[發(fā)明專利]用于壓力容器的徑向噴嘴組件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310289003.7
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號: CN103423445A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: W·P·鮑弗二世;E·M·奧爾特曼;I·J·佩林;T·W·桑博爾
• 申請（專利權(quán)）人: 阿爾斯通技術(shù)有限公司
• 主分類號: F16J12/00
• 分類號: F16J12/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;嚴志軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及用于在壓力容器中使用的噴嘴，并且更特別地，涉及具有噴嘴的徑向噴嘴組件，該噴嘴從配置在噴嘴的一個端部處的杯狀凸緣徑向且水平地延伸。

背景技術(shù)

壓力容器典型地由于內(nèi)部流體壓力和溫度的變化而經(jīng)受循環(huán)熱和機械應(yīng)力。這些循環(huán)應(yīng)力可限制壓力容器可耐受的壓力和/或溫度循環(huán)的次數(shù)和/或大小。在歷史上，壓力容器具有延伸穿過壓力容器的殼體的孔或穿透部。諸如管道的導(dǎo)管附接于壓力容器，使得穿透部和管道彼此流體連通，以允許流體進入壓力容器或從其出去。應(yīng)力集中存在于(多個)管道和壓力容器的殼體的交叉部處。這些應(yīng)力集中導(dǎo)致更高的應(yīng)力，并且對于諸如可形成在金屬表面上的磁鐵礦層的疲勞和/或開裂的現(xiàn)象而言，通常變成壓力容器的設(shè)計中的限制因素，并且這可限制使用壽命。

這種壓力容器可為鍋爐或蒸發(fā)器系統(tǒng)的汽包，如圖1所示。參考圖1，描繪熱回收蒸汽發(fā)生器的示例性現(xiàn)有技術(shù)蒸發(fā)器系統(tǒng)100，其包括蒸發(fā)器102和汽包104。汽包104與蒸發(fā)器102流體連通。在自然循環(huán)熱回收蒸汽發(fā)生器中，沒有流或建立最小流直到沸騰在蒸發(fā)器102中開始。這通常導(dǎo)致汽包104的溫度的非?？焖偕仙?/p>

例如，對于冷啟動而言，汽包104內(nèi)的水溫可在小于10分鐘內(nèi)從15℃上升到100℃。這產(chǎn)生汽包104壁中的大熱梯度和因此壓縮應(yīng)力。當汽包104中的壓力增大時，穿過包壁的溫度梯度減小，并且因此由壓力引起的應(yīng)力變成包中的主要應(yīng)力。由壓力(關(guān)于汽包104中的增大的壓力)引起的應(yīng)力為拉伸應(yīng)力。包的應(yīng)力范圍由在全部負載(壓力)下的最終拉伸應(yīng)力與最初壓縮熱應(yīng)力之間的差確定。鍋爐設(shè)計規(guī)范(諸如ASME和EN)對設(shè)計壓力下的應(yīng)力強加限制。一些規(guī)范(諸如例如EN12952-3)還包括對起動-關(guān)閉循環(huán)能夠容許的應(yīng)力范圍的限制。這些限制意圖保護以免受疲勞損壞和諸如在操作溫度下形成在鋼的表面上的磁鐵礦層的開裂的現(xiàn)象。

此外，蒸汽鍋爐設(shè)置有確定汽包中的水位的器件，如圖2所示。水位典型地借助于觀察玻璃和/或通過上和下連接管(噴嘴)108連接于包104的壓力傳感器106測量。鍋爐設(shè)計規(guī)范EN12952-7：2002(E)章節(jié)5.4.2規(guī)定“蒸汽鍋爐與局部水位指示器之間的連接管應(yīng)當具有至少20mm的內(nèi)徑。如果水位指示器借助于普通連接管線連接，或者如果水側(cè)連接管比750mm長，則后者應(yīng)當具有至少40mm的內(nèi)徑。蒸汽側(cè)的連接管應(yīng)當設(shè)計成使得冷凝物不積聚。水側(cè)連接管應(yīng)當總是相對于水位指示器水平地布置?！痹撘笠馕吨B接管108將典型地非徑向地穿透鍋爐包，如圖2所示。非徑向布置導(dǎo)致高應(yīng)力集中，如圖3所示。

參考圖3，示出呈噴嘴組件109的部分的剖面圖的應(yīng)力等高線圖的形式的有限元分析的結(jié)果。應(yīng)力等高線圖描述了變化應(yīng)力的區(qū)域，應(yīng)力等高線在已知現(xiàn)有技術(shù)噴嘴組件的區(qū)段上面重疊。噴嘴組件109包括延伸穿過孔口至由壓力容器壁104限定的內(nèi)區(qū)域的噴嘴。在示出的實施例中，最大局部應(yīng)力的區(qū)域位于限定在噴嘴109與壓力容器壁的內(nèi)表面之間的交叉部110處。一般而言，噴嘴109經(jīng)由焊接附接于壓力容器104。該應(yīng)力集中可導(dǎo)致例如在熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)的冷起動期間的、高壓力包110中的大于600兆帕(MPa)的應(yīng)力范圍，該熱回收蒸汽發(fā)生器在150bar或更高的范圍內(nèi)操作。EN12952-3章節(jié)13.4.3要求應(yīng)力范圍小于600MPa以避免磁鐵礦開裂。這些要求的組合使具有標準連接管布置的HRSG高壓力包難以滿足EN鍋爐設(shè)計規(guī)范的要求。

本發(fā)明建議新方法，其中，使用徑向噴嘴組件代替水平連接噴嘴，徑向噴嘴組件為足夠大的，以使維持從包的內(nèi)部到感測線的連續(xù)水平路徑242，如圖5所示。該構(gòu)造導(dǎo)致減少的應(yīng)力集中，并且使應(yīng)力范圍降低至600MPa以下，如圖7所示。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明的一個實施例中，提供一種用在壓力容器中使用的噴嘴組件。壓力容器由具有限定內(nèi)區(qū)域的內(nèi)表面的壁限定。孔口延伸穿過壓力容器的壁。噴嘴組件包括具有內(nèi)端部和外端部的噴嘴，其中，孔沿著它的長度配置在其中，以提供穿過其的流體流。噴嘴組件包括從噴嘴的內(nèi)端部延伸的凸緣。凸緣由限定內(nèi)區(qū)域的、帶有開放端部的具有杯形狀的壁限定。凸緣的開放端部能夠附接于壓力容器，與壓力容器的壁的孔口流體連通。

附圖說明

圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的蒸發(fā)器系統(tǒng)的示意圖。

圖2為壓力容器的部分的截面圖，其示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的從該部分延伸的多個非徑向水平噴嘴。