用于六氟化铀运输的改进式容器 【发明背景】
本发明涉及一种用于运输和储存六氟化铀的容器，尤其是涉及改进的在贸易上通称为30B圆筒的容器。
浓缩的六氟化铀在传统的30B圆筒中装运已有许多年了。如果六氟化铀包括含量高于1％的铀235(U235)，则可以认为它是浓缩的六氟化铀，并且装运浓缩的六氟化铀(按重量计高达并包括5％)必须在一种传统的，经过批准的30B圆筒中进行。这类装有六氟化铀的圆筒必须在一种经过批准的用于抗冲击和热保护外包装中装运。如果圆筒合适地包装和运输，则这些装运可认为是安全的。只要水或其它的中子减速剂保持与六氟化铀本身分开，则临界事件(一种不受控制的核链式反应)就不能发生。
正如核工业在它的权限地理区域范围内所有的情况那样，美国核管制委员会(NRC)管理六氟化铀的运输。由于它的权限扩大到美国港口和由于它的条例是世界上最保守的条例之一，所以NRC的管理制定了最少的标准用于大多数六氟化铀地国际航运。美国国家标准协会在1971年发布了ANSI N14.1“用于运输六氟化铀的包装”。这个标准被NRC的前任采用并制定了传统30B圆筒的批准的设计。
ANSI N14.1规定了它批准的圆筒适用材料的类型。具体地说，ANSIN14.1的5.5节，“包装要求，标准UF6圆筒”，表1的脚注a规定了一种可用来装运含低于0.5％杂质的六氟化铀的传统30B圆筒。对本申请的场合，把按重量计含至少99.5％六氟化铀和余量为其它材料的混合物称之为“本质上是纯的”六氟化铀。
由ANSI N14.1-1995目前所限定的传统30B圆筒是一种约811/2英寸长和直径为30英寸的钢制容器。它用半英寸的碳钢制造，上述半英寸碳钢形成为长54英寸的圆筒体，该圆筒体用两个大致是半椭圆的头部封顶。一对桶的凹边保护容器的两端。传统的30B圆筒具有毛重约1425磅，和容积至少为26立方英尺。当用具有按重量计高达5％的铀235同位素装到它的最大允许容量5020磅时，少至15升的水可能都会启动一个临界事件。因此极为重要的是从圆筒中排除水。
有另一些与装运六氟化铀有关的危险。如果在空气存在下把这种化学药品加热到三相点146°F，则可能形成气态氟化氢(HF(g))。如果传统30B圆筒上的阀在火灾事件中断裂，则这种事件是可以想象的。氟化氢气体极为有害，并且它的释放必须预防，因为在吸入它之后几乎立即死亡。
在传统30B圆筒中形成两个开口，这两个开口位于相对的头部上几乎完全相反的位置处。一个开口安放一个阀，上述阀常规用于装满和排空六氟化铀槽。另一个开口是一个插塞，所述插塞用于定期检查，水静压试验，和槽的清洗。这个阀和这个插塞形成唯一的防止水进入传统30B圆筒的屏障。
在装运期间，30B圆筒安放在一个保护性运输包装或“外包装”中。外包装保护内部圆筒免受偶然冲击的影响并使圆筒绝热，以便减少如果有火灾或其它偶然过热事件它将漏泄的机会。外包装和30B圆筒按常规通过远洋轮及通过铁路和公路运输装运。当圆筒到达一个处理厂时，将它从外包装中取出，并将一根标准化的管道连接到阀上。ANSI N14.1规定了阀的精确位置以及它的取向，以便处理厂中的配件合适地与阀对准和连接。即使阀的位置和取向轻微变化，也使它不能安全地将圆筒连接到厂里的配件上。一旦30B连接到处理厂里的管道上，则将它在高压釜中加热至蒸发并那样移出六氟化铀供进一步处理。
外包装由政府机构管理。美国运输部(DOT)公布了一种标准规格，DOT 21PF1，上述标准规格限定了一种外包装。那种条例以49 CFR178.358公布。运输部在它的许可证USA/4909/AF，修订15中允许这种设计的某些改变。按这种规格制造的外包装或它的允许改变称之为“包装技术规格”。此外，NRC发布了限定所谓“性能包装”的条例。这些包装如果它们满足条例中所述的性能标准，则能被NRC批准。性能规格在49 CFR 173.401-476中发布。DOT和NRC条例二者的一个共同特点是，外包装必须设计成适合如ANSI N14.1所限定的一种传统30B圆筒。
