ES2197189T3 - Aparato y metodo de limpieza de un haz tubular superior de un generador de vapor. - Google Patents
Aparato y metodo de limpieza de un haz tubular superior de un generador de vapor.Info
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Abstract
SE PRESENTA UN SISTEMA DE LIMPIEZA DE UN GENERADOR DE VAPOR DE HAZ SUPERIOR (10) QUE INCLUYE EL DESPLIEGUE DE UNA CABEZA LIMPIADORA Y UN DISPOSITIVO DE SOPORTE (50) QUE PUEDE RECIBIRSE A TRAVES DE UN ORIFICIO PARA LA MANO DEL GENERADOR DE VAPOR (10) Y QUE INCLUYE CILINDROS RETRAIBLES QUE ELEVAN LA CABEZA LIMPIADORA A TRAVES DE LAS RANURAS PARA EL FLUJO (71) PARA POSICIONAR UNA CABEZA LIMPIADORA ALREDEDOR DE UNA RANURA DE FLUJO (71) DE LOS HACES DE TUBOS SUPERIORES; Y UNA CABEZA LIMPIADORA MONTADA CON EL DISPOSITIVO DE SOPORTE (50) PARA DIRIGIR FLUIDO ALREDEDOR DE LOS TUBOS DE LOS HACES SUPERIORES DEL GENERADOR DE VAPOR (10) LIMPIANDO DE ESTA FORMA EL GENERADOR DE VAPOR (10) DESDE LOS DEPOSITOS DE ENJUAGADO SITUADOS DEBAJO DE LA PARTE SUPERIOR EN DIRECCION HACIA ABAJO DURANTE EL PROCESO DE LIMPIEZA.
Description
Aparato y método de limpieza de un haz tubular
superior de un generador de vapor.
Esta invención se refiere a un sistema de
limpieza de un haz superior, que comprende las características del
preámbulo de la reivindicación 1. Se conoce un sistema de este tipo
a partir del documento US-A-5 265
129. Esta invención se refiere también a un método de limpieza de
un generador de vapor de una central nuclear.
Los generadores de vapor transforman el calor del
lado primario de una central nuclear, en vapor en el lado
secundario, de modo que los sistemas primario y secundario se
mantienen separados. Un generador típico es en un cilindro vertical
que comprende un gran número de tubos en forma de U, los cuales se
extienden desde el suelo o ``placa de tubos'' del generador. El
fluido de alta temperatura y presión del reactor se desplaza a
través de los tubos, cediendo energía a una capa de agua de
alimentación que rodea los tubos del generador, creando vapor, y
finalmente energía cuando este último se introduce en turbinas.
Los generadores de vapor fueron diseñados para
durar más de cuarenta años, pero en la práctica, se ha demostrado
que no se obtienen tales cifras de fiabilidad. El problema consiste
en que se forman sedimentos en los tubos, procedentes de las
impurezas particuladas en suspensión en el agua de alimentación,
afectando considerablemente a la eficacia del generador, y pudiendo
incluso provocar que los tubos se degraden hasta el punto de
provocar fisuras en los tubos. Si el fluido radiactivo primario del
interior de los tubos se filtrase en el lado secundario, el
resultado puede ser desastroso. El taponamiento o la reparación de
tales fisuras, lleva mucho tiempo, y da como resultado un tiempo de
parada costoso durante el cual debe adquirirse la energía de otras
fuentes, con un gasto elevado.
Existen métodos conocidos para limpiar los tubos
próximos a la parte inferior del generador de vapor, con la
utilización de lanzas flexibles y similares, que limpian los tubos
con la utilización de agua a presión, pero, debido a que un
generador de vapor típico puede ser de una altura de treinta pies,
resulta difícil alcanzar el sedimento en los niveles superiores de
los tubos utilizando chorros de agua. Así, la utilización de
limpieza química entraña diversas desventajas. En primer lugar, la
limpieza química es muy cara (de 5.000.000 a 10.000.000
\textdollarpor cada aplicación), y requiere una extensa interrupción del servicio. También, los disolventes utilizados durante la limpieza producirán cierta corrosión en el interior del generador de vapor. Además, pueden generarse grandes cantidades de residuos peligrosos, posiblemente radiactivos. La eliminación de estos residuos resulta muy cara. Por estos motivos, aunque muchas compañías han considerado la limpieza química, pocas centrales han implementado realmente la limpieza química.
Por otra parte, deben afrontarse diversos
problemas técnicos cuando se consideran métodos de limpieza
alternativos. Un generador típico de vapor tiene aproximadamente
4.645 metros cuadrados (50.000 pies cuadrados) de área para la
transferencia de calor. El haz tubular es de aproximadamente 3,048
metros (10 pies) de diámetro, y 9,144 metros (30 pies) de altura,
pero el pasillo de acceso en mitad del haz tubular, es solamente de
8,89 centímetros (3,5 pulgadas) de anchura, y está interrumpido por
placas de soporte, aproximadamente cada 1,22 metros (4 pies).
Existen ranuras de flujo a través de las placas de soporte, pero
son de tamaño muy pequeño, normalmente de 7 por 38 centímetros
(2,75 por 15 pulgadas). Además, el acceso al generador de vapor está
limitado a 15,25 centímetros (seis pulgadas) de orificio de agujero
de inspección. Finalmente, el espacio entre los tubos, es tan solo
de 1,03 centímetros (0,406 pulgadas) de ancho, o incluso menor.
De este modo, los parámetros inherentes de diseño
de un generador típico de vapor, hacen que sea difícil incorporar
técnicas de limpieza del sedimento con chorro de agua en los haces
tubulares superiores, incluso aunque estas técnicas sean adecuadas
para limpiar los tubos al nivel de la placa de tubos de la parte más
inferior del generador de vapor. Véanse, por ejemplo, las Patentes
de los EE.UU. núms. 4.700.662; 4.980.120; 4.887.555; 4.676.201, y
4.769.085.
La Patente de los EE.UU.5.265.129, muestra un
dispositivo para inspeccionar placas de soporte y placas de tubos,
que también tiene un cabezal de pulverización consistente en una
boquilla fijada a una tubería. La boquilla puede inclinarse a través
de un depósito y un mecanismo de inclinación, y se ha montado en un
brazo que está erguido en el interior de canales que separan las
secciones de tubos.
