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采用 蒸汽注入的化学清洗方法和系统

阅读：706发布：2023-03-07

专利汇可以提供采用蒸汽注入的化学清洗方法和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种用于清洗热交换器和类似容器的方法和装置，其通过引入化学清洗溶液和/或溶剂并且同时通过将蒸汽直接注入到清洗溶液中以保持目标温度范围而进行清洗。该蒸汽可被直接注入到热交换器，或者被注入到用于使清洗溶液再循环的临时侧蒸汽回路，或者与注入到热交换器的流体相混合。所公开的方法适于在化学还原条件下从热交换器中移除金属氧化物，或者在化学氧化条件下移除诸如铜的金属物。为了通过直接蒸汽注入而进一步提高清洗溶剂的热传递效率，可通过气体喷射或者通过在同时清洗多于一个热交换器时在热交换器之间输送液体来增强在热交换器的第二侧上的混合。，下面是采用蒸汽注入的化学清洗方法和系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于从包括核加压水反应堆的蒸汽发生器的热交换器或容器的第二侧移除沉淀物和杂质的方法，所述蒸汽发生器具有管束，所述方法包括：
从蒸汽发生器的第二侧移除一些量的工作流体以便足以露出进出口穿孔；
将临时适配器安装到所露出的进出口穿孔中，该适配器构造用于在基本上密封进出口穿孔以防第二侧内的任何液体穿过进出口穿孔无意泄漏的同时进行直接蒸汽注入；
将一些量的水引入蒸汽发生器的第二侧中；以及
将预定量的化学清洗试剂引入水中，以便在蒸汽发生器的第二侧上形成液体清洗溶液，所述化学清洗试剂选自包括螯合剂、络合剂、还原剂及它们的混合物的组，其中，所述液体清洗溶液装填到第二侧给定高度下方，使得在冷凝蒸汽的积聚和化学清洗剂的引入之后的最终装填高度在管束的顶部附近但是在临界蒸汽发生器部件下方；
通过临时适配器将蒸汽直接注入到蒸汽发生器的第二侧中的液体清洗溶液内，以将蒸汽发生器和残余流体加热到目标清洗温度范围；以及
在清洗期间，通过控制所注入的蒸汽的流速、温度、压力或过热来将蒸汽发生器和残余流体保持在目标清洗温度范围内。
2.如权利要求1所述的方法，其中，残余流体包括选自包括工作流体、化学清洗化合物、化学清洗溶液、化学清洗溶剂、水及它们的混合物的组中的成分。
3.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
以足以将气体喷射到残余流体内的速率将气体注入到残余流体中，该气体选自包括蒸汽、不可冷凝的气体及它们的混合物的组。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述气体通过选自包括容器泄放系统和临时适配器的组中的入口而被注入到残余流体中。
5.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在清洗期间注入附加量的化学清洗试剂。
6.如权利要求1所述的方法，其中，选择所引入的水量，由此，蒸汽冷凝物和化学清洗试剂的添加将不会超过预定的第二侧容量。
7.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
控制蒸汽注入速率，以便在残余流体中产生预定的加热分布图。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述蒸汽选自包括饱和蒸汽、过热蒸汽及它们的混合物的组。
9.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
控制所注入蒸汽的蒸汽温度和蒸汽压力，以便补偿在清洗期间蒸汽发生器内的液体静水头压力范围内的变化。
10.如权利要求1所述的方法，其中，络合剂选自包括乙二胺四乙酸、氮川三醋酸及它们的混合物的组。
11.如权利要求1所述的方法，其中，络合剂包括有机酸。
12.一种用于从包括核加压水反应堆的蒸汽发生器的热交换器或容器的第二侧移除沉淀物和杂质的方法，所述蒸汽发生器具有管束，所述方法包括：
从蒸汽发生器的第二侧移除一些量的工作流体以便足以露出进出口穿孔；
将临时适配器安装到所露出的进出口穿孔中，该适配器构造用于在基本上密封进出口穿孔以防第二侧内的任何液体穿过进出口穿孔无意泄漏的同时进行直接蒸汽注入；
将不可冷凝的气体与蒸汽混合以形成组合的气体蒸汽，以用于注入到蒸汽发生器的第二侧中；
通过临时适配器将组合的气体蒸汽直接注入到蒸汽发生器的第二侧中的一些量的液体中，其中所注入的蒸汽将蒸汽发生器和残余流体加热到目标清洗温度范围；
在清洗期间，通过控制所注入的蒸汽的流速、温度、压力或过热来将蒸汽发生器和残余流体保持在目标清洗温度范围内；以及
其中，所述残余流体装填到第二侧给定高度下方，使得在冷凝蒸汽的积聚和化学清洗剂的引入之后的最终装填高度在管束的顶部附近但是在临界蒸汽发生器部件下方。
13.如权利要求12所述的方法，其中，不可冷凝的气体占组合的气体蒸汽的0.01％到
3％之间。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述气体在清洗期间需要还原条件时包括氮气、氩气或它们的混合物，或者所述气体在清洗期间需要氧化条件时包括空气、氧气、臭氧或它们的混合物。
15.如权利要求12所述的方法，其中，残余流体包括化学清洗试剂，所述化学清洗试剂选自包括螯合剂、络合剂、还原剂及它们的混合物的组。
16.如权利要求12所述的方法，其中，组合的气体蒸汽中的气体减小在控制管线中或在喷嘴出口处发生气蚀的可能性。
17.一种用于从包括核加压水反应堆的蒸汽发生器的热交换器或容器的第二侧移除沉淀物和杂质的方法，其中所述蒸汽发生器具有管束，所述方法包括：
从蒸汽发生器的第二侧移除一些量的工作流体以便足以露出进出口穿孔；
将临时适配器安装到所露出的进出口穿孔中，该适配器构造用于在基本上密封进出口穿孔以防第二侧内的任何液体穿过进出口穿孔无意泄漏的同时进行直接蒸汽注入，所述适配器包括：
法兰，所述法兰构造用于与进出口穿孔配合；
导管，所述导管用于将流体通过进出口穿孔引入或移除；以及
开口，所述开口设置在蒸汽发生器的第二侧内，其中蒸汽管线与蒸汽源和气体源连通，所述蒸汽源构造用于供给蒸汽，所述气体源构造用于供给气体；以及
将一些量的水引入蒸汽发生器的第二侧中；
将预定量的化学清洗试剂引入水中，以便在蒸汽发生器的第二侧上形成液体清洗溶液，其中所述化学清洗试剂选自包括螯合剂、络合剂、还原剂及它们的混合物的组，其中，液体清洗溶液装填到第二侧给定高度下方，使得在冷凝蒸汽的积聚和化学清洗剂的引入之后的最终装填高度在管束的顶部附近但是在临界蒸汽发生器部件下方；
将气体与蒸汽混合以形成组合的气体蒸汽，以用于注入到蒸汽发生器的第二侧中；其中所述气体占组合的气体蒸汽0.01％到3％之间，并且所述气体不可冷凝；
通过临时适配器将组合的气体蒸汽直接注入到蒸汽发生器的第二侧中的残余流体内，其中所注入的蒸汽将蒸汽发生器和清洁溶液加热到目标清洗温度范围；
在清洗期间，通过控制所注入的蒸汽的流速、温度、压力或过热来将蒸汽发生器和清洗溶液保持在目标清洗温度范围内，
其中控制所注入蒸汽的温度和压力，以便补偿在清洗期间蒸汽发生器内的液体静水头压力范围内的变化；
其中，组合的气体蒸汽中的气体减小在控制管线中或在喷嘴出口处发生气蚀的可能性。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述气体在清洗期间需要还原条件时包括氮气、氩气或它们的混合物，或者所述气体在清洗期间需要氧化条件时包括空气、氧气、臭氧或它们的混合物。