外包装和30B圆筒在批准用于运输六氟化铀之前，由NRC按要求结合在一起进行测试。一个必须通过的标准测试是30英尺跌落试验。在这种测试中，30B圆筒和外包装从30英尺高度跌落在一个固定的水泥平台上。包装如此取向，以使圆筒上的阀笔直朝下，这种最坏的情况。为了通过这种测试，外包装不能有任何部分触及阀或任何东西附属到阀上，并且阀必须保持严密封闭。如果通过这个和另一些所要求的测试，则30B圆筒变成批准的用于外包装的内容。浓缩的六氟化铀只能在一外包装内的30B圆筒中装运，对于该外包装，那种圆筒是被批准的内容物。
各个条例都要求定期测试与外包装无关的30B圆筒。具体地说，D0T采用了ANSI N14.1，而ANSI N14.1同样要求定期测试30B圆筒。这种测试包括每5年一次的水静压测试。在这个测试之前，将圆筒清洗干净。然后装满水并加压，以便检查是否可能漏泄。这种测试检验包括各种不同焊接部位的结构完好性。这种测试是花钱很多的，部分是由于它产生26立方英尺带放射性的废水，上述带放射性的废水必须处理成低水平的放射性废水。
另外，NRC规定了在外包装中的传统30B圆筒可以多么密集地装在货船或其它运输工具上。它通过向每个船或运输工具提供一个总“运输指数”为200做到这点。每个传统的30B圆筒具有一种运输指数为5，那样一条不运载其它核货物的船可以运载总数为40的传统30B圆筒。(200÷5＝40)。这个安全限杜绝在标准外包装中传统30B圆筒的货主大量装运所产生的经济效益，上述大量装运的经济效益可以尤其是根据利用专门出租船用于放射性材料可以达到。然而，这个条例是必要的，因为即使水静压试验保证结构完好性和外包装提供热和冲击保护，也没有可靠的方法来保证用目前的30B设计阀将保持不漏水。如上所述，即使少量的水也可能会启动一危险事件。
如果能发明一种圆筒，所述圆筒不要求定期水静压试验并且能保证它的阀完好性，则它是一种重大的改进。对传统30B圆筒的任何改进，都必须了解用来处理现有30B圆筒的设备上的主要投资，其中包括管道和现有的外包装的投资。这要求圆筒的主要尺寸及阀的位置和取向都不改变。
发明概述
按照本发明，一种用于装运六氟化铀的容器包括一个圆筒形的壁，上述圆筒形的壁通过一对近似半椭圆形的头部焊接进行封闭，以便形成一个密封的容器。在一端处设置一个操作阀。阀用一个可拆卸式、不漏水的阀保护盖组件覆盖住。容器还包括一个测试口，利用上述测试口可以在圆筒装满六氟化铀和阀保护组件已安装好之后测试阀保护盖组件的完好性。阀保护组件加工成一定形状，以便它装配在标准30B圆筒的外壳内，并且那样装配在已经通过NRC批准外包装内和由六氟化铀货主使用。
按照本发明所述制造的容器具有双重屏障，以防流入水和流出六氟化铀。阀是第一屏障，它用一盖组件封闭，所述盖组件形成第二屏障。预期双重屏障允许运输指数为0。而且，实际上，加第二屏障将使改进式30B圆筒能在安全得到NRC认可的情况下在传统外包装中大量装运。
对附图的简要说明
图1示出按照本发明所述制造并保持一种打开的保护性装运包装或“外包装”的改进式30B圆筒，上述外包装再搁在支架上；
图1A示出一种完全封闭并放在支架中的用于30B圆筒的外包装；
图2是图1中圆筒的端视图；
图3是朝图2的箭头3-3方向看的视图和局部剖视图；及
图4是图3的一部分示出阀上方的一个阀保护组件的放大图。
对优选实施例的说明
图1示出按照本发明所述建造的一种改进式30B圆筒10。圆筒10示出一种保护性运输包装或“外包装”12底部一半的内部。外包装12示出支承在一个支架8中，并且它的顶部一半除去和它的安全带打开。正如在该技术中十分了解的，在装运期间，向圆筒10装满高达5020磅本质上是纯的六氟化铀，并且完全封闭在外包装中，如图1A所示。