Por lo tanto, un objeto de esta invención
consiste en proporcionar un sistema de limpieza del haz tubular
superior de un generador de vapor que limpie, de arriba abajo,
arrastrando con ello los depósitos en sentido descendente durante el
proceso de limpieza.
Otro objeto de la esta invención consiste en
proporcionar un sistema de limpieza de este tipo del haz tubular
superior de un generador de vapor, que elimine la necesidad de
utilizar técnicas de limpieza química, y que supere las desventajas
inherentes en la limpieza química, o que pueda ser utilizado junto
con la limpieza química.
Según la invención, se proporciona un sistema
para limpieza de un haz tubular superior de un generador de vapor,
comprendiendo el haz superior una pluralidad de filas de tubos, y
teniendo dicho sistema un subsistema de despliegue, en el que dicho
sistema de limpieza está caracterizado por: un subsistema de
posicionamiento vertical; un subsistema de cabezal de limpieza
complementaria o lanza rígida sujeta al subsistema de
posicionamiento vertical; caracterizado porque el subsistema de
posicionamiento vertical comprende un medio para elevar y
posicionar el subsistema de cabezal de limpieza complementaria o la
lanza rígida alrededor del haz tubular superior del generador de
vapor, y el subsistema de cabezal de limpieza complementaria o la
lanza rígida comprende un brazo extensible que tiene una pluralidad
de boquillas, siendo el brazo extensible, a) o bien extensible a lo
largo de la dirección de la ranura de flujo, siendo la pluralidad
de boquillas del brazo extensible alineable con los espacios entre
las filas de tubos del haz tubular superior, o bien b) una lanza
extensible hacia los espacios entre filas de tubos del haz tubular
superior.
La invención proporciona también un método de
limpieza de un generador de vapor de una central nuclear,
comprendiendo el método la limpieza del generador de vapor de
arriba abajo, utilizando la invención reivindicada, mediante:
- a)
- la inserción de un elemento de limpieza por pulverización según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, a través de un agujero de inspección del generador de vapor, y desplegando el elemento de limpieza hacia arriba, hasta una posición alrededor de una ranura de flujo de los haces tubulares superiores del generador de vapor;
- b)
- la disposición de las boquillas para dirigir el fluido a través de espacios entre filas de tubos, o insertando el elemento en los espacios entre las filas de tubos, y dirigiendo el fluido alrededor de los tubos de los haces tubulares superiores del generador de vapor;
- c)
- haciendo descender sucesivamente el elemento de limpieza y colocándolo nuevamente en las proximidades de la siguiente ranura inferior;
- d)
- disponer nuevamente las boquillas para dirigir el fluido a través de dichos espacios, o insertar el elemento en dichos espacios y dirigir el fluido por los haces tubulares próximos al elemento.
Esta invención resulta de la realización que
constituye la forma más efectiva de limpiar un generador de vapor de
arriba abajo, arrastrando de este modo los depósitos en sentido
descendente según avanza el proceso de limpieza; que existe una
trayectoria de acceso a las zonas superiores del generador de vapor,
y que estas zonas superiores del generador de vapor pueden
limpiarse sin técnicas de limpieza química, en caso de que un
cabezal de limpieza, que suministra fluido bajo presión alrededor de
los tubos pueda desplegarse a lo largo de esta trayectoria de
acceso desde la parte inferior del generador de vapor, y elevarse a
continuación a través de ranuras de flujo sucesivas hacia su
posición; y además, que todos los tubos de un lado del generador de
vapor, a un nivel, puedan limpiarse desde una ranura de flujo,
minimizando con ello los movimientos del equipo y el tiempo de
limpieza; que pueda utilizarse un brazo oscilante mecánico para
limpieza complementaria; que la alineación de las boquillas del
brazo oscilante, primero en un lado del espacio de separación del
tubo y después en el otro lado para limpiar todas las superficies
de los tubos optimice la efectividad de la limpieza con un mínimo
uso de agua; y que una lanza rígida, que se extiende entre las filas
de tubos, realice la limpieza efectiva entre los tubos.
Esta invención muestra y puede comprender
adecuadamente, incluir, constar esencialmente de y/o constar de un
sistema de limpieza del haz tubular superior de un generador de
vapor. Existe un dispositivo de soporte y despliegue del medio de
cabezal de limpieza, susceptible de ser recibido a través de un
agujero de inspección del generador de vapor, que incluye medios
para posicionar un cabezal de limpieza alrededor de una ranura de
flujo de los haces tubulares superiores del generador de vapor. El
medio de cabezal de limpieza montado con el dispositivo de soporte,
dirige el fluido alrededor de los tubos de los haces tubulares
superiores del generador de vapor para la limpieza del generador de
arriba abajo, arrastrando con ello los depósitos en sentido
descendente durante el proceso de limpieza.
El dispositivo de soporte y despliegue del medio
de cabezal de limpieza, incluye un carril de desplazamiento, que se
extiende entre un agujero de inspección del generador de vapor y la
varilla de conexión central a lo largo del canal de descarga.
Existe una etapa de rotación que incluye un número de cilindros
extensibles verticalmente, montados giratoriamente en el carril de
desplazamiento.
Un medio de cabezal incluye medios para dirigir
el fluido entre los tubos, desde una ranura de flujo, tal como un
brazo extensible a lo largo de la dirección de la ranura de flujo,
en el que el brazo incluye una pluralidad de boquillas alineables
con los espacios entre los tubos.
Un número de boquillas están opuestas entre sí,
para la limpieza simultánea de los tubos en los lados opuestos de
una ranura de flujo, y para equilibrar el empuje recibido por el
brazo. Existen medios para cambiar la orientación de la inclinación
de las toberas y para hacer girar el brazo, con el fin de pulverizar
fluido alrededor de los tubos próximos a una ranura de flujo
adyacente.
Otro cabezal de limpieza incluye medios para
dirigir el fluido entre los tubos desde el espacio entre tubos. Los
medios para dirigir el fluido desde el espacio entre los tubos,
incluyen una lanza extensible entre los tubos; la lanza tiene un
número de boquillas para pulverizar fluido alrededor de los tubos
desde el espacio entre tubos. La lanza es giratoria desde una
posición alrededor del dispositivo de soporte, para el despliegue
del cabezal de limpieza hasta una posición entre los tubos de
limpieza.