说明书全文

采用蒸汽注入的化学清洗方法和系统

[0001] 优先权

[0002] 本申请要求申请号为61/119,791的美国临时申请的优先权，将该美国临时申请公开的全部内容通过引用合并于本文。

技术领域

[0003] 本发明应用于热交换器或容器的化学清洗或将化学清洗与机械清洗相结合的清洗，该容器包括核加压水反应堆(PWR)的蒸汽发生器。旨在通过清洗而移除的示例性材料包括存在于热交换器或容器的第二侧(沸腾侧)的那些材料，以及包括金属氧化物(例如，磁铁矿)、金属物(例如，铜)，其它杂质(例如，矿物)或废料。在此所描述的方法还可用于其它沉淀物或废物的处理策略相结合，例如分散剂或比例调节剂溶液，它们被添加到热交换器或容器中，以便减轻沉淀物在这些系统中的积聚，或者一旦已发生积聚则改变这些沉淀物的结构。在此所描述的方法和系统还与净化溶液一起使用，或者与用于清洗热交换器或容器的其它方法一起使用，该其它方法包括从需要温度控制或温度控制有益的容器、热交换器或流体系统中移除废物(诸如核废料)。

背景技术

[0004] 从热交换器的第二侧移除沉淀物，以及更具体地从核加压水反应堆(PWR)的第二侧或沸腾侧移除沉淀物，已经通过化学方法和机械方法得以实现。化学方法包括高低温化学清洗，而机械方法包括诸如使用水或化学溶液进行压力脉动清洗、水喷射或水发射或成束冲洗的方法。化学方法和机械方法常常通过同时或顺次地进行而结合在一起。

[0005] 有用于清洗一般而言的热交换器和容器(具体的是核蒸汽发生器)的各种化学清洗方法。这些方法中的许多已经在Frenier，W.的 “Technology for Chemical Cleaning of Indurstrial Equipment”，NACE International-The Corrosion Society，2001(“用于工业设备的化学清洗技术”，国际NACE-腐蚀科学，2001)中有描述。如下所述，存在用于电厂热交换器和容器(诸如PWR蒸汽发生器)的两种基本类型的化学清洗方法：“在线”(工厂加热)清洗方法和“离线”(外部加热)清洗方法。离线方法是指在经由设施和使用临时外部设备来进行化学溶液的供给、加热、泵送、混合、冷却和排放的方法。与离线方法相关联的设备构造通常非常复杂，并且需要大量时间和人力来进行布置和操作。然而，因为工厂在外部方法应用期间完全停工，这种类型的方法通常被认为对于安全性、方法控制及其它经济原因来说是优选的清洗方法。离线方法允许电化学腐蚀监控设备安装在容器(诸如蒸汽发生器)的内部，以确保不发生清洗操作的有害副作用。液体还可经由临时采样管线而易于获得液体采样，以监控该方法，并且确保在清洗工艺期间不会发生由于非正常方法和化学条件而导致的容器或蒸汽发生器内部构件的过度腐蚀。

[0006] 使用第一次-第二次传热来控制在电厂(诸如PWR)处的清洗方法的温度的方法被称为“工厂加热”方法或“在线”方法。在在线方法期间设备布置和人力需求显著减小，这是因为第二侧(沉积的位置)的加热和冷却是通过使用工厂系统(诸如来自反应堆芯的衰变热(用于加热)或工厂残余热移除(RHR)系统(用于冷却))由工厂的第一侧提供的。如此，不需要外部加热或冷却设备。因为在工厂处于“在线”时应用工厂加热方法，在清洗之前不接近容器(诸如蒸汽发生器)。这阻止将腐蚀监控设备安装在蒸汽发生器内部。在“在线”方法期间，液体采样也较难，这是因为诸如蒸汽发生器的容器可能需要通过工厂系统被部分排空，以获取清洗溶剂的采样。因此，在“在线”方法期间对方法的监控难得多。已知了在传统的“在线”清洗应用期间，出现过度腐蚀和其它非正常化学条件(参见“Application of AREVA Inhibitor-Free High Temperature Chemical Cleaning Process against Blockage on SG Tube Support”，Dijoux，M.et al，presented at“NPC ‘08 Berlin，International Conference on Water Chemistry of Nuclear Reactor System，”held in Berlin，Germany，September 15-18，2008(“用于抑制蒸汽发生器管支架上的堵塞的无AREVA抑制剂高温化学清洗方法的应用”，Dijoux，M.等，发表于2008年9月15-18日在德国柏林举办的“NPC′08柏林关于核反应堆系统的水化学的国际会议”))。

[0007] 关于核蒸汽发生器的清洗，产生现今所使用的溶剂和方法的原始研究中的大部分是由电力研究所(EPRI)的蒸汽发生器业主集团(SGOG)所发起的，并且记载在多个报告中，这些报告包括EPRI-2976的题目为“化学清洗溶剂和方法测试”(1983年4月))，以及EPRINP-3009的题目为“蒸汽发生器化学清洗方法的发展”(1983年4月)。

[0008] 使用浓缩度较低的化学溶剂来进行部分移除、干扰或改变沉淀物特性的其它清洗方法在Rootham等(“Rootham I”)的美国专利US5,841,826，Rootham等(“Rootham II”)的美国专利US 6,740,168以及Varrin等(“Varrin”)的美国专利US 7,344,602中有描述。这些方法典型地作为在线方法应用，但是也可以基于工厂的具体考虑而作为离线方法应用。

[0009] 在设计用于完全移除沉淀物的化学清洗方法中，高温方法通常是指例如在285°F到428°F(140℃-220℃)下所应用的那些方法，参见Kuhnke等(“Kuhnke”)的美国专利US5,264,041。经常是在工厂为了维修或补给燃料而停工时，通常在通过从工厂的第一侧传热而保持温度的情况下应用这些方法。如之前所述的，这些方法被称为在化学清洗情况下的“在线”方法。工厂或反应器冷却系统的第一侧是PWR工厂的封闭回路部分，包括：燃料、反应器、反应器冷却剂泵、加压器、很多反应器控制和安全系统、以及蒸汽发生器内部的管。另一方面，第二侧是工厂的一部分，该部分包括：蒸汽发生器中管的外侧、蒸汽管道、涡轮、冷凝器、多级泵以及供水加热器。

[0010] 低温方法通常是指在从85°F到285°F(从30℃到140℃)下所应用的方法，其中通过下列方式中的任一种来保持温度：(1)第一侧到第二侧传热(“在线”)，或(2)使用设置在安全壳建筑外面的临时设备(“离线”)。临时设备典型地包括外部加热回路，该外部加热回路经由外部热交换器而与主化学清洗方法回路间接地进行热交换(参见下面论述)。热量通常由可移动的蒸汽锅炉供给到外部加热回路，但是还可由一个或多个电加热器或由来自相邻电厂的蒸汽来提供。在使用蒸汽时，该蒸汽在热交换器的一侧被冷凝，但并不与清洗溶液混合(也称为与直接蒸汽注入相对立的间接加热)。

[0011] 在核PWR中，安全壳建筑容纳反应器(第一回路)和蒸汽发生器。在蒸汽发生器的“第二侧”上产生的蒸汽经由蒸汽管线从蒸汽发生器排出，蒸汽进而流过安全壳建筑中的穿孔以供给到涡轮发电机。冷凝水蒸汽或“给水”然后经由通过附属建筑与冷凝器分开的安全壳建筑中的穿孔而返回到蒸汽发生器，该附属建筑容纳上述给水加热器、泵及其它设备。安全壳建筑的边界处的临时穿孔也是可用的，但通常在尺寸和数量上受到限制。这些穿孔通常用于将临时设备连接到蒸汽发生器，但是穿孔的受到限制的数量和尺寸使得难以将位于安全壳外面的复杂清洗设备构造与蒸汽发生器连接或互连。