通常，本发明的大部分改进式30B圆筒10完全是传统的，并且将只是在它与现有技术传统的圆筒不同的范围内作详细说明。传统的30B圆筒10按照美国国家标准协会(ANSI)N14.1和美国机械工程师协会(ASME)锅炉和压力容器规范，第VIII节，第1部分制造。因此传统的30B圆筒是811/2英寸±1/2英寸长并具有30英寸±1/4英寸的直径。传统30B圆筒具有一最小容积为26立方英尺。优选的是圆筒按照ANSI N14.1-2000制造，并因此包括美国专利5,777,343中所述的优点，上述优点是由消除一种焊接的垫板产生。然而，在制造成ANSIN14.1的较早版本要求的焊接的垫板的情况下，本发明的一些优点也可以得到。
改进式30B圆筒10包括一个阀，上述阀用一个阀保护盖组件14(图1和图2)保护。这种盖组件在传统的30B圆筒中未发现，它提供一种第二屏障以防六氟化铀流出，或者更关键的是，以防水进入。阀保护盖组件14装配在筒边15内，上述筒边15从圆筒10的圆顶端或头部延伸。更具体地说，阀保护盖组件14的远端从由筒边的自由边缘限定的平面凹进至少1/2英寸，而优选的是凹进0.75英寸或更多。这个空间可供外包装在跌落试验期间变形用，而与阀保护盖组件14没有任何接触。因此装有盖组件14的圆筒10可以与标准外包装如图1和1A所示的外包装12一起周。
应该注意，筒边15的轴向长度没有被ANSI N14.1固定，但对圆筒的总长度、直径和最小容量是固定的。直径和长度是关键尺寸，以便保证一个槽装入一个传统的外包装中。在申请人的发明之前，还没有认识到加长一个筒边15和缩短另一个(未编号的)筒边以便提供如上所述的1/2-3/4英寸或更大的间隙，能使一个阀保护盖组件经受一30英尺的跌落试验，不因外包装变形而损伤，实际上没有影响，这忽视改善的安全性并且可能造成运输指数减少。
阀保护盖组件14(图2)包括一个盖16，上述盖16用6个螺栓18固定在适当位置。其中两个螺栓18是保险丝，并且保险丝密封，以保证一旦盖16用螺栓固定在适当位置，盖16不受影响。如果希望的话，另一些螺栓，最多是所有6个螺栓，都可以是保险丝。
阀保护盖组件14，如图4中更详细示出的，包括一个盖16和一个底座20。底座20是一种围绕着阀30的环形圆盘。底座20是一种焊接到圆筒10壁22上的圆盘。它的直径和厚度如此选定，以便不影响用来与阀30连接的标准工业管道装置装满或排空六氟化铀圆筒10。
底座20围绕壁22的外周边和内周边连续地焊接到壁22上，并充分地检查这些焊接处以保证它们的完好性。这些焊接处因此提供一个可靠的屏障，以便防止任何物体从底座20下面通过及因此从圆筒10外部通过进入盖组件围绕着阀30的容积或者反之亦然。底座20还包括6个均匀间隔开的螺孔(未示出)，螺栓18与所述螺孔协同工作，以便将盖16固定在适当位置。
底座20的上表面24包括两个区，即一个内区28和一个外区30。内区28是环形并高出外区约1/32英寸。内区28机加工成平的并提供一个工作表面，盖16抵靠上述工作表面密封。通过在底座20焊接到壁22上之前或之后机加工底座20，可以达到所需的表面光滑度。
盖16是一种预制的钢元件，上述预制的钢元件包括一个圆顶40和一个凸缘42。尽管盖16可以用整件钢机加工，但为了制造经济和方便起见，优选的是用两个构件制造盖，上述两个构件如图所示焊接在一起。将焊接处充分检查以保证它的完好性。
凸缘42与底座20相配合。为此凸缘42包括一个机加工的环形表面44，上述环形表面44抵靠底座20相应的平内表面28安放。一对0形密封圈46和48分别装配在凹槽50和52中，上述凹槽50和52在凸缘42的环形表面44中形成。凹槽50和52在平面图中是圆形，但如果希望的话任何环形形状都可以用。凹槽50和52可以形成为具有一如图所示的很小切口，以便将O形密封圈46和48保持在适当位置。当环形表面44和环形表面28相互抵靠安放时，O形密封圈46和48被压缩以便形成一个有效的密封。这种密封当按照例如在ANSI N14.5-1997的A.5.7，“装运用包装的漏泄试验”中所述的肥皂泡试验进行试验时，足以完全达到漏泄率小于10-3ref.-cm3/sec。在这种试验期间，“每秒成立方体的基准立方厘米定义为在一个大气绝对压力和25℃下每秒1立方厘米干空气的容积。一种具有或低于上述漏泄率的密封被认为对这种应用场合本质上是不能透过的。