El sistema incluye adicionalmente medios para
soportar de manera separable los cabezales de limpieza alrededor de
una ranura de flujo. Los medios para soportar de manera separable
incluyen dedos giratorios, acoplables con una pared lateral de una
ranura de flujo realizada en una placa de soporte de una placa de
tubos.
Esta invención también muestra un sistema de
limpieza del haz tubular superior de un generador de vapor de una
planta nuclear, para la limpieza del generador de arriba abajo,
arrastrando con ello los depósitos en sentido descendente durante
el proceso de limpieza, comprendiendo el sistema: un dispositivo de
soporte y despliegue del cabezal de limpieza, que incluye medios
para posicionar un cabezal de limpieza en una ranura de flujo
alrededor de los haces tubulares superiores de un generador de
vapor, un cabezal de limpieza complementaria acoplable al
dispositivo de soporte, que incluye medios para dirigir el fluido
por entre los tubos desde la ranura de flujo, y una lanza de cabezal
de limpieza, acoplable también al dispositivo de soporte, que
incluye medios para dirigir el fluido por entre los tubos, desde el
espacio entre tubos.
El cabezal de limpieza complementaria incluye un
brazo extensible a lo largo de la dirección de una ranura de flujo,
teniendo el brazo una pluralidad de boquillas alineables con los
espacios entre los tubos próximos a la ranura de flujo. Un número de
boquillas están opuestas entre sí para la limpieza simultánea de
los tubos en lados opuestos de la ranura de flujo, y equilibrar el
empuje recibido por el brazo. El sistema incluye además medios para
cambiar la orientación de inclinación de la boquilla, y para hacer
girar el brazo para pulverizar fluido alrededor de tubos próximos a
la ranura de flujo adyacente. La lanza de cabezal de limpieza es
extensible entre los tubos, y tiene un número de boquillas para
pulverización de fluido alrededor de los tubos desde el espacio
entre tubos. La lanza es giratoria desde una posición alrededor del
dispositivo de soporte para su despliegue hasta una posición entre
los tubos de limpieza. El sistema incluye además medios para
soportar los cabezales de limpieza complementaria alrededor de un
soporte de placa de tubos del generador de vapor.
Finalmente, esta invención muestra un método de
limpieza de un generador de vapor, de arriba abajo: un dispositivo
de cabezal de limpieza se introduce a través de un agujero de
inspección del generador de vapor, y se despliega hasta una posición
alrededor de los haces tubulares superiores del generador de vapor;
el fluido se dirige alrededor de los haces tubulares próximos al
dispositivo de cabezal de limpieza; el cabezal de limpieza se hace
bajar sucesivamente y coloca nuevamente en las proximidades de la
siguiente ranura de flujo inferior, y el fluido se dirige de nuevo
alrededor de los haces tubulares próximos al dispositivo de cabezal
de limpieza, arrastrando con ello los depósitos en sentido
descendente durante el proceso de limpieza.
El método incluye pulverizar los tubos desde el
cabezal de limpieza situado alrededor de una ranura de flujo, en la
que el cabezal de limpieza se sitúa para limpiar los tubos próximos
a una ranura de flujo; se mueve hasta una posición próxima de una
ranura de flujo adyacente para limpiar los tubos próximos a esa
ranura de flujo; y se mueve de nuevo hasta una posición próxima a
otra ranura de flujo adyacente para limpiar los tubos próximos a
esa ranura de flujo adyacente, consiguiendo con ello una cobertura
completa sin hacer retroceder el dispositivo de cabezal de limpieza
a través de las ranuras de flujo.
El método incluye también pulverizar agua,
primero por un lado del espacio de separación de los tubos, y
después por el otro lado del espacio de separación de los tubos,
para una limpieza y conservación del agua eficaces. Finalmente, el
método incluye llenar el generador de vapor con agua, y hacer
descender el nivel de agua según avanza el proceso de limpieza,
para proporcionar una acción de agitación y limpieza mejorada según
el agua procedente de las boquillas pulverizadoras de cabezal de
limpieza golpean la superficie del agua dentro del generador de
vapor.
Otros objetos, características y ventajas, se
pondrán de manifiesto para los expertos en la materia a partir de
la descripción que sigue de una realización preferida y de los
dibujos que se acompañan, en los que:
La figura 1 es una vista esquemática,
parcialmente en corte, de un generador de vapor típico de una planta
nuclear;
la figura 2 es una vista esquemática de un
subsistema de despliegue utilizado para desplegar y soportar varios
cabezales de limpieza a diferentes niveles en el interior del
generador de vapor mostrado en la figura 1;
la figura 3 es una vista esquemática del
subsistema de cabezal de limpieza complementaria de esta invención,
utilizado para dirigir agua desde las ranuras de flujo de las
placas de soporte de tubos del generador de vapor;
la figura 4 es una vista esquemática del
subsistema de cabezal de limpieza complementaria de la figura 3,
mostrado en posición en el interior de una ranura de flujo que
dirige agua entre filas de tubos;
las figuras 5A - 5C son vistas superiores en
planta de la metodología de limpieza de los diversos sectores de un
nivel de un generador de vapor típico, utilizando el sistema de
cabezal de limpieza complementaria de las figuras 3 - 4;
la figura 6 es una vista esquemática de los
diversos componentes del subsistema de cabezal de limpieza
complementaria que representa los mecanismos que efectúan el
control de inclinación de pulverización y la oscilación de la
boquilla pulverizadora;
las figuras 7A - 7D son vistas esquemáticas del
subsistema de cabezal de limpieza de lanza rígida utilizado en esta
invención, que se inserta por entre los tubos para dirigir con ello
el agua a presión entre los tubos del generador de vapor, desde el
espacio entre tubos;
las figuras 8A - 8C son vistas esquemáticas de la
lanza rígida de las figuras 7A - 7C mostrada en posición, en un
nivel de un generador de vapor;
la figura 9 es una vista esquemática que muestra
la cobertura de placa de soporte de tubo típica que utiliza tanto
el subsistema de cabezal de limpieza complementaria como la lanza
rígida según esta invención;
las figuras 10A - 10D son vistas esquemáticas que
muestran las diversas posiciones para la inspección, limpieza y
desincrustación de los haces tubulares con la utilización de la
lanza rígida de las figuras 6 y 7;
la figura 11 es una vista tridimensional
esquemática del subsistema de soporte de esta invención, para
mantener un cabezal de limpieza particular en posición durante la
aplicación de fluido a alta presión al cabezal de limpieza;
las figuras 12A - 12C son vistas frontales
esquemáticas que muestran el subsistema de soporte que pasa a
través de, y que finalmente se acopla a una placa de soporte de un
generador de vapor típico;
la figura 13 es una vista esquemática del sistema
de procesamiento de esta invención para el suministro de agua y del
soporte de vídeo hasta los cabezales de limpieza de esta invención,
y
la figura 14 es una vista esquemática de un
subsistema de control de esta invención, utilizado para desplegar y
manipular los cabezales de limpieza de esta invención en el
interior del generador de vapor durante la limpieza.
