикали V. Сопла 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 выполнены с возможностью поворота. В частности, поворотное сопло 8.1 установлено таким образом, что выходящая из него водяная струя может поворачиваться в плоскости Е1, которая проходит параллельно трубам 3 теплообменника и под углом около 30° по отношению к вертикали V. Другими словами, сопло 8.1 имеет поворотную ось S1, которая проходит под углом 120° относительно вертикали V. Сопло 8.4 выбрасывает водяную струю вдоль плоскости Е4, которая расположена под углом 150° относительно вертикали V. В соответствии с этим сопло 8.4 может поворачиваться вокруг поворотной оси S4, которая проходит под углом 60° относительно вертикали V.
Сопла 8.2 и 8.3 служат для очистки межтрубных проходов, проходящих горизонтально. В соответствии с этим сопла 8.2 и 8.3 расположены друг от друга на расстоянии, которое по существу соответствует диаметру труб 3 теплообменника. Выталкиваемые из сопел 8.2 и 8.3 водяные струи могут поворачиваться по отношению к горизонтально расположенным плоскостям S2 и S3, в соответствии с этим поворотные оси S2 и S3, связанные с соплами 8.2 и 8.3, проходят параллельно вертикали V и продольной оси L манипулятора 5.
Сопла 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 соответственно размещены на одной стороне манипулятора 5. Очистка промежуточных зон и межтрубных проходов производится с одной стороны над всей сегментной зоной пучка труб посредством подходящего вращательного движения сопел 8.1, 8.2, 8.3, 8.4.
Далее, показанный на фиг. 2 манипулятор 5 имеет еще одну камеру 23, которая также может поворачиваться и, таким образом, в случае необходимости может быть направлена на очищаемую зону.
На фиг. 3 показан манипулятор согласно еще одному примеру выполнения изобретения. Касательно расположения сопел 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 пример выполнения, показанный на фиг. 3, не отличается от выполнения, приведенного на фиг. 2, так что здесь вполне возможна ссылка на соответствующее описание.
Манипулятор 5, выполненный согласно показанному на фиг. 3 примеру выполнения, содержит шаговый механизм с пневмоцилиндром 24 и зажимными рычагами 25 и 26. Зажимные рычаги 26 могут выдвигаться как в направлении продольной оси L, так и в направлении, перпендикулярном к этой оси. В противоположность к этому расположенные напротив них зажимные рычаги 25 зафиксированы, для того чтобы можно было определенно задавать расстояние от установленных там сопел 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 до входа в щель между трубами. Для этого возможны также альтернативные варианты, при которых сопла 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 размещены только с одной стороны, то есть, например, лишь на правой стороне вертикального коридора 6 и манипулятора 5.
Расположенные с противоположной стороны зажимные рычаги 25 и 26 также могут выдвигаться как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. В частности, для этого предусмотрены пневматические и/или электрические приводные устройства.
Концы зажимных рычагов 25 и 26, предназначенные для прилегания к трубам 3 теплообменника, выполнены в виде захватов и охватывают трубы 3 теплообменника для временной фиксации манипулятора 5 по аналогии с тем, как это описано выше для позиционирующего захвата 22 в первом примере выполнения. Шаг шагового механизма вдоль вертикали V соответствует расстоянию между трубами. Юстировочное приспособление 27 может настраиваться посредством регулировочного механизма 28 таким образом, чтобы шаг шагового механизма, особенно при различном расстоянии между трубами в двух пучках труб, ограничивающих вертикальный коридор, соответствовал правильному расстоянию между трубами 3 теплообменника. Аналогичным образом может также компенсироваться смещение труб вдоль вертикали V.
Благодаря шаговому механизму манипулятор 5 с дистанционным управлением может быть позиционирован в различных местах внутри вертикального коридора 6. При этом выдвигающиеся в обе стороны и установленные независимо друг от друга зажимные рычаги 25 и 26 служат для фиксации и для компенсации сдвига пучка труб и могут соответственно регулироваться в вертикальном и горизонтальном направлении.
Кроме показанного на фиг. 3 варианта позиционирования и натяжения манипулятора 5 в вертикальном коридоре 6 с двусторонним расположением сопел 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 может также выбираться одностороннее расположение сопел, как это показано в качестве примера на фиг. 2.
Выше описано изобретение со ссылкой на предпочтительные примеры выполнения. Следует, однако, отметить, что изобретение отнюдь не ограничено показанными примерами выполнения; более того, на основе приведенного описания компетентный специалист может создать новые варианты, оставаясь в пределах сущности этого изобретения.
Список условных обозначений
1
Приспособление
2
Парогенератор
3
Трубы теплообменника
4
Подъемник
5
Манипулятор
6
Вертикальный коридор
7
Датчик пути
8
Сопло
8.1
Сопло
8.2
Сопло
8.3
Сопло
8.4
Сопло
9
Отсасывающее приспособление
10
Отсасывающий трубопровод
11
Насос
12
Насос
13
Резервуар
14
Насос
15
Фильтрующее устройство
16
Промежуточный накопитель
17
Подающий трубопровод
18
Камера
19
Управляющее устройство
20
Пользовательский интерфейс
21
Нажимная плита
22
Позиционирующий захват
23
Камера
24
Пневмоцилиндр
25
Зажимной рычаг
26
Зажимной рычаг
27
Юстировочное приспособление
28
Регулировочный механизм
Р
Частицы
V
Вертикаль
L
Продольная ось
E1
Плоскость
E2
Плоскость
Е3
Плоскость
E4
Плоскость
S1
Поворотная ось
S2
Поворотная ось
S3
Поворотная ось
S4
Поворотная ось