CN102378902B - 用于在原子能设备的压力容器中测量料位的装置的密封装置 - Google Patents

Abstract

用于在液体容器中、尤其是在原子能设备的压力容器(6)中测量料位的装置(4)的密封装置(2)，具有至少一个热敏元件(8)，该热敏元件借助压力管(10)与压力容器(6)连接并且借助连接到压力管(10)上的管路(12)与分析单元(14)连接，其中压力管(10)和管路(12)借助管-螺栓连接(16)彼此连接，该管-螺栓连接包括具有两个螺纹件(20，22)的中间件(31)，其中一个螺纹件(20)借助螺栓(34)连接到管套(26)上，而另一螺纹件(22)借助另一螺栓(36)连接到压力管(10)上。

Description

用于在原子能设备的压力容器中测量料位的装置的密封装置

本发明涉及一种用于在液体容器中、尤其是在原子能设备的压力容器中测量料位的装置的密封装置，其具有至少一个热敏元件。

其中借助被加热的热敏元件产生的热电电压推断液体容器中的料位高度的测量装置或料位探头尤其是使用在核电厂中，因为其与基于其他测量原理的测量装置相比对放射性辐射比较不敏感，并且因此即使在具有可能提高的辐射值的事故情况下也可以可靠工作。这种测量装置尤其是应用在压水反应堆的反应堆压力容器中，以便在那里监控流经发电厂设备的主循环的、在燃料元件以上的冷却液体的水位。

该测量原理利用了不同的热传递特性，这些热传递特性一方面在热量从加热元件传递到包围加热元件的液态冷却剂时出现，而另一方面在热量从加热元件传递到气态或蒸汽态的介质时出现。只要加热元件被液态冷却介质包围，则由加热元件产生的热迅速被导出，使得甚至在其紧邻周围中温度仅仅不明显地处于在未加热情况下会出现的环境温度之上。例如，如果在正常的反应堆运行期间或甚至在反应堆故障时出现如下情况：由运行引起或由于在主循环中的压力损耗，在反应堆压力容器中的液体水平降低到加热元件的高度以下，该加热元件因此被蒸汽态的冷却剂包围，这样热传递特性劣化。这导致在加热元件的环境中的温度升高，这通过与加热元件相邻地安置的热敏元件或温度测量传感器来检测。由于其可靠的并且鲁棒的运行方式，通常使用如下热敏元件作为温度测量传感器：该热敏元件提供基本上与温度成比例的热电电压。

这里所使用的热敏元件被具有矿物原料的护套包围，其至少在保护容器或容器中的位置上通过密封装置可能也必须以可松脱的方式彼此连接，以便满足所希望的使用条件。这种连接必须符合Loca标准的要求并且仍然可以非常容易地松脱。用LOCA(loss ofcoolant accident(冷却剂丧失事故))在核技术中表示一种事故，其中冷却剂由于泄露从核反应堆的冷却循环中溢出。大的冷却剂丧失事故通常是剩余热导出***和应急冷却***以及核反应堆的安全容器的设计基础。在该情况下，主冷却剂管路完全中断。该事故称作“要设想的最大事故”(Gau)，其绝不允许出现。

在现代核电厂中有四个安全等级：第一等级对应于发电厂的正常运行。在此，要尽可能地避免干扰。尽管如此，假设出现干扰。在第二等级中(“不正常运行”)，追求阻止这些干扰并且防止其扩大为事故的目标。这里也***地假设该目标并未实现并且在第三等级中(事故主导的等级)，事故通过非常可靠的自身安全***被尽可能中止。在此也***地假设失效并且在第四等级中用“设备内部应急保护措施”尝试尽可能将事故的影响限制到该设备自身，并且让周围环境中的激烈措施(尤其是疏散)变得不必要。尤其是，在极端运行条件下，料位测量应可靠地运行，以便能够采取有效措施来保护设备和环境。

因此，本发明基于的任务是改进一种用于在液体容器中、尤其是在反应堆容器中测量料位的装置的密封装置，使得提供了在压力管与连接到其上的管路之间的无缺陷的、压水密封的连接(其中管路用于容纳热敏元件和反应堆)，而热敏元件和/或其护套不受损伤。