[0012] 在PWR处，存在两种基本类型的蒸汽发生器(SG)。一种类型通常被称为循环蒸汽发生器(RSG)。在RSG中，构成第一侧到第二侧边界的管是竖直定向的且呈U形，以使得第一冷却剂在底部处进入和离开SG。管“束”由数千根管组成。另一类型的蒸汽发生器通常被称为直流式蒸汽发生器(OTSG)。在OTSG中，这些管是直的并且竖直定向的，以使得第一冷却剂在SG的顶部处进入而在底部处离开。在RSG和OTSG二者中，在管的外侧产生蒸汽。两种类型的蒸汽发生器可能都需要进行周期性的化学清洗或调节，以减少关于管材料的热效率和腐蚀的问题。

[0013] 通常而言，对于使用临时设备的离线核蒸汽发生器化学清洗方法，需要大量设备，该临时设备用于制备、加热、冷却和循环化学清洗溶液。对于临时清洗设备的要求在Partridge M.J.and J.A.Gorman，“Guidelines for Design of PWR Steam Generator Chemcal Cleaning Systems，”Electric Power Research Institute，Palo Alto，CA，January 1983(Partridge M.J.和J.A.Gorman的“PWR蒸汽发生器化学清洗系统的设计原则”，电力研究所，Palo Alto，加拿大，1983年1月)中有很好的描述。该参考文献描述了对于PWR蒸汽发生器的离线“外部加热”化学清洗而采用的方法，该方法使用特别设计的流动回路或通过通常称为“装填、浸泡和排放”的方法(在Buford等(“Buford”)的美国专利US 5,257,296中也有描述)，在该方法中，化学溶剂被混合、预热以及泵送到蒸汽发生器，被允许浸泡到温度降至不可接受的水平为止，随后被排出，在蒸汽发生器的外面再加热该溶剂，然后最终，将已再加热的溶剂重新注入回蒸汽发生器中。在增加总清洗时间的代价下，该方法可被重复多次，直到这些蒸汽发生器被认为是干净的为止。

[0014] Partridge和Gorman描述了使用蒸汽以用于通过使蒸汽流过集成到位于安全壳建筑外面的临时化学清洗设备系统的热交换器而间接地加热溶剂(在“外部加热”方法)。在这种构造中，蒸汽可从可移动的锅炉中获得，但也可由相邻的电厂提供。

[0015] Remark等的(“Remark”)美国专利US 7,302,917公开了在线工厂加热蒸汽发生器化学清洗方法，该方法包括：将化学清洗溶剂引入到蒸汽发生器的第二侧，以及在“模式5”中经由从电厂的第一侧(反应堆活性区衰变热和第一侧再循环泵加热)向第二侧的传热来加热溶剂。模式5是描述了六个操作模式中的一种的工业管理定义，该六个操作模式的范围从动力操作(模式1)到停工和“卸燃料”状态(模式6)。模式5是一种工厂操作状态，在工厂操作状态期间，工厂不产生电力(该反应器是亚临界的)，但是燃料在核心中保持第一温度，该第一温度从210°F到200°F(99℃到93℃)冷却到小于100°F(38℃)。

[0016] 假定由Remark公开的清洗方法持续一段时间，该一段时间被描述为24小时到36小时。典型地，PWR工厂在停工期间不停止对工厂进行冷却，以将温度保持在200°F到210°F(99℃到93℃)所需清洗温度下。如此，24小时到36小时代表了通常所称的“关键路径”时间，或者在其间不产生电力的时间。在24小时到36小时产生的电力价值可达到1,000,000美元。还不明显的是，该24小时到36小时包括注入清洗化学制品的时间以及为了采样而部分地排空蒸汽发生器的时间。在此所引用的几篇参考文献暗示：在Remark中所提及的温度下24小时到36小时的清洗时间可能是不够的，所以，实际的关键路径影响可能更大。

[0017] Remark的说明书进一步描述了使用氮气以250cfm(立方英尺/分钟)到1500cfm(7.1m3/min到42.5m3/min)进行喷射，以促进混合。在二十世纪八十年代研究了气体喷射用于使在蒸汽发生器的第二侧流体混合的益处(参见例如EPRI-NP 2993题目为“(Evaluation of Stream Generator Fluid Mixing during Layup)在接合期间对蒸汽发生器流体混合的评估”)。在该工作中，建模和测试表明：RSG的第二侧上液体的完全流通可在10cfm到30cfm(0.28m3/min到0.85m3/min)的流速下在与7分钟一样少的时间内实现。已经发现该混合时间通过方程1进行预测，该方程1如下所述：

[0018] Tmix＝0.6Q-0.5 (1)

[0019] 其中：Tmix是混合时间，单位是小时；以及Q是气体流速，单位是cfm。30cfm(0.85m3/min)流速对应于6分钟混合时间，通常大于与足以进行大多数化学清洗操作相比的时间。

[0020] 在Remark中公开的速率(250cfm到1500cfm)(7.1m3/min到42.5m3/min)将无庸置疑地促进混合，但是如果没有设置连续通气管路径，则存在使蒸汽发生器快速加压的潜在缺点。在大部分RSG中，化学清洗溶液上方的自由空间在清洗期间大约为3000立方英尺到4000立方英尺。所以，在1500cmf(42.5m3/min)的气体流速下，每几分钟就需要减压。在30cfm(0.85m3/min)的流速下仅仅每个几个小时就需要减压。最后，高的喷射流速还可能增加易挥发物向周围环境扩散，该易挥发物例如为常常存在于化学清洗溶液中的氨(及其它胺类)和肼。

[0021] 在低气体流速下促进混合的能力还由其它参考文献支持，例如 Shah et al.“Flow Regimes in Bubble Column，”，AIChE Journal，28(182)，pp.353-379(Shah等的“起泡塔中的流动区”，AIChE期刊，第28卷(第182期)，353-379页)，以及具体地用于喷雾器，该喷雾器例如在化学清洗中或者在通过泄放管喷射期间所使用的那些喷雾器，如在Tilton et al.“Designing Gas-Sparged Vessels for Mass Transfer”，Chemical Engineering，(November 1982)(Tilton等的“用于质量传递的气体喷雾容器的设计”，化学工程，(1982年11月))中有论述。

[0022] 在化学清洗期间通过使用气体喷射器来进行OTSG与气体的混合还在Buford(之前已引用)中有描述。

[0023] 在Remark中所描述的在线方法中所声称的优点是：其不需要排空蒸汽发生器以将连接机构安装至蒸汽发生器，以用于清洗溶剂的引入、再循环或排放。如在Remark所描述的，离线化学清洗方法通常需要在一系列步骤中使用外部设备进行加热和冷却，该外部设备在距容纳蒸汽发生器的“安全壳建筑”外面的SG高达1500英尺(460m)或更多的明显距离处。根据用于外部方法加热设备的大的“安装”或设置区域的需要，该距离是必要的，而且这种空间(典型地大于100,000平方英尺)紧紧地邻近安全壳建筑通常是不可用。

[0024] 如Partridge和Gorman所述的，在外部加热方法中形成很多流体和气体与SG的连接。这些连接中的每一个又需要软管或管道，以连接到外部化学清洗系统。外部清洗系统包括：复杂的一系列加热器、泵、阀、存储罐、冷却剂和控制设备。在安全壳内部，还存在差不多几百英尺的管道、很多泵以及几百个阀。甚至在工厂停工(在工厂停工之后，形成蒸汽发生器的互连)之前用来设置外部方法系统的时间可在一个月到三个月的范围内。将外部方法系统连接到SG所需的时间可能是附加的三天到六天或更多时间，并且包含高达4个到12个或更多个附接到SG的第二侧上的传统进出口穿孔的临时适配器。一旦设置完成，对于被清洗的每组或每套蒸汽发生器，外部加热清洗方法典型地需要5天到10天(144小时到240小时)。

[0025] 这些适配器包括：用于溶剂、冲洗和排放的供给和回流管线、液面控制仪表接口、测压仪表接口、温度指示器接口、气体喷射口、腐蚀监控电子设备穿孔以及取样管线接口。这些互连结构中的很多互连结构的必要性在于支持外部加热。用于化学清洗的实际应用时间在几天到几星期的范围内，这取决于方法的复杂性(溶剂步骤、冲洗等的数量)。包括将临时适配器从蒸汽发生器移除的拆除需要另外几天。该设置、应用以及拆除是否在“关键路径”中取决于正在进行的其它工厂的补给燃料和维修活动。在很多情况下，尤其是在较长补给燃料停歇中，外部加热化学清洗方法不会影响关键路径。

