УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕЗАКТИВАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ И ИХ ОЧИСТКИ ОТ ОТЛОЖЕНИЙ
PLANT FOR PIPELINE DECONTAMINATION AND CLEANING OF SEDIMENTS

Изобретение относится к атомной промышленности, а более конкретно к радиохимическим производствам, в частности при дезактивации и очистки от отложений внутренних поверхностей трубопроводов, служащих для передачи растворов высокого уровня активности и расположенных в трубных коридорах, расположенных под защитным перекрытием и недоступных для обслуживания и ремонта без их дезактивации при эксплуатации.
Кроме того, оно может быть использовано в промышленности для отмывки и очистки внутренних поверхностей трубопроводов от отложений.
В радиохимических производствах дезактивация трубопроводов осуществляется передачей по ним дезактивирующих растворов с химическим растворением загрязнений
Вследствие расположения трубопроводов подача в них дезактивирующих растворов возможна при передаче растворов из одного технологического аппарата в другой.
На трубопроводах, служащих для передачи растворов высокого уровня активности в радиохимических производствах, устанавливаются быстросъемные сильфонные запорные клапаны БКС (чертежи С26149, разработки Центрального конструкторского бюро арматуростроения, г. Санкт-Петербург).
У запорных клапанов БКС их корпуса присоединяются на сварке непосредственно к трубопроводам в трубных коридорах и крепятся к гильзам, проходящим через бетонные защитные перекрытия. Через гильзы осуществляется установка и герметизация, а также и замена съемных частей клапанов БКС в случае их выхода из строя. Дезактивация трубопроводов с запорными клапанами БКС осуществляется передачей по ним дезактивирующих растворов из аппарата в аппарат.
Дезактивация передачей дезактивирующих растворов недостаточно эффективна, приводит к значительным затратам реагентов и, как следствие, образованию значительных объемов вторичных жидких радиоактивных отходов, требующих переработки (упаривание, отверждение).
Кроме того, при передаче высокоактивных пульп и суспензий в трубопроводе могут образовываться в результате отстаивания отложения частиц нерастворимой твердой фазы. Для удаления этих отложений необходимо создать в трубопроводе поток жидкости с высокой скоростью, чтобы смыть эти отложения из трубопровода в технологический аппарат, что также требует значительных затрат реагентов.
Известна установка для водоструйной дезактивации внутренних поверхностей оборудования, включающая соединенные между собой источник дезактивирующей жидкости, насос высокого давления, блок управления и водоструйные насадки, одна из которых выполнена самодвижущейся и образована блоком радиально расходящихся сопел, у которых результирующая сила вытекающей из сопел дезактивирующей жидкости направлена в сторону, противоположную движению насадки.
Кроме того, часть сопел самодвижущейся насадки выполнена с возможностью регулирования угла наклона сопел (см. патент, на полезную модель №28564, Кл. G21F 9/34, 2002).
Недостатком конструкции известной установки является то, что при дезактивации трубопровода постоянно используется подаваемая источником свежая дезактивирующая жидкость, что приводит к образованию значительных объемов вторичных радиоактивных отходов, переработка которых (упаривание и отверждение) требует значительных материальных затрат. Применение известной установки возможно только для трубопроводов с низким уровнем радиоактивного загрязнения. Применение такой установки для радиохимических производств приведет к ее загрязнению и необходимости дезактивации самой установки. Кроме того, установка трудно применима для протяженных трубопроводов.
Известна установка для мойки и дезактивации, включающая расположенные одна над другой камеру мойки, сообщающуюся с атмосферой, и камеру для моющего агента, соединенные между собой трубопроводом, систему подачи сжатого воздуха с пневмораспределителем, связанную с камерой для моющего агента в верхней ее части, камера мойки выполнена по размерам отмываемого изделия с минимальными зазорами и снабжена распределителем потока, установленным в нижней ее части, камера для моющего агента в верхней части снабжена люком для загрузки абразивного материала, а в нижней части соплами, соединенными с трубопроводом подачи воды и люком для выгрузки абразивного материала, а для размещения изделий в камере мойки используется захват с центральным стержнем, образующим минимальный зазор между центральным стержнем и внутренней полостью отмываемого изделия.
Кроме того, пневмораспределитель состоит из двух быстродействующих клапанов, установленных на трубопроводах подачи и сброса сжатого воздуха из камеры для моющего агента и пульта управления клапанами, содержащего программируемый микроконтроллер и панель оператора.