根据本发明，该任务通过一种用于在液体容器中、尤其是在原子能设备的压力容器中测量料位的装置的密封装置来解决，其具有至少一个热敏元件，该热敏元件借助压力管与压力容器连接，并且借助连接到压力管上的管路与分析单元连接，其中压力管和管路借助管-螺栓连接彼此连接，该管-螺栓连接包括带有两个螺纹件的中间件，其中一个螺纹件借助螺栓连接到管套上而另一螺纹件借助另一螺栓连接到压力管上。

本发明基于如下考虑：要提供一种密封装置，使得其不仅符合对所有安全等级的要求而且在要设想的最大事故(Gau)时保持可用。该密封装置也应当提供为使得在使用具有矿物原料的连接件或线缆包覆物时，也不造成对各个部分、尤其是热敏元件的线缆包覆物的损伤。尤其是，在密封装置与矿物原料线缆之间的直接连接的情况下，包围密封装置的部件的震动和颤动直接被传递到线缆上。由此，会导致热敏元件的损伤并且因此导致停止可靠的料位显示。为了在极端运行的情况下也保证可靠的料位显示，热敏元件应针对这种影响而被保护。

如现在认识到的那样，热敏元件的这种保护可以通过热敏元件局部被管套包围并且在管套上而不是直接在热敏元件上进行密封的方式来实现。由此，密封装置的振动传递到管套上而不直接传递到热敏元件或其护套上。

此外，很重要的是，这种密封装置压水密封地构造。该密封装置是在压力容器与安全容器的内部区域之间的主压力壁垒。主压力壁垒的泄露会导致冷却液体从压力容器通过热敏元件的管路被输送到安全容器的内侧上的安装壁，并且在那里在安全容器中会出现泄露，因为安装壁和在那里的线缆连接并不针对这样的条件而设计。

优选地，连接到管路上的管套与另外的管-螺栓连接牢固连接，其中连接元件支承在管套上。由此，在管路与反应堆中的压力区域或压力管之间的耐压水的连接以简单的低成本的方式来提供，并且避免了在安装密封装置时或安装管路的部分或护套时出现损伤。

在另外的有利扩展方案中设计的是，两个连接件是各带有螺纹件的管状连接元件的部分，连接件具有不同大小的内直径，其中具有较小的内直径的连接件推移到管套的正面的端部上，而具有较大的内直径的连接件推移到压力管的正面的端部上。由于连接元件设置有两个在直径上延伸的、各具有一个螺纹部的连接件，所以形成仅仅一个部件，其可以成本低廉地制造。此外，由于少量对于密封装置所需的部件，可以降低库存成本。

由于在最后所描述的情况下带有螺纹件的两个连接件彼此共轴线地定向，所以密封装置的安装被显著地易化，因为如已提及的那样，借助少量松散件对于密封装置就足够了。对于密封装置的安装仅需将连接元件或者中间件推移到具有已旋上的管螺母的管套上并且接着固定地紧固在螺纹件上。由此，可以建立在管路与压力管之间的耐压水的连接。

有利地，各一个管螺母可以旋拧到这两个螺纹件上，管螺母分别将密封元件向管套或压力管的***挤压。借助有利地构建为挤压环的密封元件，建立在管套或管路与压力管之间的无缺陷的持久连接，该连接可以再次松脱。正常地，密封装置建立在管路与压力管之间的持久连接。两个环形缝隙用作在压力管、管套和热敏元件之间的膨胀节，尤其是当这些部分具有不同大小的热学系数时。

优选地，在管状的压力管的内直径与管套的外直径之间形成环形缝隙，并且在热敏元件的外直径与管套的内直径之间形成另外的环形缝隙，其中另外的环形缝隙和连接到其上的管路借助在热敏元件、管套和管-螺栓连接之间的焊接连接来密封。如果管套和压力管由不同的材料形成，则在不同的热膨胀系数的情况下也进行管套与压力管之间的长度平衡。

热敏元件和管套优选通过焊接连接以机械方式彼此连接。该焊接连接可以以已知的并且在核电厂的领域中认证的方法来建立。通过焊接连接，保证了热敏元件不能自由地在管套中运动并且受到损伤，并且热敏元件和管套不能相对彼此移动。在管套和压力管的过渡区域中螺栓到管套的压力传递优选在焊接连接的尽可能小的区域中进行，由此螺栓元件的振动到管套的直接传递并且进一步到热敏元件的传递通过焊接连接被保持较小。在螺栓的管路侧的区域中，管套应与在该管套中引导的热敏元件一起形成环形缝隙，以便将至热敏元件的振荡、震颤和振动的传递保持得尽可能小。