[0026] 如果热量如Remark和Kuhnke所述的是由第一侧供给的，则可限制或减少互连结构的数量。如果没有形成互连结构，则可能需要用于获得流体采样以及进行腐蚀监控的其它装置，以及可能很难实施或证明合格(也就是说，确保结构完整性和安全操作)。就地腐蚀监控装置在离线方法期间(布置在SG内部的电子腐蚀监控器和取样片)的优点如在下述文献中很好地体现：如在NP-2976和在EPRI NP5267“Weld Region Corrsion During Chemical Cleaning of PWR Stream Generators”(July 1987)(EPRI NP5267“PWR蒸汽发生器的化学清洗期间的焊接区域腐蚀”(1987年7月))中报导的。这是因为如果压力边界壳体和内部构件由碳钢和低合金钢制造的话，则基本上所有化学清洗溶剂都将稍微腐蚀蒸汽发生器元件，这些蒸汽发生器元件包括压力边界壳体和内部构件。对于每一清洗应用，用于这些结构和部件的典型腐蚀容许度可在小于0.001英寸到0.010英寸(25.4μm到254μm)的范围内。

[0027] 在清洗应用期间安装在蒸汽发生器内部时，就地电化腐蚀监控系统(CMS)用于几乎即时地检测非正常化学条件或可能导致不可接受的腐蚀的工艺条件。实时腐蚀监控的重要性进一步由Dijoux等所描述的最近的经验支持。在该参考文献中，在没有实时电化腐蚀监控的情况下，在在线化学清洗期间，一个蒸汽发生器的一些位置中的腐蚀被报告为0.050英寸(1.27mm)或者五(5)倍于典型腐蚀容许度。这种结果归因于非正常的应用条件。该方法不使用就地电化学CMS系统，该就地电化学CMS系统被认为是用于在化学清洗期间进行腐蚀监控的现有技术的方法。CMS使用包括线性极化阻抗(LPR)以及零阻电流(ZRA)的技术。

[0028] 化学清洗溶液的采样和分析的每30分钟的频率对于确保方法如预期地进行也是至关重要的。核蒸汽发生器的每次化学清洗包括对溶剂的化学要求非常严格(参见上述EPRI参考文献)。如在Partridge和Gorman所述的，这些采样可从再循环回路中获得，或者在外部清洗工艺期间直接从临时蒸汽发生器适配器上的采样管线中获得。因为不存在外部再循环回路而且在线/工厂加热方法期间没有进入蒸汽发生器的临时穿孔，常常需要部分地排空发生器以对清洗溶剂进行采样。

[0029] 基于以上内容，用于清洗诸如在Remark中所述的核蒸汽发生器的在线/工厂加热方法的主要优点在于：这种类型的方法需要不太复杂且劳动密集型的设备。在线方法还可导致对进度影响减少，尽管对于关键路径进度的实际影响针对工厂是特定的(核蒸汽发生器的许多离线外部加热化学清洗并不影响关键路径)。在线/电厂加热方法的主要缺点在于：工艺和腐蚀监控可能不是可行的，或者可能明显更加复杂，以使得存在增大的过度腐蚀可能性，增大的环境影响，以及其它不期望的副作用。比较而言，传统的外部清洗方法是非常安全的，这是因为它们允许容易地实施工业标准工艺监控技术。然而，在外部方法期间所使用的典型设备构造很复杂，而且需要大量时间和人力来进行设置和操作。

[0030] 在此公开的使用直接蒸汽注入的清洗方法的特征在于，这种类型的方法结合了在线/工厂加热的优点和离线/外部加热方法的优点，从而提供了一种外部加热的方法，该方法使得设备布置大大简化，与此同时允许在清洗期间将工艺监控设备安装在蒸汽发生器内部。相对于传统的清洗方法，该直接蒸汽注入的清洗方法的具体优点包括：(1)极大简化了设备的构造，包括外部加热的简单方法，(2)缩短布置时间和减少人力需求，(3)缩短拆卸时间，(4)在清洗之前，蒸汽发生器进出口便于将在线腐蚀监控设备和取样片安装在蒸汽发生器内部，以及(5)如Remark中所述的，能够在不需要部分地排空蒸汽发生器的情况下进行液体采样。

[0031] 以前，直接蒸汽注入并没有用作在核蒸汽发生器清洗和相关应用期间进行加热的加热方式，这是因为直接蒸汽注入可能由于在蒸汽注入设备附近引起的大的热梯度或气蚀和/或正被清洗的容器内部的蒸汽注入设备的振动而导致容器内部构件损坏的问题。在此公开的直接蒸汽注入方法和设备已经提出了这些问题，并且提供了一种用于在清洗应用期间将蒸汽直接引入核蒸汽发生器或其它容器中的方法，其中在蒸汽注入附近的热梯度低(例如在用于核蒸汽发生器或其它热交换器设备的设计基础文件中所限定的可接受的热梯度以下)，以及由蒸汽流引起的气蚀或振动最小，从而防止对容器内部构件的机械损坏。

[0032] 利用直接蒸汽注入进行清洗的方法可应用于如在Frenier和EPRI/SGOG的参考文献中所描述的传统化学清洗方法中，以及可应用于如Rootham I，Rootham II和Varrin中所描述的那些清洗方案中。后面的两个专利描述了使用先进的“比例调节剂”。在此所描述的方法还可与分散剂或净化溶液一起使用，或者与任何用于清洗热交换器或类似容器或者用于从需要温度控制或温度控制有益的类似容器或流体系统中移除废物(诸如核废物)的其它方法一起使用。

发明内容

[0033] 下面描述用于从热交换器的第二侧移除沉淀物和杂质的方法的示例性实施例，该方法典型地包括以下步骤：从热交换器的第二侧移除一些量的工作流体，以足以露出进出口穿孔；将临时适配器安装在所露出的进出口穿孔中，该适配器构造用于直接蒸汽注入；通过临时适配器将蒸汽注入到热交换器的第二侧中，其中所注入的蒸汽将热交换器和残余流体加热到目标清洗温度范围；以及在清洗期间将热交换器和残余流体保持在清洗目标温度范围内。该残余流体包括工作流体、化学清洗化合物、化学清洗溶液、化学清洗溶剂和水中的一种或多种。

[0034] 本方法的一些实施例可包括：将气体以足以引导气体喷射到残余流体内的速率注入到残余流体中，该气体选自包括蒸汽、不可冷凝的气体及它们的混合物的组，并且可通过由容器泄放系统和/或临时适配器提供的入口而被注入。清洗溶液可通过下述方式形成于热交换器中：将一些量的水引入到热交换器的第二侧中；以及将预定量的一种或多种化学清洗试剂引入到水中。在清洗工艺期间，附加量的一种或多种化学清洗试剂可被引入，以保持或改善清洗的效果。如本领域技术人员应意识到的是，可在清洗期间改变清洗溶液的成分，以提供例如沉淀物的迅速初始移除，接着提供进一步的受控的或平缓的移除，以减少对基本结构的损坏。可选择所引入的水量，由此，蒸汽冷凝物和一种或多种化学清洗试剂的添加将不会超过预定的第二侧容量。

[0035] 本方法的一些实施例可包括控制蒸汽注入速率，以在残余流体中产生预定的加热分布图，从而减少正被清洗的容器内的热冲击和相关损坏的可能性。用于直接注入的蒸汽可包括：饱和蒸汽、过热蒸汽及它们的混合物，该直接注入的蒸汽通过一个或多个临时适配器依次地或组合地提供，以实现所期望的加热性能。控制器还可设置用于控制所注入蒸汽的蒸汽温度和蒸汽压力，以补偿在加热和/或清洗期间热交换器内的液体静水头压力范围内的变化。类似地，通风口或放气阀可设置在热交换器上，以用于在方法期间将静水头压力控制在所期望的范围内。