La figura 1 muestra esquemáticamente el generador
10 de vapor, que incluye los tubos 12 portadores de calor separados
en secciones por medio de placas 14, 16, 18, 20, 22, 24 y 26 de
soporte de tubos. Cada placa de soporte de tubo, incluye un número
de ranuras 28 y 30 de flujo, tal como se muestra para la primera
placa 14 de soporte de tubo.
Los generadores de vapor modelos W44 y W51 de
Westinghouse, comprenden el segmento de mercado más grande de
generadores de vapor, y las dimensiones del W51 son similares a las
del W44. El generador de vapor W44 utiliza placas de soporte de
tubo de 2,95 m (116'') de diámetro, separadas de manera uniforme a
1,3 m (51'') por encima de la placa de tubos. Existen dos agujeros
de inspección de 150 mm (6'') de diámetro en cada extremo del canal
38 de descarga de 9 mm (3 1/2''), al nivel de la placa 32 de tubos.
Cada placa de soporte de placa de tubos tiene tres ranuras de flujo
que miden 50 - 70 x 380 mm (2 - 2 3/4 por 15''), separadas por 4
pulgadas en cada lado de la varilla 40 de conexión central. Las
ranuras de flujo están alineadas unas con respecto a las otras, de
modo que existe un paso vertical diáfano de ``línea de visión'',
desde el canal 38 de descarga hasta los codos 41 en U de los tubos,
por encima de la placa 26 de soporte superior de tubo.
Tal como se ha expuesto en los Antecedentes de la
Invención que anteceden, existen instrumentos conocidos para
limpiar mediante pulverización con agua, las zonas entre la placa
32 de tubos y la primera placa 14 de soporte de placa de tubos en
la parte inferior del generador de vapor, pero los confines muy
próximos del interior de los haces tubulares superiores del
generador de vapor hacen que la limpieza de los tubos cerca de las
placas 16 - 26 de soporte superiores resulte muy difícil. Véase,
por ejemplo, la Patente de los EE.UU. nº 5.265.129.
En esta invención, se ha considerado que existe
una trayectoria 34 de acceso desde el agujero 36 de inspección a lo
largo del canal 38 de descarga hasta la varilla 40 de conexión
central, y después hacia arriba a través de las ranuras 28, 30, etc.
de flujo alineadas en cada placa de soporte, hasta la parte 42
superior del generador de vapor. Y se consideró que si el cabezal o
cabezales de limpieza podían ser desplegados hasta la parte 42
superior del generador de vapor, el generador podía ser limpiado de
arriba abajo, arrastrando con ello los depósitos en sentido
descendente durante el proceso de limpieza. El desafío técnico
consiste en el diseño de cabezales de limpieza que se acoplarán
dentro de los confines cerrados del interior del generador de
vapor, en el diseño de cabezales de limpieza que puedan suministrar
aún agua con suficiente presión para limpiar completamente los
tubos, y en el diseño de cabezales de limpieza que no se atasquen en
el interior del generador de vapor.
El sistema de limpieza del haz tubular superior
del generador de vapor de esta invención, en el que se define un
``haz tubular superior'' como aquellos tubos del interior del
generador de vapor por encima de la primera placa 14 de soporte de
tubos, incluye cuatro componentes o subsistemas principales: (a) el
dispositivo de soporte y despliegue de cabezal de limpieza mostrado
en la figura 2; (b) un cabezal de limpieza complementaria acoplable
al dispositivo de soporte / despliegue, que dirige el fluido entre
los tubos desde las ranuras de flujo, y que incluye medios para
cambiar la inclinación de la pulverización y para limpiar los tubos
próximos a una ranura de flujo adyacente al mismo nivel que se
muestra en las figuras 3 - 7; (c) una lanza rígida, también
acoplable al subsistema de soporte / despliegue, que se extiende
entre los tubos, y que dirige el fluido desde el espacio entre
tubos, según se muestra en las figuras 7 - 10, y (d) un mecanismo
de soporte que fija y soporta de manera separable cualquier tipo de
cabezal de limpieza en posición durante la pulverización, y que
evita también convenientemente los atascos del equipo que podrían
afectar gravemente al proceso de limpieza y provocar una parada.
Cada subsistema se expone por turno.
El subsistema 50 de despliegue, figura 2, incluye
un carril 52 de desplazamiento, un soporte 54 del carril, una etapa
56 de rotación, una barra 58 de desplazamiento, y un subsistema 60
de posicionamiento vertical, que incluye cilindros 62, 64, 66
hidráulicos. El subsistema 50 de despliegue es el mecanismo
utilizado para desplegar un cabezal de pulverización verticalmente
por el interior del generador de vapor hasta la altura de la placa
de soporte de tubos a la que se debe acceder. El subsistema 60 de
posicionamiento vertical se ha montado en la parte superior de la
etapa 56 de rotación que, a su vez, se desplaza en la barra 58 de
desplazamiento. Utilizando medios móviles situados fuera del
generador de vapor, se provoca que la barra mueva hacia abajo el
canal de descarga por el carril 52, que está desplegado a través
del agujero de inspección.
Este diseño ha sido adaptado a partir de un
diseño ya existente, conocido como ``Secondary Inspection Device
(SID)'' (Dispositivo de Inspección Secundaria), disponible en R.