К дну камеры для моющего агента посредством полнопроходного клапана присоединен контейнер, а в качестве абразивного материала используется кварцевый песок, состоящий из силикатов и алюмосиликатов (см. патент RU 2367041 №, Кл. G21F 9/34, B08B 3/04), которое заявитель выявил как наиболее близкое устройство того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков и выбрал за прототип.
В известной установке дезактивация полых изделий и труб, размещаемых в камере мойки, осуществляется за счет возвратно- поступательного движения моющего агента с абразивным материалом, которое обеспечивается чередующимися подачами пневмораспределителем сжатого воздуха в камеру для моющего агента и сбросом отработанного сжатого воздуха из нее. Применение возвратно-поступательного движения моющего агента с высокой скоростью способствует эффективной дезактивации труб.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной установки относится то, что для дезактивации полые изделия и трубы необходимо разместить в ее камере мойки. Однако трубопроводы радиохимических производств, по которым передавались высокоактивные растворы, необходимо сначала дезактивировать по месту их монтажа. Но так как эти трубопроводы, расположены в трубных коридорах и недоступны для обслуживания и ремонта без предварительной дезактивации до установленных норм, то известная установка может быть применена только для окончательной дезактивации частей трубопроводов, разрезанных на куски и помещенных в камеру мойки известной установки.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в сокращении объемов дезактивирующих растворов и повышении эффективности дезактивации трубопроводов за счет создания в дезактивируемом трубопроводе возвратно-поступательного движения дезактивирующего раствора с возможностью регулирования скорости возвратного движения дезактивирующего раствора.
Указанный технический результат достигается тем, что в установке для дезактивации трубопроводов, включающей камеру моющего агента или дезактивирующего раствора, соединенную с ней систему подачи и сброса сжатого воздуха с пневмораспределителем, состоящим из двух быстродействующих клапанов, установленных на трубопроводах подачи и сброса сжатого воздуха из камеры дезактивирующего раствора и пульта управления клапанами, содержащего программируемый микроконтроллер и панель оператора, в корпуса клапанов, смонтированных на концах дезактивируемого трубопровода, устанавливаются прижимные устройства, снабженные в верхней части патрубками подачи дезактивирующего раствора, а в нижней - отверстиями, соединяющими патрубки подачи дезактивирующего раствора с дезактивируемым трубопроводом, к патрубку подачи дезактивирующего раствора одного из прижимных устройств присоединяется камера дезактивирующего раствора, к патрубку другого прижимного устройства - ресивер, причем объем ресивера превышает объем камеры дезактивирующего раствора, а на трубопроводе сброса сжатого воздуха из камеры дезактивирующего раствора установлен регулирующий клапан.
Учитывая особые условия эксплуатации, камера дезактивирующего раствора и ресивер выполнены с возможностью их размещения в гнездах защитных пробок, устанавливаемых над запорными клапанами.
В частном случае, патрубки подачи дезактивирующего раствора прижимных устройств соединены с камерой дезактивирующего раствора и ресивером посредством быстроразъемного соединения, например гайкой Богданова.
В другом частном случае, при наличии смонтированных на концах дезактивируемого трубопровода клапанов БКС, прижимные устройства включают в себя траверсу и ее узел фиксации, прилегающие поверхности которых аналогичны съемным частям клапанов БКС, в траверсе на резьбе установлен патрубок подачи дезактивирующего раствора, в нижней части к патрубку присоединена заглушка с шаровой поверхностью, взаимодействующей с коническим седлом корпуса клапана БКС.
Кроме того, отверстия в нижней части прижимных устройств, соединяющие патрубки подачи дезактивирующего раствора с дезактивируемым трубопроводом, выполнены в заглушке при дезактивации трубопровода, присоединенного к нижнему патрубку корпуса клапана БКС, и в патрубке подачи дезактивирующего раствора - над заглушкой при дезактивации трубопровода, присоединенного к верхнему патрубку корпуса клапана БКС.
Установка в корпусах клапанов, смонтированных на концах дезактивируемого трубопровода, прижимных устройств и снабжение прижимных устройств в верхней части патрубками подачи дезактивирующего раствора, а в нижней части - отверстиями, соединяющими патрубки подачи дезактивирующего раствора с дезактивируемым трубопроводом, позволили обеспечить подачу дезактивирующего раствора непосредственно в дезактивируемый трубопровод, минуя технологические аппараты, объем которых значительно превышает объем трубопровода, осуществить его заполнение значительно меньшим объемом дезактивирующих растворов и, тем самым, сократить образование вторичных жидких радиоактивных отходов.