此外，有利的是，管套和压力管的两个推移到彼此上的端部件形成交叠区域，该交叠区域具有如下长度：该长度小于、等于或大于管套的外直径。

另一优点尤其是在于，管套借助另一管-螺栓连接来连接到软管或管路上，该软管或管路基本上柔性地构建。

也有利的是，容纳在软管或管路和压力管中的热敏元件被护套包围，护套至少部分由矿物隔离(mineralisolierenden)的原料形成。

此外有利的是，管路和压力管的至少一部分以及管套和压力管的端部件通过密封装置彼此连接并且设置在直线走向的中轴线上。

在其他有利的扩展方案中设计的是，管路和压力管的至少部分通过一个或多个支承元件支承在反应堆的安全容器中。以此方式，可以避免震颤传递到管路上并且损伤管路。由此，在压力管和管套由不同的原料、尤其是不锈钢构成时，在具有不同材料的管部分之间同样不会进行电子传递反应(电位序，Spannungsreihe)。

对此有利的是，管套的端部件容纳在压力管的端部处的管状圆柱形内部空间中，其中内部空间通过径向延伸的底部来形成边界，具有较小直径的圆柱形开口连接到底部上，热敏元件穿过该开口，其中管套的端部件的正面与圆柱形开口相隔一距离地设置。

在一个有利的改进方案中设计的是，用于容纳热敏元件的压力管和/或密封装置被引导压力的环绕部包围，尤其是由压力壳包围，该压力壳至少部分被隔离体包围，该隔离体至少部分由矿物原料组成并且连接到反应堆的压力容器上或与该压力容器关联。

以下借助附图更为详细地阐述本发明的实施例。其中：

图1示出了原子能设备的部分示意性视图，该原子能设备具有：压力容器和安全容器；在压力容器的上部区域中在热隔离的层的区域中的密封装置，其带有在压力容器中引导的热敏元件；以及设置在安全容器外部的分析单元，其中附加地在放大视图中在部分剖面中示出密封装置，以及

图2在放大的视图中以横截面视图示出了根据图1的密封装置。

相同部件在所有附图中设置有相同的附图标记。

图1中在侧视图中以部分剖面示出而在图2中以横截面示出的密封装置2用于引导热敏元件8，其用于在液体容器中测量料位的装置4，该装置监控在反应堆压力容器中的冷却液体的水位。在根据图1的实施例中，反应堆压力容器用附图标记6表示。反应堆压力容器6被容器(也称作安全容器)包围。安全容器用于在正常工作中、尤其在事故情况下保护设备的周围环境以免受损伤。安全容器在图1中通过壁76来表示。反应堆设备的其他部分出于简洁原因并未示出。

通常，多个被加热的热敏元件大多彼此规则间隔地设置在杆状或管状支承体上或设置在长形的测量管上，测量管浸入关于其水位方面要监控的液体中，并且在测量管的内部也引导对于加热元件的供电和对至外部分析单元的信号传送所需的供给线路和信号线路。设置在不同高度中的传感器或者测量位置因此能够实现在容器中的料位高度的数字的、空间上离散的显示，其中(位置的)分辨率取决于每个高度区段的热敏传感器的数目。这类测量装置例如在RU 2153712C1中公开。除了有效地作为主要信号生成器被加热的热敏元件之外，在此还在测量管的内部设置有多个未加热的热敏元件，这些热敏元件提供与相应的主信号关联的参考信号。以此方式，在分析温度信息和由此导出的确定料位高度时，也可以考虑液体温度或环境温度的时间变化。在没有这样的措施的情况下，例如液体温度的升高或者降低会被错误地解释为料位高度的变化，或者料位高度的实际改变会通过液体的同时温度改变而“掩盖”。在根据图1和图2的实施例中，仅仅进一步阐述所提及的测量装置或料位探头的热敏元件8

热敏元件8借助压力管10通过密封装置2和另一管-螺栓连接38连接到反应堆压力容器6的压力容器壁上，并且借助穿通引导部64穿过压力容器壁。

如从图1得知的那样，隔离体62设置在反应堆容器的压力容器壁6上，该隔离体包围压力管10。隔离体62与压力壳60关联或固定在隔离体62的外侧上。压力壳60包围管-螺栓连接16，其在图2中放大地示出。在图2中为了更为清楚地示出密封装置2、尤其是管-螺栓连接16，未示出压力壳60。