[0036] 本方法的其它实施例可包括将一种或多种不可冷凝的气体与蒸汽混合，以形成组合的气体蒸汽，该组合的气体蒸汽然后被注入到热交换器的第二侧中。可以预期的是，一种或多种不可冷凝的气体可在这样的实施例中可包括在0.01％到3％之间的组合的气体蒸汽。

[0037] 如本领域技术人员应意识到的是，很多成分和化合物可用于清洗热交换器的第二侧。可预期的是，可接受的清洗溶液可包括选自螯合剂、络合剂和还原剂中的一种或多种成分，该选择部分地取决于要被移除的沉淀物的性质、正被清洗的热交换器的基本材料和特定条件及要求。络合剂可以包括例如乙二胺四乙酸(EDTA)、氮川三醋酸 (NTA)、有机酸及它们的混合物。

[0038] 下面还将详细描述适于实施所公开的用于从热交换器的第二侧移除沉淀物和杂质的方法的系统的示例性实施例。这些系统将典型地包括：第一适配器，该第一适配器构造用于临时安装到设置在热交换器上的第一传统进出口穿孔上，第一适配器包括构造用于与进出口穿孔配合的法兰；用于将适配器固定到进出口穿孔的装置，例如螺钉、垫圈和对准结构；导管或通道，该导管或通道用于通过进出口穿孔引入或移除流体；以及开口，该开口设置在热交换器的第二侧内。该系统还将典型地包括：蒸汽源，该蒸汽源构造用于连接到导管；和控制器，该控制器构造用于控制蒸汽通过适配器注入到热交换器的第二侧中。热交换器内的出口可构造为喷射器、多路喷射器、喷嘴、调节型直接蒸汽喷嘴、喷雾器或任何提供蒸汽与残余液体的适当混合的其它构造或组合。

[0039] 其它示例性实施例可包括多个适配器，该多个适配器被布置并构造用于在热交换器的第二侧内引导流体流动，例如从第一适配器流动到第二适配器。附图说明

[0040] 下面参照附图进行更全面地说明本方法及相关设备的示例性实施例，附图中：

[0041] 图1是图示了用于核蒸汽发生器的离线/外部加热清洗的传统构造的简化示意图；

[0042] 图2是图示了利用用于清洗核蒸汽发生器的直接蒸汽注入来实施所公开的清洗方法的一个示例性构造的简化示意图；

[0043] 图3A是对包括单个喷射器的蒸汽注入适配器的描述，以及图3B是所示的喷射器的一部分沿着线A-A剖切的剖视图；

[0044] 图4A是对包括多于一个蒸汽喷射器的蒸汽注入适配器的描述，以及图4B是所示的多个喷射器中的一个沿着线A-A剖切的剖视图；以及

[0045] 图5描述了将带有单个喷射器的示例性临时适配器安装在典型的核蒸汽发生器中。

[0046] 值得注意的是，这些附图是用来参照本发明的某些示例性实施例来说明方法和材料的总体特征，从而补充以下所提供的详细书面描述。然而，这些附图并不是按照比例绘制的，并且可能没有精确地反映任何给出的实施例的特征，而且也不应当解释为限定或限制本发明范围内的实施例的数值范围或性质。尤其是，为了清楚的目的，特定元件和结构的相关尺寸和位置可能被缩小或放大。在各附图中的相似或相同的附图标记的使用旨在表示存在相似或等同的元件或特征。

具体实施方式

[0047] 以下更加详细地公开了用于将沉淀物和杂质从热交换器或类似构造的容器的第二侧移除的方法和设备的示例性实施例，该热交换器例如为蒸汽发生器(SG)。应用于热交换器的方法的示例性实施例典型地包括以下步骤：使热交换器停止工作；从热交换器的第二侧排出工作流体；从至少一个第二侧进出口穿孔中移除进出口盖；将临时适配器安装到打开的进出口穿孔中，该临时适配器被布置且构造用于通过将加热流体(例如蒸汽和/或其它气体)注入到热交换器的第二侧而加热热交换器系统；在装填热交换器之前、期间或之后开始加热流体的供给，将一些量的加热流体供给到热交换器，以便足以将清洗剂加热到足够的温度以在热交换器内实现增大的清洗率；在完全清洗之后终止加热流体的注入；从热交换器中排出清洗剂；从一个或多个进出口穿孔移除一个或多个临时适配器；将一个或多个进出口盖安装在进出口穿孔中；以及使热交换器返回工作。

[0048] 本方法的其它实施例可包括：(1)附加的步骤，该附加的步骤包括将一些量的至少一种清洗化学试剂以单独方式或预混合方式引入到残存于热交换器内的工作液体(例如水)中，以便就地形成液体清洗剂，以及(2)在清洗工艺期间，继续连续地或间歇性地增添加热流体，以弥补由于热传递而损失到周围环境中的能量损失。

[0049] 正如本领域的技术人员应意识到的是，清洗化学试剂的这种引入可通过临时适配器中的一个直接进入热交换器中来进行，或者通过进入一个或多个已有管线中的“外部”引入来进行，该已有管线例如包括通常与热交换器连接的排出管线、供给管线和/或泄放管线。

[0050] 不管所采用的引入方式如何，热交换器内的工作液体的残余量应被调整或维持在适应于期望量的蒸汽冷凝物和被引入的化学清洗剂的容量，以便避免对热交换器装填过满。对液体量和液面的监控可通过已有工厂仪表或者通过临时仪表来实现。可替代地，一些形式的容量和/或压力释放装置可被结合，以便将热交换器中的液体容量和/或压力保持在用于清洗操作期间的目标值内。

[0051] 方法和设备的其它实施例可包括控制加热流体的流速，以实现和保持用于热交换器和/或一种或多种清洗剂的目标加热速度或温度范围。依靠所采用的控制系统，加热流体的流动可以是基本上恒定的；连续的但具有可变化的流速；和/或间歇的。示例性加热流体可包括例如过热蒸汽和/或饱和蒸汽。可预期的是，小于10psig(磅/平方英寸)到250psig(0.69巴到17巴规格)的饱和蒸汽和/或高达大约100°F(55.6℃)的过热蒸汽将适于在实施所公开方法的示例性实施例中使用。

[0052] 正如本领域技术人员应意识到的是，在清洗工艺期间，蒸汽温度和压力可通过下述方式被调整：例如，通过增加蒸汽压力以随着液面升高而适应热交换器中的液体静压头压力，或者通过在实现目标温度范围之后减小蒸汽流速、温度或过热。

[0053] 一种用于实施所公开方法的示例性设备可包括临时适配器，该临时适配器构造用于附连到传统热交换器的进出口穿孔，以及还可包括：与传统的进出口穿孔配合的法兰；用于在临时适配器与进出口穿孔之间形成流体紧密密封的一个或多个适当的垫圈和多个紧固件；设置在临时适配器上的一个或多个穿孔，加热流体和其它材料可通过该一个或多个穿孔进行供给和/或从热交换器移除；以及一个或多个喷嘴，该一个或多个喷嘴用于将加热流体传送到热交换器中。正如本领域技术人员应意识到的是，一个或多个喷嘴可以很多种方式配置，包括例如喷射器、调节器型直接蒸汽喷嘴、喷雾器或它们的组合。

[0054] 如上所述，所公开的方法设置有很多设备构造，这些设备构造包括整个加热流体喷嘴区域是可调的那些构造(例如通过阀、盘移动(disc travel)或其它方式)，或者包括加热流体可被注入到与热交换器上的适配器连接的短软管或管子而且允许通过配置简单的再循环回路而经过第二适配器再循环回流到蒸汽发生器的那些构造，该简单的再循环回路可例如位于安全壳容器内部。如果加热流体通过安装在短的再循环管线中的喷射器喷嘴而进行供给，则后一种构造是特别适合的。本领域技术人员还知晓的是，用于配制清洗剂的许多成分可被注入到再循环回路中(例如用于传统的化学清洗方法中的一种或多种清洗剂；比例调节剂；分散剂；和/或净化剂)。