Brooks Associates de 6546 Pound Road, Williamson, Nueva York, 14589
(véase la patente de los EE.UU. nº. 5.265.129), y consiste en un
cilindro neumático de nueve etapas, utilizado habitualmente para
transportar una cámara de vídeo hasta el canal de descarga de un
generador de vapor. En consecuencia, se ha dimensionado
adecuadamente para que pase a través del agujero de inspección y de
las ranuras de flujo del generador de vapor. En su configuración
normal, sin embargo, el dispositivo de inspección secundaria tiene
varios inconvenientes importantes. El primero de estos consiste en
la falta de control. El procedimiento de control actual consiste en
incrementar la presión de aire del cilindro para extender y reducir
la presión, ya sea para retraer o para que cese la extensión.
Puesto que las juntas entre las etapas permiten fugas
significativas, resulta difícil con frecuencia conseguir una
posición estable. También, puesto que la fricción entre las etapas
juega un papel en el establecimiento de una posición de equilibrio,
cualquier cosa que cambie la fricción entre las etapas, tal como la
vibración, provocará que el sistema busque una nueva posición de
equilibrio.
El otro inconveniente principal consiste en una
capacidad de carga útil inadecuada. Como resultado de la fuga por
las juntas entre las etapas y de los pasajes pequeños a través del
regulador de presión y de la tubería de alimentación, no puede
hacerse nunca que la presión real del cilindro se aproxime a la
presión del suministro de aire, y la carga útil se limita a
alrededor de 5 libras. En consecuencia, esta capacidad de carga útil
debe ser mejorada en un factor de 5 - 10 para soportar los
cabezales de limpieza de esta invención. Se realiza una
modificación para incorporar cables en el interior de los
cilindros, y un carrete de cable para controlar el suelte y la
recogida del cable. La presión del interior de los cilindros se
mantiene en un valor constante, suficientemente alta como para
producir una extensión, pero sujeta a comprobación por medio del
cable. El suelte de la tensión del cable permite la extensión y la
recogida del cable produce la retracción. La ayuda de la presión
del cilindro se proporciona durante la etapa de retracción. El
carrete de cable se ha equipado con un codificador que podría
suministrar información de posición vertical. Para mejorar la carga
útil, se incrementa la presión interna, y se reduce el peso del
cilindro, o ambos. Las juntas entre las etapas se mejora para
reducir considerablemente las fugas, y la presurización se
proporciona mediante agua en lugar de aire. Con el uso de agua como
medio de presurización, resultan posibles presiones internas de
varios cientos de psi sin crear ningún peligro de explosión como
sería el caso de un medio comprimible. También, fabricando los
cilindros con aluminio en lugar de con acero, se reduce en
alrededor de 2/3 el peso de los propios cilindros. El sistema de
control se expone adicionalmente con referencia a la figura 14.
El subsistema 70 de cabezal de limpieza
complementaria, figura 4, se ha montado en un cilindro 66 superior
del subsistema 50 de despliegue / soporte, figura 2, e incluye el
brazo 72 que se extiende desde el soporte 74 de giro. El subsistema
de cabezal de limpieza complementaria de esta invención,
representado en la Figura 3, dirige el fluido entre los tubos desde
la ranura de flujo. El subsistema 70 de limpieza complementaria se
extiende a lo largo de una ranura de flujo, tal como la ranura de
flujo 71, figura 3, y dirige el fluido entre los tubos 78, 80 desde
la ranura 71 de flujo. El brazo 72, figura 4, gira también en la
dirección mostrada por la flecha 82, para cambiar la orientación de
inclinación de las boquillas 84, 86, 88 y 90 opuestas, para limpiar
la longitud de los tubos entre dos placas de soporte, y también las
superficies de las placas de soporte. Las boquillas 84, 88 se
oponen a las boquillas 86, 90, según se ha representado, con el fin
de efectuar la limpieza de los tubos a ambos lados de la ranura 71
de flujo, y también para equilibrar el empuje recibido por el brazo
72 debido al agua a alta presión suministrada por las boquillas.
Las boquillas 86 y 90 están separadas apropiadamente para alinearse
con los espacios existentes entre los tubos 78, 80, figura 3.
El brazo 72 oscila también en la posición
mostrada en líneas discontinuas con 92, para limpiar los tubos
próximos a una ranura de flujo adyacente sin tener que retraer el
cabezal de limpieza y desplegarlo a través de la ranura de flujo
adyacente.
Más en particular, según se muestra en las
figuras 5A - 5C, el brazo 100, figura 5A, se orienta en primer
lugar en torno a la ranura 104 de flujo (normalmente, la ranura de
flujo central de una de tres ranuras por lado según el diseño de
generador de vapor), para pulverizar agua en el sector 110 próximo a
la ranura 104 de flujo; el brazo se mueve a continuación por el
interior de la ranura 104 de flujo, para pulverizar agua en el
sector 108, figura 5B, y finalmente se provoca que el brazo oscile
para limpiar el sector 112, figura 5C, próximo a la ranura 106 de
flujo.
De esta forma, se limpia un lado completo del
generador de vapor mientras el equipo de soporte y despliegue del
cabezal de limpieza se extiende a través de una serie de ranuras de
flujo alineadas verticalmente. De este modo, el subsistema de
cabezal de limpieza complementaria se despliega hasta la ranura 25
de flujo superior, figura 1, en el interior de la placa 26 de
soporte, y se lleva a cabo la operación de limpieza representada en
las figuras 5A - 5C (los cambios de inclinación se realizan según
sea necesario), y se repite este proceso en cada nivel del
generador de vapor hacia abajo, hasta la primera placa 14 de
soporte de tubos, efectuando la limpieza de arriba a abajo, y
arrastrando con ello los depósitos en sentido descendente durante el
proceso de limpieza. El otro lado del generador de vapor se limpia
de la misma manera.
Otro aspecto de esta invención incluye la
utilización de un alineamiento específico de las boquillas para la
limpieza complementaria, con el fin de optimizar la eficacia de la
limpieza con un mínimo uso de agua. Específicamente, las boquillas
84, 88, etc., se alinean en primer lugar a un lado del espacio 79
entre los tubos, y después al otro lado del espacio 79 entre los
tubos, para limpiar un lado de los tubos y después el otro. Durante
la prueba, este procedimiento tuvo un significativo impacto sobre la
eficacia de la limpieza, y jugó un papel decisivo en aumentar la
cantidad de sedimentos retirados de las superficies de los tubos.