Присоединение к патрубку подачи дезактивирующего раствора одного из прижимных устройств камеры дезактивирующего раствора, а к патрубку другого прижимного устройства - ресивера, позволили при подаче сжатого воздуха в камеру вытеснять из нее дезактивирующий раствор по дезактивируемому трубопроводу, сжимая воздух в ресивере, а при сбросе сжатого воздуха из камеры возвращать дезактивируемый раствор вновь в камеру за счет сжатого в ресивере воздуха, создать в дезактивируемом трубопроводе возвратно-поступательное движение дезактивирующего раствора и, тем самым, повысить эффективность дезактивации трубопровода.
Превышение объемом ресивера объема камеры позволяет при вытеснении дезактивирующего раствора из нее сжимать воздух в ресивере до более низких значений давления в нем, по сравнению с давлением в камере. В результате несколько снижающегося перепада давлений в камере и ресивере скорость дезактивирующего раствора в трубопроводе также несколько снижается. Поэтому превышение объемом ресивера объема камеры должно обеспечивать скорость движения дезактивирующего раствора в трубопроводе, достаточную для дезактивации и переноса отложений в прямом направлении (по направлению к ресиверу). При сбросе сжатого воздуха из камеры скорость дезактивирующего раствора в обратном направлении (в камеру) определяется давлением воздуха в ресивере и будет ниже скорости дезактивирующего раствора в прямом направлении за счет более низкого давления сжатого воздуха в ресивере.
В результате превышение объемом ресивера объема камеры позволяет получить возвратно- поступательное движение дезактивирующего раствора с различными скоростями дезактивирующего раствора в прямом и обратном направлениях, более высокую - в прямом, и более низкую - в обратном. Тем самым, за счет более высокой скорости потока дезактивирующего раствора в прямом направлении имеющиеся отложения в трубопроводе подхватываются потоком и частично перемещаются по трубопроводу в направлении к ресиверу, а при движении потока в обратном направлении с более низкой скоростью их перемещение не осуществляется или осуществляется на меньшее расстояние.
Таким образом, при многократном возвратно-поступательном движении дезактивирующего раствора осуществляется перемещение и удаление отложений из трубопроводов.
Установка регулирующего клапана на трубопроводе сброса сжатого воздуха из камеры позволяет за счет дросселирования сброса отработанного сжатого воздуха из камеры плавно снижать перепад давлений в ресивере и камере, определяющий скорость движения дезактивирующего раствора при его движении в обратном направлении от ресивера к камере. В результате, создается возможность регулировать скорость потока дезактивирующего раствора при его движении в обратном направлении, снижая ее при перемещении по трубопроводу отложений, состоящих из мелких частиц твердой фазы и, тем самым, повысить эффективность очистки трубопровода от отложений за счет уменьшения их уноса потоком в обратном направлении.
Выполнение камеры дезактивирующего раствора и ресивера с возможностью их размещения в гнездах защитных пробок, устанавливаемых над запорными клапанами, соединение патрубков подачи дезактивирующего раствора прижимных устройств с камерой дезактивирующего раствора и ресивером посредством быстроразъемного соединения, например, гайкой Богданова, позволили уменьшить радиационное воздействие на обслуживающий персонал.
Включение в прижимные устройства траверсы и ее узла фиксации, прилегающие поверхности которых аналогичны съемным частям клапанов БКС, позволили устанавливать прижимные устройства в уже смонтированные на дезактивируемых трубопроводах корпуса клапанов БКС.
Установка в траверсе на резьбе патрубка подачи дезактивирующего раствора, присоединение в нижней части к патрубку заглушки с шаровой поверхностью, взаимодействующей с коническим седлом корпуса, позволили при повороте патрубка подачи дезактивирующего раствора получить вертикальное перемещение заглушки, и обеспечить поджатие ее шаровой поверхности к коническому седлу корпуса клапана и герметичность их соединения при дезактивации трубопровода. Вращением патрубка подачи дезактивирующего раствора в другую сторону обеспечивается зазор между заглушкой и коническим седлом корпуса клапана, необходимый для отдувки воздуха при заполнении трубопровода дезактивирующим раствором, а также для слива отработавшего дезактивирующего раствора.
Выполнение отверстий в нижней части прижимных устройств, соединяющих патрубки подачи дезактивирующего раствора с дезактивируемым трубопроводом, в заглушке или в патрубке подачи дезактивирующего раствора над заглушкой, позволяют осуществлять подачу дезактивирующего раствора в трубопроводы, присоединенные как к нижнему патрубку корпуса клапана БКС, так и к верхнему патрубку корпуса клапана БКС.