尽管为了制造方便起见传统的O形密封圈46和48是优选的，但另一些弹性元件其中包括就地浇铸的橡胶或弹性聚合物如氨基甲酸乙酯也是可能的。这些可供选择的材料和制造技术只需提供一种足够令人满意的漏泄弹性密封，并且它们包括在本申请中所用的术语“弹性密封元件”的含义之内。
凸缘42包括一个环形外区58，上述环形外区58从环形表面44的平面开槽。外区58与底座20的外区30对准。当盖16处在底座20上适当位置时，两个外区30和58限定它们之间的一个间隙60。凸缘42具有6个穿过外区58供螺栓18用的孔(未示出)。这些孔与底座20中相应的螺纹式通道对准。当把盖16放在适当位置和螺栓18拧紧到一个预定的转矩时，使凸缘42的外区58受力，同时在O形密封圈46和48上保证一个预定的恒定负载并使环形表面24和42配合。尽管形成间隙60是优选的，因为它使凸缘42能稍微挠曲，但在底座20和盖16之间提供足够紧密封的任何设计都是可接受的。
阀保护盖组件14包括一种用于试验盖16和底座20之间密封完好性的装置。这种试验装置包括一个测试口60，上述测试口60通过内部通道62、64和66通向测试槽68。测试槽68是凸缘42的环形表面44中一个半圆形凹槽(在垂直剖面中)。凹槽68在凹槽50和52之间间隔开的一个完整的圆中延伸。
凸缘42包括一个与测试口60完全相反的孔70(图1和4)。这个孔70与一个销钉72协同工作，上述销钉72从底座20的外区28向上伸出。当圆筒10处于它的正常水平位置时，销钉72在钟表的12点位置处，并帮助2人准确地给盖定位及将螺栓18安放在它们的孔中。
一旦盖16处于适当位置和螺栓18适当地拧紧，则可以测试密封围绕周围的完好性。这是通过在加压或抽真空下将测试口连接到校正过的流体源上进行的。流体到达测试槽68，并且如果接合牢固的话，流体不能走得更远。如果漏泄发生，则测试设备显示压力或真空度下降，并且可以检查密封圈的密封并按需要进行更换或其它检修。一旦测试完成，就用一个插塞70来密封测试口。有各种不同测试操作可以利用，并且这些测试操作在ANSI N14.5-1977中陈述。这些测试保证漏泄率等于或小于1×10-3ref-cm3/sec。
尽管测试装置表示为在盖16的凸缘42中机加工的一个口，通道，和槽，但也可以将这些部分机加工到底座20中。如果这样做，则将测试槽在底座20的表面28中形成，以便它位于密封圈接触底座20的位置之间并通过合适的通道连接到一个测试口上。同样，O形密封圈46和48可以安装在底座内所形成的槽中。然而，各图中所示的构造是优选的，因为它更容易维护，并且因为当导管连接阀30时O形密封圈46和48及测试槽68很少有可能损伤。
尽管是用若干螺栓来引起盖16抵靠底座20拧紧，但其它紧固法也是可能的。例如底座之间的螺纹连接可以与必需的密封圈密封一起用，并且测试口槽在一拧上的盖中形成。可供选择地，底座20可以在它的外周边表面上具有外螺纹，及一个象在管道接头中使用那样的螺母可以用来抵靠底座将盖向下拉。
因此很显然，本发明提供一种用于装运六氟化铀的容器10，上述容器10包括一个圆筒形壁，上述圆筒形壁由成对的近似半椭圆形头部22闭合，将上述半椭圆形头部焊接以便形成一种密封式容器。一个操作阀30位于一端中。阀30用一个可拆卸式、不漏水的阀保护盖组件14覆盖。容器还包括一个测试口60，利用上述测试口60可以在圆筒10装满了六氟化铀并安装好阀保护盖组件14之后测试阀保护盖组件的完好性。阀保护组件14如此加工成一定形状，以便它装配在标准30B圆筒的外壳之内，并且同样装配在已经通过NRC(美国核管制委员会)批准和六氟化铀货主同意的外包装内。
按照本发明所述制造的容器10具有一双重屏障，以防水流入和六氟化铀流出。阀30，即第一屏障用一盖组件14封闭，上述盖组件14形成一第二屏障。预计双重屏障允许运输指数为0。因而，实际上，加第二屏障将使改进式30B圆筒能在NRC验收安全的情况下大量装运，结果是为工业大大节约成本。