压力管10借助管-螺栓连接16连接到管路12上，该管路在安全容器或容器中借助一个或多个支承元件18支承，使得没有振荡或震颤传递到管路12、压力管10及其连接2上并且在故障情况下将其损伤。管路12、压力管10及其连接2必须构建并且设置在安全容器中，使得其即使在出现Gau时还可用并且热敏元件8可以将必要的测量结果提供给分析单元14使用。

在根据图2的实施例中，用于测量料位的装置4的密封装置2布置在液体容器中，尤其是原子能设备的反应堆容器的压力容器6中。密封装置2包括管-螺栓连接16和另外的管-螺栓连接38。

管-螺栓连接38用于将管路12连接到管套26上，而管-螺栓连接16用于将管套26与压力管10连接。在管路12和压力管10中引导热敏元件8。热敏元件8的护套或隔离包含矿物原料，其借助管-螺栓连接38和管-螺栓连接16如以下更为详细地阐述的那样来密封。

热敏元件8在管路12中和在压力管10中引导，并且根据图1借助插接部和耦合部68连接到安全容器或容器76的安装壁70上。热敏元件8连接到平衡元件72上并且从那里经过穿通引导部74通过安全容器或容器76，以及通过补偿线缆78以及再分配器80连接到分析单元82，在该分析单元中监控测量结果。

借助管-螺栓连接39连接到管路12上的管套26推移到管螺母86的钻孔84中并且与其连接。管螺母86为此旋拧到管-螺栓连接38的螺纹件88上。

连接元件31(以下也称作中间部)推移到管套26上并且由此支承在管套26上。连接元件或中间部31包括两个在直径上延伸的连接件30、32，其各带一个螺纹件20或22，它们与中轴线90共轴线地定向，其中一个螺纹件20借助拧紧部34连接到管套26上，而另一螺纹件22借助另外的拧紧部36耐压水地连接到压力管10上。连接元件31与两个连接件30、32一起形成一个部件。锥形构建的密封元件或挤压环44用于无缺陷地密封，密封元件或挤压环分别***到设置在螺纹件20或22的端部上的锥形的旋入部中，并且通过旋拧上管螺母34、36将压力管10压水密封地密封或对反应堆容器中的压力密封并且此外对管路12密封。管套26和压力管10可以由不锈钢制造。

压力管10和管套26各具有端部件48或50，其推移到彼此上并且由此形成交叠区域46，该交叠区域具有如下长度：其小于、等于或大于管套26的外直径。在该交叠区域46中，两个端部件48、50彼此不接触。

两个连接件30、32是具有相应的螺纹件20、22的管状连接元件31的固定组成部分，它们具有不同大小的内直径，其中具有较小内直径的连接件30推移到管套26的正面的端部上，而具有较大的内直径的连接件32推移到压力管10的正面的端部上。在管状压力管10的内直径与管套26的外直径之间形成环形缝隙42，而在热敏元件8的外直径与管套26的内直径之间形成另一环形缝隙43，使得两个端部件48、50如已经提及的那样彼此并不接触。由此在热敏元件8和管套26以及压力管10不同膨胀的情况下进行长度补偿。两个环形缝隙用作在压力管、管套和热敏元件之间的膨胀节(尤其是当这些部分具有不同大小的热学系数时)。在环形缝隙43中，来自反应堆的压力室的蒸汽聚集，其中该压力室相对于环形缝隙43和连接到其上的管路12借助在热敏元件8、管套26的前端部件50和管-螺栓连接16之间的焊接连接92来密封。

焊接连接92也优选地用于将热敏元件8与管套26连接。焊接连接可以借助已知的方法来建立，这些方法例如在钢管和料位传感器的情况下使用。连接元件31与焊接连接92沿着中轴线90的交叠区域应保持得尽可能小，以便将螺栓元件的振荡、振动或震颤通过管套26至热敏元件8的直接传递保持小。在管路方面，在管套26与热敏元件8之间的环形缝隙43防止了由于密封装置2的振动引起的对热敏元件8的损伤。