Предлагаемая установка для дезактивации трубопроводов поясняется чертежами, представленными на фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4 и фиг.5.
На фиг.1 изображена схема установки, на фиг.2 - камера дезактивирующего раствора в сборе с прижимным устройством, на фиг.3 -ресивер в сборе с прижимным устройством, на фиг.4 и фиг.5 - прижимные устройства, установленные в корпус клапана.
Предлагаемая установка (см. фиг.1) содержит прижимные устройства 1 и 2, установленные в корпуса 3 клапанов БКС вместо их съемных частей, присоединенные к прижимным устройствам 1 и 2 камеру 4 дезактивирующего раствора и ресивер 5 соответственно. Камера 4 дезактивирующего раствора соединяется через трубопровод 6 и клапан 7 с воздухораспределителем 8, состоящим из двух быстродействующих клапанов 9 и 10. Клапан 9 присоединен трубопроводом 11 к источнику сжатого воздуха, а клапан 10 трубопроводом 12 к специальной вытяжной вентиляции. На трубопроводе 12 установлен регулирующий клапан 13. Воздухораспределитель 8 снабжен пультом управления (на чертеже не показан), обеспечивающим последовательное открытие и закрытие клапанов 9 и 10 и их нахождение в открытом положении с заданной продолжительностью. Камера 4 также присоединена трубопроводом 14 с запорным клапаном 15 к линии подачи дезактивирующего раствора.
Камера 4 дезактивирующего раствора (см. фиг.2) содержит корпус 16, размещенный в гнезде 17 для защитной пробки клапана 3, присоединенный к корпусу 16 штуцер 18 с помощью быстроразъемного соединения 19 соединенный с патрубком 20 прижимного устройства 1.
Ресивер 5 (см. фиг.3) содержит корпус 21, также размещенный в гнезде 17 защитной пробки клапана 3, присоединенный к корпусу 21 штуцер 22 с помощью быстроразъемного соединения 19 соединяемый с патрубком 20 прижимного устройства 2. Быстроразъемное соединение 19 снабжено фиксатором 23, проходящим через гильзу 24, установленную на сварке в корпусе 21. Корпус 21 снабжен шестигранной головкой 25.
Прижимные устройства 1 и 2 (см. фиг.4 и 5) содержат траверсу 26, узел фиксации 27 траверсы 26 в корпусах клапанов 3, идентичный узлу фиксации съемной части клапана. В траверсах 26 на резьбе 28 установлены патрубки 20 подачи дезактивирующего раствора, проходящие через узлы уплотнения 29. В нижней части на патрубки 20 установлены шаровые заглушки 30 с фторопластовыми прокладками 31 с возможностью вертикального перемещения при вращении патрубков 20, взаимодействующие с коническими седлами 32 корпусов 3. В случае присоединения дезактивируемого трубопровода к нижнему патрубку 33 корпуса 3 клапана, патрубки 20 сообщаются с дезактивируемым трубопроводом через отверстия 34 в шаровых заглушках 30.
В случае присоединения дезактивируемого трубопровода к верхнему патрубку 35 корпуса 3 клапана, в патрубках 20 над шаровыми заглушками 30 выполняются отверстия 36, сообщающиеся с дезактивируемым трубопроводом.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. В первую очередь осуществляется сборка установки. Из корпусов 3 клапанов, установленных по концам дезактивируемого трубопровода, извлекаются их съемные части по установленной технологии их замены. Вместо съемных частей в корпуса 3 клапанов устанавливаются прижимные устройства 1 и 2 с патрубками 20, сообщающимися с соответствующими нижним 33 или верхним 35 патрубками корпуса 3 клапана, присоединенными к дезактивируемому трубопроводу. Инструментом для замены съемных частей клапанов прижимные устройства 1 и 2 устанавливаются в корпусах 3 клапанов и с помощью узлов фиксации 27 герметизируются соединения траверса 26 - корпус 3 клапана, идентично герметизации штатных съемных частей в корпусе 3 клапана. Далее вращением патрубков 20 осуществляется поджатие фторопластовых прокладок 31 шаровых заглушек 30 к коническим седлам 32 корпусов 3. На прижимное устройство 1 устанавливается камера 4, а на прижимное устройство 3 - ресивер 5 и при помощи быстроразъемных соединений 19 осуществляется соединение штуцеров 18 и 22 с патрубками 20. Далее осуществляется присоединение камеры 4 через трубопровод 14 и запорный клапан 15 к линии подачи дезактивирующего раствора, а через трубопровод 6 и клапан 7 к воздухораспределителю 8, быстродействующие клапаны 9 и 10 которого подсоединяются трубопроводом 11 к источнику сжатого воздуха, а трубопроводом 12 с регулирующим клапаном 13 к специальной вытяжной вентиляции соответственно.