Otras variantes de la prueba incluían el tipo de sedimentos, la
presión de la boquilla, la velocidad de flujo de la boquilla, la
velocidad de inclinación, la localización del limpiador
complementario, el diseño de la boquilla, y la alineación de la
boquilla. Un diseño en prototipo demostró que un cabezal de limpieza
complementaria que dirige agua desde el canal de descarga, puede
retirar depósitos superficiales de los tubos y puede limpiar las
placas de soporte y las cuatro láminas. Todavía, otro aspecto de la
metodología de limpieza de esta invención incluye hacer bajar
lentamente el nivel de agua dentro del generador de vapor según
avanza la limpieza de arriba abajo con los cabezales de limpieza.
De esta forma, se proporciona agitación adicional y la limpieza se
incrementa según golpea la pulverización del chorro de la boquilla
sobre la superficie del agua en el interior del generador.
La figura 6 muestra esquemáticamente el diseño de
prototipo del subsistema 120 de cabezal de limpieza complementaria.
El brazo 121 de boquilla incluye la parte 122 de cilindro, que
tiene boquillas opuestas 123, 125, 127, 129, cuyas inclinaciones
son variadas por medio del engranaje 124 de inclinación, accionado
desde el motor de inclinación 128 por medio de un engranaje 131. La
oscilación del brazo 121 se realiza por medio del engranaje 138
oscilante, accionado por el motor 130 oscilante a través de un
tornillo 133 sin fin. El agua se alimenta a las boquillas 123, 125,
127 y 129 a través de fuentes 132 umbilicales, por medio de un
colector 134 de agua. La cámara 126 proporciona al operario la
compatibilidad de alineamiento e inspección. La energía para la
cámara 126, el motor 130, y el motor 128, se proporciona mediante
la fuente 132 umbilical.
La lanza 200 rígida, figura 7A, es otro tipo de
cabezal de pulverización susceptible de montaje en el subsistema 50
de despliegue, figura 2, y se utiliza para dirigir fluido por entre
las filas de tubos, desde el espacio entre tubos. La parte 205 de
lanza, la figura 7A, gira según se muestra en las figuras 7A y 7C
hasta una posición, tal como se muestra en la figura 8A,
extendiéndose entre la fila 207 de tubos. De este modo, la lanza
205, figura 7A, se sitúa en línea con el cilindro de la parte
superior del subsistema de soporte durante el despliegue hacia
arriba a través de la ranura 210 de flujo, figura 8B, donde se hace
girar después en la dirección mostrada por la flecha 214 mediante el
motor 212 actuador de la lanza, para que se extienda entre una fila
particular de tubos. A continuación, las boquillas 216 (figuras 8B
y 8C), 218, 220 y 222 de chorro, dirigen el fluido desde la fuente
224 de agua a alta presión, hasta los tubos.
Según se muestra en la figura 9, las zonas de los
tubos que no se han limpiado con la utilización del subsistema 70
de cabezal de limpieza complementaria, que pulveriza agua desde una
ranura de flujo, se limpian con la utilización de una lanza 205 que
puede ser introducida entre las filas de tubos. En el extremo más
superior de la lanza 200 rígida, figura 7A, se encuentra la pieza
201 de bala en punta, que puede ser inclinada levemente a mano,
según se muestra mediante la flecha 180, para moverse sinuosamente
hacia arriba, a través de las ranuras de flujo con independencia de
algún desalineamiento de ranura poco importante, o de la
flexibilidad del conjunto de cilindro de acoplamiento telescópico
del dispositivo de despliegue / soporte mostrado en la figura 2. La
pieza 201 de bala, se desvía con el uso de un cable de atado que
trabaja contra un resorte de compensación. Haciendo girar el
cabezal alrededor de su eje vertical con la etapa giratoria, la
deflexión de la punta puede ser orientada en cualquier dirección.
Puesto que el cabezal de limpieza del subsistema de lanza rígida
estará desplazándose hacia las zonas a partir de las cuales deben
obtenerse cantidades significativas de datos sensoriales, resulta
esencial que el cabezal esté provisto de varios ojos 182, 184, para
mantener al operario informado acerca de lo que hay a su alrededor,
y del estado de la inspección y de las actividades de limpieza.
Para permitir que el operario alinee la pieza 201
de bala en punta con la siguiente ranura de flujo según el cabezal
atraviesa hasta la placa de soporte de placa de tubos de interés,
se monta una cámara de vídeo CCD en el interior del cabezal, y se
apunta hacia arriba según se ha representado para la cámara 184. En
caso de que sea apropiado, se podrían montar dos cámaras de vídeo
en oposición horizontal en el cabezal para permitir la visión hacia
abajo desde el canal sin tubo, y en los tubos inmediatamente
adyacentes al mismo. Para proporcionar capacidad de visión en los
canales entre los tubos, pueden montarse sondas de vídeo en la
punta 209 de la lanza mostrada en la figura 7D. Los chips CCD se
sitúan de modo que permitan la inspección de las zonas
resquebrajadas y la observación de las operaciones de impulsión del
chorro de agua. Los cables para estas sondas de vídeo se encaminan
a través de la etapa giratoria sobre la barra del canal de descarga
y por fuera del agujero de inspección. Para simplificar la interfaz
de usuario, las señales podrían ser multiplexadas en una etapa de
operación remota en la que pueda visualizarse la imagen de vídeo
seleccionada. Según se indica en la figura 7C, si la cobertura
ligeramente reducida de los canales entre los tubos no es aceptable
en la placa de soporte de la placa de tubos, el rebaje 211 del
cabezal formado por desvío, según se muestra, puede servir para
mantener el módulo 213 de herramienta opcional que muestra en la
figura 7B, para adecuar la tarea manualmente. Por ejemplo, puede
montarse un recipiente de retención de muestra en este punto, de
modo que puede transportarse fácilmente la extensión del tubo fuera
del generador, para su análisis.