压力管10、尤其是管套26刚性地构建或达到一定程度地抗扭曲地构建。借助密封装置2建立了在管路12、压力管10和热敏元件8之间的保护性连接，使得其不损伤热敏元件8的具有隔离的矿物原料的护套。

对此也有利的是，管套26的端部件50容纳在压力管10的端部处的管状圆柱形内部空间52中，其中内部空间52通过径向延伸的底部54形成边界，具有较小的直径的圆柱形开口56连接到底部上，热敏元件8穿过该开口继续引导，其中管套26的端部件50的正面58与圆柱形开口56相隔距离A地设置。

附图标记表

2     密封装置

4     测量料位的装置

6     反应堆容器的压力容器壁、压力容器

8     热敏元件

10    压力管

12    管路

14    分析单元

16    管-螺栓连接

18    支承元件

20    螺纹件

22    螺纹件

26    管套

30    连接件

31    连接元件，中间件

32    连接件

34    管螺母、拧紧部

36    管螺母、拧紧部

38    管-螺栓连接

42    环形缝隙

43    另外的环形缝隙

44    密封元件、挤压环

46    交叠区域

48    端部件

50    端部件

52    内部空间

54    底部

56    开口

58    正面

60    压力壳

62    隔离体

64    通过压力容器壁的穿通引导部

68    插接部、耦合部

70    耦合部的安装壁

72    平衡元件

74    通过安全容器或容器的穿通引导部

76    安全容器或容器的壁

78    补偿线缆

80    再分配器

82    分析单元

84    钻孔

86    管螺母

88    螺纹件

90    中轴线

92    焊接连接

A     距离

Claims (8)

1.一种用于在穿通引导的液体容器中测量料位的装置（4），该装置包括按矿物隔离线缆的方式实施的热敏元件（8），其中

所述热敏元件（8）至少部分设置在从液体容器引导出的压力管（10）中，能够借助压力管（10）与压力容器（6）连接并且能够借助连接到压力管（10）上的管路（12）与分析单元（14）连接；

设置有管套（26），所述管套（26）在其前端部件（50）区段中与所述热敏元件（8）焊接，并且所述热敏元件（8）局部被所述管套包围，

设置有作为压力壁垒起作用的密封装置（2），

密封装置（2）具有连接元件（31），连接元件（31）包围管套（26）并且支承在管套（26）上，连接元件（31）具有包围压力管（10）的、侧向突出的、在高压侧的连接件（32）和相对连接件（32）在直径上的连接件（30），

高压侧的连接件（32）通过接合在连接元件（31）的第一螺纹件（22）上的拧紧部（36）与压力管（10）连接，

连接元件（31）的相对于在高压侧的连接件（32）在直径上的连接件（30）通过接合在连接元件（31）的第二螺纹件（20）上的拧紧部（34）连接到管套（26）上，以及

压力管（10）通过第一环形缝隙（42）与管套（26）和所述热敏元件（8）间隔。

2.根据权利要求1所述的装置，其中液体容器是原子能设备的反应堆压力容器。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中与压力管（10）协作的拧紧部（36）包括管螺母，所述管螺母旋拧到高压侧的连接件（32）的第一螺纹件（22）上并且在此将密封元件（44）向压力管（10）的***挤压。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中在所述热敏元件（8）的外直径与所述管套（26）的内直径之间形成第二环形缝隙（43）。

5.根据权利要求3所述的装置，其中在所述热敏元件（8）的外直径与所述管套（26）的内直径之间形成第二环形缝隙（43）。

6.根据权利要求1、2或5所述的装置，其中与管套（26）协作的拧紧部（34）包括管螺母，所述管螺母旋拧到相对于在高压侧的连接件（32）在直径上的连接件（30）的第二螺纹件（20）上，并且在此将密封元件（44）向管套（26）的***挤压。

7.根据权利要求3所述的装置，其中与管套（26）协作的拧紧部（34）包括管螺母，所述管螺母旋拧到相对于在高压侧的连接件（32）在直径上的连接件（30）的第二螺纹件（20）上，并且在此将密封元件（44）向管套（26）的***挤压。

8.根据权利要求4所述的装置，其中与管套（26）协作的拧紧部（34）包括管螺母，所述管螺母旋拧到相对于在高压侧的连接件（32）在直径上的连接件（30）的第二螺纹件（20）上，并且在此将密封元件（44）向管套（26）的***挤压。

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