核电厂贯穿件封头及其贯穿件结构的制作方法

本发明属于核电领域，更具体地说，本发明涉及一种核电厂贯穿件封头及其贯穿件结构。

背景技术：

贯穿件封头是将穿墙后的管道固定于墙体的装置，其既为管道的部件，为容纳工艺介质的通道，也通过与套管的焊接对管道提供约束支撑，保证介质与外界的有效隔离，避免不同房间或者环境之间的放射性泄漏。

现有技术中常用的贯穿件封头只在内壁与流体介质以强制对流换热的方式进行热量传递，当流体介质温度剧烈变化时，贯穿件封头内壁温度随之在较短的时间内剧烈改变。同时，贯穿件的温度变化通过热传递的方式，迅速影响套筒附近区域墙体的温度。当介质温度随着核电厂运行状态反复产生剧烈变化时，会对套筒附近墙体的混凝土产生热疲劳效应，造成墙体开裂破坏。

有鉴于此，确有必要提供一种结构简单、便于安装和维护的核电厂贯穿件封头及其贯穿件结构，有效减缓介质温度剧烈变化对墙体温度变化的影响，进而有效降低墙体的热疲劳效应。

技术实现要素：

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种结构简单、便于安装和维护的核电厂贯穿件封头及其贯穿件结构，有效减缓介质温度剧烈变化对墙体温度变化的影响，进而有效降低墙体的热疲劳效应。

为了实现上述目的，本发明提供了一种核电厂贯穿件封头，包括：封头本体，所述封头本体设置有通孔，其中，所述贯穿件封头还设置有内部开放式空腔，所述内部开放式空腔设置在封头本体内，并与封头本体设置的通孔连通。

作为本发明核电厂贯穿件封头的一种改进，所述内部开放式空腔环绕所述通孔的四周设置。

作为本发明核电厂贯穿件封头的一种改进，所述内部开放式空腔内设置有减缓热搅浑装置。

作为本发明核电厂贯穿件封头的一种改进，所述减缓热搅浑装置包括限流孔板。

作为本发明核电厂贯穿件封头的一种改进，所述内部开放式空腔边缘与所述通孔连接部位为流线型结构。

作为本发明核电厂贯穿件封头的一种改进，所述流线型结构为圆弧结构。

作为本发明核电厂贯穿件封头的一种改进，所述封头本体内还设置有子空腔，所述子空腔与所述内部开放式空腔的内部连通，并与外部环境保持密闭。

作为本发明核电厂贯穿件封头的一种改进，所述封头本体内部还设置有外部循环水空腔和循环水进出口，所述外部循环水空腔位于所述内部开放式空腔的外侧，外部循环水空腔与循环水进出口连通。

作为本发明核电厂贯穿件封头的一种改进，所述外部循环水空腔的循环水进出口位置连接有循环水进出管嘴。

作为本发明核电厂贯穿件封头的一种改进，所述循环水进出管嘴材料与所述封头本体采用不锈钢或碳钢材料制成。

作为本发明核电厂贯穿件封头的一种改进，所述外部循环水空腔为流线型空腔。

作为本发明核电厂贯穿件封头的一种改进，所述通孔的两侧和所述封头本体的外周均设置有管嘴。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种核电厂贯穿件结构，包括：

套筒，固定设置在混凝土墙体内，两端位于混凝土墙体的外部，其内设置有内部管道；

封头，设置有通孔，外围与套筒的一端焊接固定，通孔部位的一侧与内部管道焊接连接，另一侧与位于混凝土墙体外部的外部管道焊接连接，内部管道、封头和外部管道固定连接后相互连通；

其中，所述封头为上述所述的核电厂贯穿件封头。

作为本发明核电厂贯穿件结构的一种改进，所述混凝土墙体内侧的套筒和内部管道之间还设置有另外一个封头，混凝土墙体两侧的封头与所述套筒和所述内部管道外壁形成一个空腔，所述套筒上设置有进出管嘴，空腔内充入有非腐蚀性流体介质。

相对于现有技术，本发明核电厂贯穿件封头及其贯穿件结构具有以下有益技术效果：

1)结构紧凑、对称，便于安装，维护方便；

2)通过设置内部开放式空腔，改变了流体介质和常规设计贯穿件封头内壁单一的传热方式，增加了一道在新旧流体介质之间的对流传热边界，将热量传递方式由单纯的对流传热优化为冷热流体对流传热--热搅浑--流体与贯穿件内壁对流传热的系列过程，缓冲了由于核电厂运行工况变化可能带来的热冲击或冷冲击效应，减缓了贯穿件内壁和贯穿件套筒附近区域墙体的温度变化速率，降低了疲劳应力和墙体混凝土的热老化效应；