En general, la lanza entre los tubos de esta
invención realiza una inspección visual, la limpieza de grietas, la
desincrustación de tubos, el lavado de la placa de soporte de placa
de tubos, el muestreo de la corrosión, y la búsqueda y recuperación
de objetos extraños. La lanza 205 debe ser tan larga como sea
posible, pero no puede exceder del espacio vertical de las placas
de soporte de placa de tubos, o tal que no pueda ser girada desde
la vertical. Puesto que los radios de ambas placas de soporte de
placa de tubos de ambos generadores W44 y W51, son mayores que la
separación vertical de las placas de soporte de placa de tubos,
existe un área mostrada en la figura 9, que la lanza rígida no puede
alcanzar en el punto más alejado de del canal sin tubo. El área
porcentual total que está dentro del alcance de la lanza rígida,
sin embargo, se estima que es del orden del 85% para el W44 y del
80% para el W51.
La lanza 200, figuras 7A - 7C, es un alojamiento
estrecho de 63 mm (2 1/2 pulgadas)de diámetro, en cuyo
interior se ha montado un actuador giratorio (no representado) para
posicionar el brazo 205 rígido de 6,3 mm (1/4''). Los chorros de
agua en la punta de la lanza, están orientados de modo que los
mismos dirigen los residuos hacia las ranuras de flujo del canal
sin tubo, puesto que no existen medios fiables para mover los
residuos desde la periferia de la placa de soporte de tubo.
Las figuras 10A - 10D muestran la orientación de
la lanza con respecto al cabezal durante el despliegue, y diversas
operaciones de limpieza. La figura 10A muestra la lanza 205
alineada con el cabezal 215 para el despliegue y elevación del
cabezal de limpieza hasta la placa de soporte de placa de tubos de
interés; la figura 10B muestra una acción de barrido descendente de
la lanza 205 para arrastrar los residuos hacia la ranura de flujo
217; la figura 10C representa la lanza 205 realizando un barrido
adelante y atrás para desincrustar los tubos, mientras que la
figura 10D representa la lanza 105 en posición de inspección del
lado inferior de la placa 219 de soporte de tubos.
Aunque el sistema de soporte y despliegue
vertical estará soportado lateralmente en la parte inferior de la
placa de tubos, es necesario proporcionar también soporte lateral
en la parte superior próxima al cabezal de pulverización desplegado.
Durante la limpieza de los espacios superiores del generador de
vapor, el sistema de soporte y despliegue vertical será extendido
hasta 7,6 metros (25 pies). Se aplicarán cargas laterales durante
la introducción de la lanza en, y la retracción desde, el haz
tubular, así como también durante las operaciones de barrido con
chorro. El subsistema de soporte lateral superior de esta invención
ha ido representado en la figura 11, y proporciona acoplamiento
mecánico con, y desacoplamiento desde una placa de soporte de tubos,
tal como la placa 250 de soporte de tubos, y no requiere actuadores
adicionales.
Según se muestra en la figura 12A, al aproximar
la placa 250 de soporte de tubo de interés, la carga 252 útil (uno
de los cabezales de pulverización anteriormente expuesto), se
inclina ligeramente para permitir que los dedos 254 y 256 se abran
tal como se ha representado en la figura 12B. Los imanes 258 y 260
ayudan al ajuste en una posición mostrada en la figura 12B. Con los
dedos 254 y 256 en posición abierta, la extensión adicional del
sistema de despliegue vertical hará girar los dedos hacia la
posición de fijación que se muestra en la figura 12C. Las
operaciones de limpieza se realizan a continuación con la
utilización de movimiento vertical del cilindro más superior del
subsistema de despliegue mostrado en la figura 2, con el sistema de
soporte lateral sujeto, y con los cilindros inferiores
estacionarios. El desacoplamiento se realiza mediante la inversión
del procedimiento. Los cilindros inferiores se retraen con la
tracción hacia abajo del perno 262 de giro en el sistema de soporte
lateral, y la fricción sobre almohadillas que apoyan contra la
ranura de flujo provoca que los conjuntos de dedos giren hacia la
posición mostrada en la figura 12B, según se retraen los cilindros
inferiores. La retracción del cilindro superior independiente
provocará entonces que el dedo se pliegue hacia una posición
guardada como se muestra en la figura 12A, y permita el paso, a
través de las ranuras de flujo, a una nueva posición de
despliegue.
La recuperación es una cuestión en la que
cualquier equipo se despliega hacia las zonas interiores del
generador de vapor. La recuperación de emergencia según esta
invención, se realiza por tensión sobre el cable de control de
extensión del cilindro que se sujeta al cilindro de la segunda
etapa. Si los dedos están en posición guardada, como se muestra en
la figura 12A, cuando se inicia la recuperación de emergencia, no se
producirá ninguna interferencia. Si los dedos están en posición
preparada, tal como se muestra en la figura 12B, el contacto con
cada placa de soporte de tubo en el trayecto descendente, los hará
simplemente girar hacia el interior, suficientemente para pasar a
través de la ranura de flujo. Si el sistema de soporte lateral está
acoplado tal como se muestra en la figura 12C, cuando se inicia la
recuperación de emergencia, se aplicará tensión suficiente al cable
como para superar la fricción asociada al sistema de soporte lateral
en contacto con la placa de soporte de tubo. Si la carga útil está
totalmente abajo y se apoya sobre los dedos, el contacto con la
siguiente placa de soporte durante la retracción hace girar los
dedos hacia el interior, y eleva la carga útil hasta la
configuración guardada de la figura 12A.
En la figura 13 se ha representado el subsistema
300 de procesamiento que suministra agua a alta presión a los
chorros de cada cabezal de pulverización, agua a baja presión a los
cilindros del sistema de despliegue vertical, aire y energía
eléctrica según se precisan, y realimentación de vídeo desde el
sistema de limpieza. El subsistema 300 de procesamiento proporciona
también succión desde el generador de vapor para mantener un nivel
estable durante la aplicación de la lanza, y filtrará el agua
suficientemente para su recirculación hasta las boquillas de
pulverización por chorro de los cabezales de limpieza. La mayor
parte del sistema de procesamiento, se situará en un remolque 302,
fuera del edificio de contención, y es muy similar al que se emplea
para la aplicación actual de la lanza en los sedimentos de la placa
de tubos. El agua a alta presión se suministra al chorro de
boquilla de cada cabezal de limpieza a través de la bomba 304 de
alta presión, el agua a baja presión se suministra a los cilindros
del subsistema de despliegue / soporte mediante la bomba 306 de
baja presión, y el aire, la energía eléctrica y las señales de
vídeo, se transmiten a través de líneas 308, 310 y 312,
respectivamente. La bomba 314 de succión mantiene un nivel estable
durante la aplicación de la lanza, y los filtros 316 y 318 filtran
el agua de la bomba 314 suficientemente como para su recirculación a
las boquillas pulverizadoras de chorro de agua, a través de la
bomba 304 de alta presión.