[0055] 用于实施所公开方法的设备的其它实施例可设置用于气体注入，以提供附加的混合和/或减少蒸汽发生器装备发生气蚀或振动的可能性。所使用的一种或多种气体可以基本恒定的、连续的但具有变化的流速的和/或间歇的方式注入。该气体可与加热流体一起注入或者可通过已有设备系统(诸如蒸汽发生器底部泄放系统)进行注入。可在清洗期间需要还原条件时使用氮气、氩气、其它惰性气体或它们的混合物。可在需要氧化条件时使用空气、氧气、臭氧、其它氧化气体或它们的混合物。

[0056] 可以预期的是，对于许多应用，5cfm到100cfm(0.14m3/min到2.8m3/min)的气体流速是适当的，更优选的是5cfm到30cfm(0.14m3/min到0.84m3/min)的气体流速。该目标流速范围可对针系统过压进行修正。其它实施例可包括例如对清洗溶液进行电化学腐蚀监控或周期采样，以减少在清洗工艺期间损坏容器的风险。

[0057] 本发明的一个目的是提供一种用于在工厂离线(模式5或模式6)时、在从85°F到285°F(30℃到140℃)的温度下对核蒸汽发生器进行清洗的方法和设备。该方法包括使得工厂以传统的方式在没有保持在模式5下的情况下冷却下来，直到第一侧上的反应器冷却剂系统的温度小于大约40℃。蒸汽发生器然后被排空。移除一个或多个典型安装的进出口穿孔盖(称为“手孔”盖，“窥视孔”盖，检查口盖等)。

[0058] 移除的盖用临时适配器替换，其中所述适配器可被构造用于允许(1)通过将蒸汽直接注入到蒸汽发生器的第二侧中来加热并保持蒸汽发生器和化学清洗溶剂的温度，(2)使用CMS探针和取样片进行腐蚀监控，(3)如果诸如典型的工厂仪表的其它装置不可用，则监控温度或液面，和/或(4)对溶剂采样以评估其化学性能和清洗的进度。再者，少量的不可冷凝的气体可与注入的蒸汽混合，以减少在喷嘴处的蒸汽气蚀和/或喷嘴振动的可能性。喷嘴处的蒸汽气蚀是不期望的，因为它可能在方法期间增加蒸汽注入喷嘴/喷射器的腐蚀磨损并且还可能导致不可接受的噪音量。如上所述，在清洗期间需要还原条件时可使用氮气、氩气或其它惰性气体。根据进出口穿孔的尺寸，可能的是，所有上述特征可被结合到单个进出口穿孔适配器中。这与需要使用高达十个(10)或更多个用于一些外部加热方法的适配器形成对比。

[0059] 迄今为止，将蒸汽直接注入到蒸汽发生器中不曾用于在通过传统化学清洗溶剂或最新开发的比例调节剂清洗核蒸汽发生器期间所需要的加热。然而，直接蒸汽注入是一种如在下述文献中所描述的对于加热液体来说极其有效的技术：King(“King”)的美国专利US 5,066,137；参考文献Schroyer J.A.，“Understanding the Basic of Stream Injection Heating”，Chemical Engineering Progress，May 1997(“了解蒸汽注入加热的基础”，化学工程进展，1997年5月)；以及Pick，“Consider Direct Stream Injection for Heating Liquid”Chemical Engineering，June 1982(“认识用于加热液体的直接蒸汽注入”，化学工程，1982年6月)。直接蒸汽注入加热导致了与典型离线/外部加热方法相比减小的能量消耗，这是因为不存在如在通过外部加热回路中的蒸汽加热的间接热交换器中所发生热的冷凝物回流。

[0060] 用于核蒸汽发生器的蒸汽注入系统的设计可包括几种类型的包括喷雾器或文氏管喷射器的注入器中的一种。(对于每个SG来说可并联地使用多于一个注入器。)如果泵位于在安全壳内部并从一个适配器穿孔迫使流通过临时管道或软管而流到蒸汽注入器穿孔，则还可使用一种“调制”型的注入系统或蒸汽混合T形件。该泵送布置比用于将溶剂再循环到通常位于距离蒸汽发生器大于1,500英尺(457m)的工艺设备区域的典型再循环泵布置更简单。可能需要软管长度仅仅如10英尺到15英尺(3m到4.6m)一样短。甚至可能的是，这些泵可安装在SG内部，以使得不需要外部软管。如果期望，要么通过安装用于便于蒸汽注入的相同适配器，要么通过另一个可用的蒸汽发生器穿孔，实时就地腐蚀监控器以及直接从蒸汽发生器进行溶剂采样是可能的。

[0061] 一旦适配器安装好，连接蒸汽源。该蒸汽源可以是设置在外面但是靠近安全壳的可移动的锅炉，与用于典型的外部加热方法系统的100,000ft2(平方英尺)(9,300m2)或更多相比，需要小于400ft2到500ft2(37m2到46m2)的搁置区域。作为使用可移动的锅炉一种替代选择，可以使用来自相邻电厂的蒸汽。不管怎样，蒸汽管线从蒸汽源通过单个安全壳穿孔或通过通常所称的设备舱口，并且附连到适配器。

[0062] 蒸汽管线可以是柔性的蒸汽管线或硬的管道，但是在许多其它工业和应用中使用柔性的蒸汽管线是优选的。而且，作为一种选择，气体源可连接到蒸汽管线，以允许压力检查，但是更重要的是提供一种混合有蒸汽的低浓度(百分之几)的气体，以抑制管线中或在喷嘴出口处发生气蚀的可能性。这种气体还可在不再需要蒸汽时用于将残余的蒸汽从蒸汽管线中清除出去。

[0063] 在安全壳的外面，形成与工厂系统(例如蒸汽发生器泄放管线)的其它连接。该管线典型的是直径为2英寸到4英寸(5.1到10.2厘米)的管线，在正常动力操作时，该管线从蒸汽发生器的底部抽吸液体，以部分地阻止可溶的和不可溶的杂质堆积在RSG中。SG内部的泄放管线或管子典型的是穿孔管子，如果流速被控制到特定值，则该穿孔管子提供用于喷射的化学制品和/或气体的良好分配。连接到泄放管线的连接通常在附属建筑中或在工厂外面，以便于(1)引入预混合的化学清洗溶剂或浓缩物，以及在清洗工艺期间进行化学制品补充或补给，以及(2)提供用于喷射的气体，以在加热、清洗和冷却期间有助于在蒸汽发生器中进行混合。还可经由泄放系统或标准工厂的主要供水系统或辅助供水系统注入冲洗水。最后，化学清洗溶剂可经由与泄放系统连接的连接机构而在重力作用下或者通过使用反向操作的临时化学注入泵被排放到存储罐中。

[0064] 在一个实施例中，蒸汽发生器首先通过使用传统工厂系统(辅助供水)或者经由来自外部水源的泄放装置而部分地装填有水。选择初始装填高度，以使得在下述积累之后达到最终(清洗结束)装填高度：(1)蒸汽冷凝物初始被注入以升高蒸汽发生器内流体的温度，(2)化学试剂被添加以清洗蒸汽发生器，(3)来自蒸汽的附加冷凝物被注入以保持蒸汽发生器的温度，以及(4)在清洗应用期间注入任何附加的清洗溶剂。对于典型的蒸汽发生器，最终的装填高度很可能是在蒸汽发生器或“管片(tubesheet)”的底部上方大约300英寸到400英寸(7.6到10.2m)。在这种应用中，液体的最终量典型的是15,000加仑到18,000加仑(57m3到68m3)。根据要被清洗的容器的设计和清洗溶剂(例如EPRI/SGOG EDTA基溶剂、比例调节剂、净化剂等)的性质，初始的水位可大约是200英寸到300英寸(5.1m到7.6m)，而最终的总量可与上述规定的范围不同。