3)通过设置外部循环水空腔，等同于在贯穿件封头和贯穿件套筒附近区域墙体之间的热传递路径上增加设置了一道传热屏障，将热量传递方式由单纯的热传递优化为热传递--热对流--热搅浑--热对流--热传递，缓冲了由于核电厂运行工况变化可能带来的热冲击或冷冲击效应，减缓了贯穿件内壁和贯穿件套筒附近区域墙体的温度变化速率，降低了疲劳应力和墙体混凝土的热老化效应；

4)通过设置外部循环水空腔，实现了贯穿件封头热量的循环导出，可有效降低贯穿件封头及贯穿件套筒附近区域墙体的温度变化幅值，降低了疲劳应力和墙体混凝土的热老化效应；

5)通过在外部循环水空腔设置管嘴，实现了冷却循环水的充排功能，管嘴既可实现定期的人工充排和密封，又可以连接管道设置持续的自动循环系统，便于结合整个核电厂的布置空间、瞬态载荷、机械设备等情况综合处理设计方案，可实现性强。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电厂贯穿件封头及其贯穿件结构进行详细说明，其中：

图1为本发明核电厂贯穿件封头的结构示意图。

图2为本发明核电厂贯穿件封头的立面图。

图3为本发明核电厂贯穿件结构的结构示意图。附图标注：

10-封头本体；12-通孔；14-内部开放式空腔；16-管嘴；18-焊接坡口；20-管嘴；22-焊接坡口；24-外部循环水空腔；26-循环水进出管嘴；30-套筒；32-混凝土墙体；34-内部管道；36-封头；38-外部管道；40-肋板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参阅图1和图2所示，本发明核电厂贯穿件封头包括：封头本体10，封头本体10设置有通孔12，其中，贯穿件封头还设置有内部开放式空腔14，内部开放式空腔14设置在封头本体10内，并与封头本体10设置的通孔12连通。

请参阅图1所示，封头本体10为轴对称结构，中部设置有通孔12，且通孔12位置的两侧形成有管嘴16，管嘴16处设置有焊接坡口18，便于与管道焊接连接。

封头本体10的外周为圆环结构，一侧形成有管嘴20，管嘴20处设置有焊接坡口22，便于和套筒连接。

内部开放式空腔14设置在封头本体10的内部，并环绕一周设置，同时与通孔12的四周连通。优选地，内部开放式空腔14设置在封头本体10厚度的中部位置，其规格根据需要进行设置。

进一步地，内部开放式空腔14的边缘设置为流线型结构，优选圆弧结构，内部开放式空腔14与通孔连接处为圆角，以防止应力集中。

进一步地，内部开放式空腔14设置为外窄内宽形式，即与通孔12连通位置的宽度较窄，远离通孔12的位置的宽度较宽，以便减缓新旧介质混合速度。

内部开放式空腔14用于容纳管道介质，空腔设计能够很好的保证介质密闭性和贯穿件本体10的强度，同时在上游介质温度状态产生剧烈变化时为新旧介质提供热对流和热搅浑的空间。当上游流体介质温度剧烈变化以后，新的流体介质流经贯穿件封头处时，首先与空腔内温度未改变之前的流体介质通过热对流的方式进行热量交换，随着热搅浑的进行，贯穿件封头内壁温度缓缓变化，有效降低了核电厂管道内流体介质冷冲击或热冲击造成的贯穿件封头和套筒附近区域墙体的温度变化速率。

内部开放式空腔14在垂直于贯穿件封头和贯穿件套筒之间的传热路径方向具有较大的横截面积，避免较多的热量通过封头本体10快速热传递至混凝土墙体，充分发挥空腔内已贮存介质在传热路径上的热缓冲作用。

进一步地，封头本体10内还设置有子空腔(图未示出)，子空腔沿内部开放式空腔14周围边界设置有多个，多个为2、3、4、5、6或更多个，每个子空腔与内部开放式空腔14的内部连通，同时与外部环境保持密闭。通过设置子空腔，用于容纳更多的缓冲介质，并在系统介质温度产生剧烈变化时，减缓新旧管道介质热交换的进程，降低贯穿件封头内壁温度变化速率。

进一步地，内部开放式空腔14内还设置有减缓热搅浑装置(图未示出)，如在内部开放式空腔14内设置限流孔板等，控制新旧流体介质的对流传热的效率，减缓冷冲击或者热冲击的影响。