El subsistema 304 de control mostrado en la
figura 14, proporciona los medios de control de todas las
funciones del sistema de procesamiento, así como también las de los
sistemas de despliegue / soporte vertical y de los subsistemas de
varillas rígidas de acceso entre los tubos. Todas las actuaciones
de sistemas importantes están bajo control en circuito cerrado con
realimentación de posición desde codificadores. Una interfaz de
ordenador, según se ha representado en 342, proporciona información
de control, así como también de la posición y del funcionamiento.
Los movimientos relativos, tales como el barrido de chorro en los
espacios entre tubos, según se ha representado mediante la flecha
344, la rotación del cabezal de limpieza según se ha representado
mediante la flecha 346, la elevación y el descenso de los cilindros
del subsistema de despliegue / soporte según se ha representado
mediante la flecha 348, y el movimiento de desplazamiento del
subsistema de despliegue según se ha representado mediante la flecha
350, para que afecte a la limpieza según la metodología
representada en las figuras 5A - 5C, se programa para su ejecución
automática. La consola de control incluye también un monitor para el
sistema de vídeo. El sistema de acceso entre los tubos debe entrar
en los espacios de 10 mm (0,406''), y utiliza una sonda de vídeo
Welch Allyn, estandarizada en 6,3 mm (0,250'') de diámetro.
Claims (10)
1. Sistema de limpieza de un haz tubular superior
de un generador de vapor, comprendiendo el haz tubular superior una
pluralidad de filas de tubos, y teniendo dicho sistema un
subsistema (50) de despliegue, en el que dicho sistema
comprende:
un subsistema (60) de posicionamiento
vertical;
un subsistema (70, 120) de cabezal de limpieza
complementaria o una lanza (200) rígida montada en la parte superior
del subsistema (60) de posicionamiento vertical;
caracterizado porque el subsistema (60) de
posicionamiento vertical comprende un medio para elevar y
posicionar el subsistema (70, 120) de cabezal de limpieza
complementaria o la lanza (200) rígida, alrededor del haz tubular
superior del generador de vapor en una ranura de flujo, y el
subsistema (70, 120) de cabezal de limpieza comprende un brazo (72,
100, 121) extensible que tiene una pluralidad de boquillas (84, 88,
86, 90; 123, 125, 127, 129, 216, 218, 220, 222), siendo el brazo
extensible (72, 100, 121) susceptible de extensión a lo largo de la
dirección de la ranura de flujo, siendo la pluralidad de boquillas
(84, 88, 86, 90; 123, 125, 127, 129, 216, 218, 220, 222) del brazo
extensible alineables con los espacios existentes entre las filas de
tubos del haz tubular superior, o siendo la lanza (205) extensible
hacia los espacios existentes entre filas de tubos del haz tubular
superior.
2. Sistema según cualquier reivindicación
anterior, en el que el sistema (50) de despliegue incluye además un
carril (52) de desplazamiento acoplado mediante una etapa (56) de
rotación al subsistema (60) de posicionamiento vertical.
3. Sistema según la reivindicación 2, en el que
algunas de las boquillas son opuestas entre sí, para la limpieza
simultánea de los tubos en los lados opuestos de una ranura de
flujo, y para equilibrar cualquier empuje recibido por el brazo
extensible.
4. Sistema según la reivindicación 2, que incluye
además medios para cambiar la orientación de inclinación de las
boquillas.
5. Sistema según la reivindicación 2, que incluye
además medios para hacer girar el brazo con el fin de pulverizar
fluido alrededor de los tubos próximos a una ranura de flujo
adyacente.
6. Sistema según la reivindicación 2, en el que
la lanza es giratoria desde una posición alrededor de dicho
dispositivo de soporte, hasta una posición entre los tubos.
7. Sistema según cualquier reivindicación
anterior, que incluye además medios (248) para soportar de manera
separable el elemento de limpieza alrededor de una ranura de
flujo.
8. Sistema según la reivindicación 7, en el que
los medios de soporte separable incluyen dedos (254, 256) giratorios
acoplables con una pared lateral de una ranura de flujo realizada
en una placa de soporte de placa de tubos.
9. Método de limpieza de un generador de vapor
nuclear, comprendiendo el método la limpieza del generador de vapor
de arriba abajo con la utilización del sistema de la reivindicación
8 mediante:
- a)
- la inserción del sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, a través del agujero de inspección del generador de vapor, y el despliegue del subsistema de cabezal de limpieza complementaria en dirección ascendente hasta una posición alrededor de una ranura de flujo de los haces tubulares superiores del generador de vapor;
- b)
- la disposición de las boquillas para dirigir fluido a través de los espacios entre filas de tubos, o la inserción del subsistema de cabezal de limpieza complementaria en los espacios existentes entre filas de tubos, y dirigir fluido alrededor de los tubos de los haces tubulares superiores del generador de vapor;
- c)
- hacer descender sucesivamente el subsistema de cabezal de limpieza complementaria y posicionarlo en las proximidades de la siguiente ranura inferior;
- d)
- disponer de nuevo las boquillas para dirigir el fluido a través de dichos espacios, o insertar el subsistema de cabezal de limpieza complementaria en dichos espacios, y dirigir el fluido a los haces tubulares próximos al subsistema de cabezal de limpieza complementaria, arrastrando con ello los depósitos en sentido descendente, según el proceso de limpieza.
10. Método según la reivindicación 9, que incluye
la etapa de llenar el generador de vapor con agua, y hacer bajar el
nivel de agua según se hace descender el subsistema de cabezal de
limpieza complementaria para permitir la limpieza y agitación
adicionales cuando el fluido dirigido golpea la superficie del
agua.
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