[0065] 蒸汽源然后被启动，蒸汽在有或没有小百分比的不可冷凝气体的情况下在高达2％的蒸汽质量流速下被直接供给到蒸汽发生器。对于装填有大约2/3初始装填水的典型RSG，在2,000磅/每小时时125磅/平方英寸(907kg/h时8.6bar)下的饱和蒸汽的情况下，加热时间将大约是4小时到7小时。这包括对流体以及蒸汽发生器结构的加热，该蒸汽发生器结构根据设计可以具有100吨到230吨或更多吨(90.7公制吨到209公制吨)的金属。在比上述更快的速率下加热可能超过一些工厂的“技术管理规范”的限制，所以，更高的蒸汽流量可能不是必需的。

[0066] 在喷射器喷嘴的设计中，喷射器的泵送作用导致了喷射泵送作用，该喷射泵送作用有助于保持SG的第二侧上的温度均匀。测试也已经表明：利用喷射器设计，所引起的泵送作用以及周围流体与喷射器内部的或非常靠近喷射器的蒸汽的混合沿着喷射器喷射中心线超过大约5到7个喷射器出口直径处产生的流体温度，这些温度典型地比大部分流体的温度高出小于10°F(5.6℃)。典型的喷射器出口直径是2厘米到5厘米。由于随离开的液体喷射的流体携带，邻近垂直于喷射轴线的喷射器壳体的流体温度基本上处于大部分流体的温度。结果，如果喷嘴/喷射器定位于SG中，以使得没有SG结构距离喷射器出口比5到7个喷嘴直径更近，则可使蒸汽发生器结构上的局部加热或次要应力最小化。尽管事实是蒸汽以比大部分流体的温度高100°F到300°F(55℃到167℃)的温度被供给。从限制热梯度、振动或气蚀方面的观点来看，在低蒸汽注入速率(小于约100磅/每小时到约200磅/每小时(45.4kg/hr到90.7kg/hr))下，使用没有一个或多个喷射器的蒸汽喷雾器是可接受的。然而，所需要的时间在这些流速的情况下大大增加，并且来自喷射器的喷射泵送作用的有益效果不能完全实现。值得注意的是，尤其是在升高的蒸汽流速下，可使用多个喷射器和/或喷射器/喷雾器的组合构造，以实现更好的蒸汽扩散以及减少气蚀/振动。

[0067] 气体喷雾可选择地通过集成到适配器的气体喷雾器或经由泄放管道而设置，以便在蒸汽发生器中保持均匀的化学条件和温度条件。一旦实现所期望的水温度，化学清洗剂经由具有化学制品注入泵的泄放系统被引入。还可期望的是，对于一些应用，与初始装填水或化学制品注入并行地进行蒸汽注入。在清洗工艺期间(典型地12小时到60小时)，周期性地直接从适配器上的采样口进行溶剂采样。不需要将蒸汽发生器排空来获得采样。采样分析的结果用于根据之前所引用的参考文献中的推荐来监控方法。还通过电化学CMS方法对腐蚀进行实时监控，从而使不可接受的腐蚀风险最小化。

[0068] 在清洗完成时，溶剂可通过工厂泄放系统而被排放返回，以及进行冲洗。可在低于溶剂温度的温度下进行冲洗，以有助于冷却。

[0069] 由上述内容看来，在此描述的本发明结合了在线清洗方法的优点以及外部加热方法的优点，在线清洗方法的优点例如是设备简单、装配时间减少等，外部加热方法的优点例如是能够进行腐蚀监控以及直接从蒸汽发生器的第二侧获得液体采样。可以在安全壳中没有有源设备(泵、阀、控制设备等)且每个蒸汽发生器仅仅具有一个从安全壳的外部连接到安全壳内部的互连机构(蒸汽管线)的情况下，获得这些优点。如果期望并行地清洗两个或更多个蒸汽发生器，则可为每个蒸汽发生器提供单独的蒸汽管线。通过上述的示例性实施例，还应意识到的是，在此公开的直接蒸汽注入的方法和设备减少或消除了在清洗应用期间由于蒸汽喷射设备的过度热梯度、气蚀和/或振动引起的与SG或其它容器中的内部构件的潜在损坏相关的问题。

[0070] 最终，可意识到的是，通过直接蒸汽注入来加热蒸汽发生器将同样适用于传统的化学清洗溶剂，该传统的化学清洗溶剂例如是由Frenier(基于螯合剂、有机酸、胺以及无机酸的方法)以及EPRI/SGOG参考文献所描述的那些化学清洗溶剂，以及在几个上述参考的专利中所描述的比例调节剂，或者可适用于任何需要温度控制的其它清洗方法。还应意识到的是，通过直接蒸汽注入来加热蒸汽发生器可与在化学清洗之前、同时或在之后进行的机械清洗方法相结合。

[0071] 参照图1，描述了传统的外部加热化学清洗方法。蒸汽发生器10使用临时适配器17连接到位于工厂外面的外部工艺系统。蒸汽发生器包括第二侧11、第一侧12以及U形管束13。临时适配器17和18在工厂已停工并且SG被排空时进行安装。通常，不形成与已有的工厂系统的连接，已有的工厂系统例如是泄放管线19、供水管线14或蒸汽管线16。CMS系统也被安装成邻近蒸汽发生器21。

[0072] 安全壳15外面的工艺区域中的设备可包括泵、锅炉、冷却塔、控制货车(van)、热交换器、混合罐、混合泵、用于容纳溢出和泄漏的护道、阀、以及数百个其它配件和零件。

[0073] 对于外部工艺系统来说，可能需要高达6个或更多个临时安全壳穿孔20来与蒸汽发生器互连。这包括：用于空气的穿孔，以控制阀定位器；用于氮气的穿孔，以使系统不发生化学反应；和管片式排放管线。在穿孔处的典型的溶剂再循环管道的尺寸是4英寸到6英寸(10.2cm到15.2cm)的直径，甚至可能需要直径高达8英寸(20.3cm)或更多。安全壳中的设备可包括：多根软管、泵、管道、阀、法兰、防泄漏装置以及滤污器(以容纳溢出和泄漏)。为了操作图1所示的设备，通常需要每班次高达30人或更多人。

[0074] 参照图2，图2描述了利用直接蒸汽注入的清洗方法。该蒸汽发生器10经由SG穿孔适配器17连接到临时蒸汽管线26，该SG穿孔适配器优选地为4英寸到8英寸(10.2厘米到20.3厘米)的“手孔穿孔”。在该进出口穿孔上的典型的设备盖在将SG冷却到大约40℃或更低并使用传统的工厂方法和系统将蒸汽发生器排空之后本该已经被事先移除。适配器可还构造用于允许插入在线腐蚀监控器21或其它仪表，该其它仪表例如为温度监控装置(诸如热电偶)。在优选的实施例中，使用单个适配器，但是如果穿孔小于4英寸到8英寸(10.2厘米到20.4厘米)或如果SG内部的部件限制进出口，则可能需要两个或更多个适配器。一旦适配器位于适当的位置，行进通过安全壳和单个安全壳穿孔20的蒸汽管线而连接到适配器。

[0075] 参照图3，带单个喷射器的临时适配器40包括：与已有容器穿孔相配合的安装法兰41，用于供给蒸汽的刚性传送管43的、位于法兰42中的穿孔；单个喷射器44；以及加热流体供给连接机构45。喷射器包括：加热流体入口46；用于携带走容器流体的抽吸口47；以及出口48。

[0076] 参照图4，带多个喷射器的临时适配器50包括：与已有容器穿孔相配合的安装法兰51，用于供给蒸汽的刚性传送管53的、位于法兰52中的穿孔；多个喷射器54；和加热流体供给连接机构55。每个喷射器包括：加热流体入口56，用于携带走容器流体的抽吸口57，以及出口58。