为了进一步减缓传热速率和导出热量，封头本体10内还设置有外部循环水空腔24，外部循环水空腔24位于内部开放式空腔14的外侧。优选地，外部循环水空腔24环绕内部开放式空腔14设置，并在封头本体10的上部和下部设置循环水进出口，循环水进出口分别与外部循环水空腔24连通，外部循环水空腔24用于贯穿件封头的热量导出，外部循环水空腔24的边界设计应不干涉贯穿件内部流体介质的压力边界性能，不影响管道介质的密闭性。同时，外部循环水空腔24应在保证贯穿件封头设计强度的基础上尽量靠近内部开放式空腔14，以提高换热效率。在保障贯穿件设计强度的基础上，外部循环水空腔24应在垂直于贯穿件封头和贯穿件套筒之间的传热路径方向具有较大的横截面积，以达到传热屏障的效果。外部循环水空腔24与内部开放式空腔14之间的间距根据需要进行调整。

进一步地，外部循环水空腔24为流线型空腔，其内部充满高热容的非腐蚀性流体(如低温除盐水)，非腐蚀性流体可定期更换或通过驱动设备设置成循环流动的形式，以吸收本应由贯穿件封头传递至墙体的热量，降低核电厂管道内流体介质冷冲击或热冲击造成的贯穿件封头和套筒附近区域墙体的温度变化幅值。

为了便于导出热量，在与外部循环水空腔24连通的循环水进出口处设置有循环水进出管嘴26，循环水进出管嘴26可定期充排高热容非腐蚀性流体介质，如低温除盐水，其余时间密封，也可设置连接持续的流体循环系统，持续导出封头热量。

循环水进出管嘴26材料与封头本体10的材料相同，一般采用不锈钢或者碳钢材料，例如p280gh、z2cn1810材料等。

本发明还提供了一种核电厂贯穿件结构，包括：

套筒30，固定设置在混凝土墙体32内，两端位于混凝土墙体32的外部，其内设置有内部管道34；

封头36，设置有通孔12，外围与套筒30的一端焊接固定，通孔12部位的一侧与内部管道34焊接连接，另一侧与位于混凝土墙体32外部的外部管道38焊接连接，内部管道34、封头36和外部管道38固定连接后相互连通；

其中，封头36为上述的核电厂贯穿件封头。

为了提高核电厂贯穿件结构的循环导热能力，还可以在混凝土墙体32内侧的套筒30和内部管道34之间再焊接设置另外一个封头(图未示出)，另外设置的封头可与封头36相同，也可采用现有技术中常用的封头，墙体两侧的封头与套筒30和内部管道34外壁形成一个空腔，并在套筒30上设置进出管嘴(图未示出)，空腔内充入高热容的非腐蚀性低温流体介质(例如低温除盐水)，进行循环导热。

为了进一步提高结构强度，套筒30的外壁还焊接设置有肋板40，肋板40浇筑固定在混凝土墙体32内。优选地，肋板40设置有多个，间隔均匀焊接在套筒30的外壁上。

相对于现有技术，本发明核电厂贯穿件封头及其贯穿件结构具有以下有益技术效果：

1)结构紧凑、对称，便于安装和维护方便；

2)通过设置内部开放式空腔，改变了流体介质和常规设计贯穿件封头内壁单一的传热方式，增加了一道在新旧流体介质之间的对流传热边界，将热量传递方式由单纯的对流传热优化为冷热流体对流传热--热搅浑--流体与贯穿件内壁对流传热的系列过程，缓冲了由于核电厂运行工况变化可能带来的热冲击或冷冲击效应，减缓了贯穿件内壁和贯穿件套筒附近区域墙体的温度变化速率，降低了疲劳应力和墙体混凝土的热老化效应；

3)通过设置外部循环水空腔，等同于在贯穿件封头和贯穿件套筒附近区域墙体之间的热传递路径上增加设置了一道传热屏障，将热量传递方式由单纯的热传递优化为热传递--热对流--热搅浑--热对流--热传递，缓冲了由于核电厂运行工况变化可能带来的热冲击或冷冲击效应，减缓了贯穿件内壁和贯穿件套筒附近区域墙体的温度变化速率，降低了疲劳应力和墙体混凝土的热老化效应；

4)通过设置外部循环水空腔，实现了贯穿件封头热量的循环导出，可有效降低贯穿件封头及贯穿件套筒附近区域墙体的温度变化幅值，降低了疲劳应力和墙体混凝土的热老化效应；

5)通过在外部循环水空腔设置管嘴，实现了冷却循环水的充排功能，管嘴既可实现定期的人工充排和密封，又可以连接管道设置持续的自动循环系统，便于结合整个核电厂的布置空间、瞬态载荷、机械设备等情况综合处理设计方案，可实现性强。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。