[0077] 参照图5，示出了带单个喷射器的临时适配器4的典型安装。适配器法兰41使用螺钉62和用于密封的垫圈63在已有穿孔61处安装至蒸汽发生器10。

[0078] 在本发明的另一个实施例，调制型直接蒸汽注入装置将被安装成适配器的一部分或邻近适配器安装，以及安全壳中的泵用于将流体从蒸汽发生器输送到容器，在该容器中发生直接蒸汽注入。然后将组合的蒸汽(来自蒸汽发生器的水或清洗溶液与所注入的蒸汽组合)返回到蒸汽发生器。

[0079] 除了在SG处的连接机构，通过安全壳建筑外面的已有工厂系统(优选地在泄放管线19中)形成用于将水合/或化学制品引入到SG中的连接机构。一个或多个连接机构还用于允许通过泄放管道引入气体以促进混合，或者适当地在蒸汽发生器中建立氧化条件或还原条件。用于将水或清洗化学制品引入的替代方式包括经由工厂辅助供水系统中的连接机构的引入，如图2所示。

[0080] 一旦所有连接完成，将水引入到蒸汽发生器中。在整个方法期间可由已有工厂设备或由临时高度测量仪表来监控水高度。在优选的实施例中，该水是去除矿物的水或其它高纯度的水(冷凝水)，该水利用工厂系统和过程(例如经由辅助供水系统)被供给到SG。在优选的实施例中，选择初始装填高度以使得在冷凝蒸汽的积聚和化学清洗剂的引入之后的最终装填高度处于用于清洗的目标高度。通常，恰好在管束的顶部上方但是临界蒸汽发生器部件(例如“环形焊缝”32)下方，如果由于第二侧清洗而发生蚀损斑形式的腐蚀，则已知的焊缝易于破裂。过装填SG还将产生化学制品和/或在方法期间所产生的泡沫的溢出到工厂系统中的可能性，这些工厂系统诸如是通过供水头的供水系统。过装填还产生更多的废物。

[0081] 再返回到图2所示的系统中，一旦装填有水，开始使蒸汽流流到直接蒸汽注入装置。蒸汽源优选地是可移动的结构紧凑的锅炉22，但是还可以是附近的电厂。补充水被提供给锅炉30。附接到蒸汽发生器的注入装置可以是喷射器或喷雾器27。对于大约12,000加仑(45.4m3)的装填量，基于具有125psig(8.6bar)饱和蒸汽(352°F或177℃)的2000磅/小时(907kg/hr)流量，用于将SG和水预热到所说的195°F(90℃)(用于在EPRI参考文献中所描述的EPRI/SGOG方法的传统应用温度)所需要的时间是大约6小时。本领域的技术人员应意识到的是，该加热时间占了总清洗时间的一小部分，并且如果装填、加热和化学注入同时进行，则几乎或根本没有增加时间。

[0082] 值得注意的是，通过蒸汽携带而离开喷射器的流体并不处于该压力，而是处于等于SG中的水头压力的压力。从喷射器的几个喷嘴直径处的温度已经被测量为在大部分流体的温度以上小于10°F(5.6℃)。

[0083] 在本发明的一个实施例中，少量的不可冷凝的气体在蒸汽供给处还与蒸汽混合，以减少噪音/振动和减少任何对于喷射器装置或相邻的容器内部构件造成气蚀损坏的风险。典型地，一些量的不可冷凝的气体小于1％，但是在一些情况下它的范围高达3％或更多。蒸汽的总流量由安全壳外部的压力调节阀28控制。

[0084] 用于加热SG和装填水的本方法适宜于很多种清洗化学溶剂，这些化学溶剂包括在之前的参考文献中所描述的EPRI/SGOG EDTA基溶剂。该溶剂使用EDTA、肼、氢氧化铵和腐蚀抑制剂。该溶剂的凝缩成分(30％-40％的EDTA)然后从保持罐24通过软管经由也连接到优选的泄放连接机构的泵25而被泵送出。SG中溶剂的最终浓度可能是从4％到25％的EDTA。控制泵送速率，以使得通过蒸汽注入保持SG中的溶剂温度。本方法还适宜于基于比例调节剂及其它胺、有机酸、无机酸或螯合剂/络合剂的用于氧化物或金属物的沉淀移除溶剂。

[0085] 经由泄放系统19用气体进行连续喷射，或者可通过在注入期间或者通过在溶剂注入之后将气体和浓缩物多根并合(comingling)，提高在浓缩物注入期间或之后的混合。还可通过在同时清洗多于一个热交换器时在这些热交换器之间传送液体来实现混合。

[0086] 在完成浓缩物的注入之后，SG温度通过周期性蒸汽注入或者通过在降低的速率、较低的压力或较低的温度下进行蒸汽注入而得以保持。在锅炉处从安全壳外面控制所有这些参数。

[0087] 在没有排空锅炉22的情况下，溶剂的采样可直接从SG中获得，或者通过临时停止喷雾并经由泄放系统23、23a、23b中的排放连接机构进行采样来获得。如果需要，补充的化学组分可使用注入泵25经由泄放装置来添加。这些实例包括补给化学试剂或补充关键的化学制品(例如，在还原溶解工艺情况下的腐蚀抑制剂或还原剂)。向废物罐29的部分排放可用于容纳一些量的补充物和补给物。值得注意的是，图2示出了比图1少的废物罐。这是因为由于不需要再循环系统在该方法中废物量较小。在外部加热清洗工艺期间，该再循环系统典型地占有整个系统体积的5％到25％。这就具有了减少废物处理成本的优点，对于核蒸汽发生器清洗而言，该废物处理成本将每加仑超过30美元(每公升8美元)或者说每次应用几百万美元。

[0088] 随着SG中的压力由于溶剂排气(例如，从一些还原剂(例如肼)的分解中产生的氮气)或者由于喷雾而增加，工厂蒸汽系统阀(例如大气释放阀31)可被周期性地打开。这是用于化学清洗的标准程序。然而，期望限制通过这些阀排放的气体量，因为该气体可能包含诸如氮气(引起窒息的物质)的物质、诸如氨或吗啉(轻微毒性的)的胺、以及肼(致癌物)。所以，本发明的一个目标是在清洗工艺期间适当地减少用于混合的气体流速或建立还原条件或氧化条件。惰性气体(诸如氮气或氩气)典型地用于促进清洗工艺期间的还原溶解(也就是说，除了别的以外还去除磁铁矿物或其它氧化物)。空气、氧气或臭氧可用来促进氧化溶解(也就是说，去除诸如铜的金属)。

[0089] 设定经由泄放系统的气体喷雾速率，以便促进SG中的良好混合和均匀温度，与此同时使向环境的排放最小化。本发明优选的范围是5cfm到100cfm(0.15m3/min到2.8m3/min)。尽管该速率远远低于一些现有技术中所报告的，测试和分析已表明：该速率足以在大约10分钟或更少的时间内“流通到”RSG的第二侧。该喷射还可以是连续的或间歇的。在间歇的应用中，喷射进行的时间应该是一个体积流通量的最小值(例如，在30cfm(0.85m3/min)下为6分钟))。

[0090] 根据上述内容，显然的是用于核蒸汽发生器化学清洗的直接蒸汽注入使得设备复杂性降低和人力需求减少。本发明的另一个益处在于：尽管简化了方法及所要求的设备，但是它仍然允许将电化学腐蚀监控设备和取样片安装在蒸汽发生器内部，以及在不需要排空蒸汽发生器的情况下对溶剂进行采样。如在此所描述的较简单的外部加热方法的其它益处包括减少了对关键路径进度影响的可能性，其隐含于在模式5中延迟电厂冷却的任何方法中。由于消除了典型地用于传统外部加热方法中的再循环系统，还减少了废物量。

[0091] 该方法和设备可应用于传统的化学清洗方法、比例调节剂、分散剂或净化溶液，或者可应用于任何用于清洗需要温度控制或温度控制有益的热交换器或类似容器的其它方法。本领域的技术人员将意识到的是，虽然在此所述的优选实施例包括通过工厂泄放系统来注入化学物，然而一种替代方案是通过蒸汽发生器适配器经由辅助供水系统或经由另一适当的进出口位置来注入化学制品。

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