После сборки установки осуществляется проверка ее герметичности подачей сжатого воздуха через клапан 9. При отсутствии протечек сжатый воздух отдувается из предлагаемой установки открытием клапана 10 в вытяжную вентиляцию.
Затем открытием клапана 15 осуществляется заполнение камеры 4 и дезактивируемого трубопровода дезактивирующим раствором, причем при заполнении воздух из дезактивируемого трубопровода отдувается через приподнятую поворотом ресивера 5 и соединенного с ним патрубка 20 и шаровой заглушки 30 в нижний патрубок 33 корпуса 3 клапана. Затем поворотом ресивера 5 заглушка 30 с фторопластовой прокладкой 31 снова поджимаются к коническому седлу 32 корпуса 3 клапана, герметизируя предлагаемую установку. В ресивере 5 остается воздух под атмосферным давлением. Далее с пульта управления воздухораспределителем 8 осуществляется поочередное открытие и закрытие быстродействующих клапанов 9 и 10 с заданными продолжительностями их нахождения в открытом положении. При открытии клапана 9 сжатый воздух поступает в камеру 4, вытесняя из нее дезактивирующий раствор по дезактивируемому трубопроводу в ресивер 5, сжимая находящийся в нем воздух.
При последующем закрытии быстродействующего клапана 9 и открытии клапана 10 отработанный сжатый воздух из камеры 4 отдувается в вытяжную вентиляцию, а дезактивирующий раствор под действием сжатого в ресивере 5 воздуха возвращается по дезактивируемому трубопроводу в камеру 4. Далее процесс поочередного открытия и закрытия клапанов многократно повторяется, в результате чего в дезактивируемом трубопроводе возникает возвратно-поступательное движение дезактивирующего раствора. Объемы камеры 4 и ресивера 5 выбраны с учетом их размещения в гнездах и позволяют получить возвратно - поступательное движение в трубопроводе с шагом 5-Юм в зависимости от его внутреннего диаметра.
В конце цикла вытеснения дезактивирующего раствора из камеры 4 вследствие превышения объема ресивера 5 по отношению к объему камеры 4, давление в ресивере 5 будет меньше, чем давление в камере 4. Это позволяет в конце вытеснения дезактивирующего раствора из камеры 4 получить значения постоянно уменьшающегося перепада давлений в них, достаточные для получения скорости движения дезактивирующего раствора в трубопроводе, обеспечивающей смыв и перенос отложений в прямом направлении (по направлению к ресиверу).
Объем камеры дезактивирующего раствора определяется диаметром дезактивируемого трубопровода, амплитудой возвратно-поступательного движения дезактивирующего раствора в трубопроводе и ограничивается размерами гнезд защитных пробок, устанавливаемых над запорными клапанами.
Так, при дезактивации трубопровода диаметром 50 мм и эквивалентной (с учетом местных сопротивлений) длиной 100 м с использованием сжатого воздуха давлением 0,5 МПа, скорость дезактивирующего раствора в прямом направлении в начале цикла вытеснения составит около 3 м/с. В конце цикла вытеснения дезактивирующего раствора из камеры 4 и объеме ресивера 5, превышающем объем камеры 4 вдвое, давление сжимаемого в ресивере 5 воздуха составит 0, 25 МПа, а скорость дезактивирующего раствора в конце цикла вытеснения снизится до 2 м/с.
При сбросе сжатого воздуха из камеры 4 скорость дезактивирующего раствора в обратном направлении (в камеру 4 дезактивирующего раствора) будет ниже скорости дезактивирующего раствора в прямом направлении за счет более низкого давления сжатого воздуха в ресивере 5 и составит в начале цикла 2 м/с, постепенно снижаясь до нуля. Такое снижение скорости уменьшает унос отложений вместе с потоком дезактивирующего раствора в обратном направлении. Кроме того, за счет дросселирования регулирующим клапаном 13 отдуваемого в вытяжную вентиляцию отработанного сжатого воздуха скорость потока дезактивирующего раствора в обратном направлении может регулироваться в широких пределах, предотвращая унос отложений в обратном направлении.
Процесс дезактивации повторяется до достижения определенного уровня активности дезактивирующего раствора в камере 4, определяемого дозиметрическим прибором. Затем следует опорожнение дезактивируемого трубопровода и камеры 4 от загрязненного дезактивирующего раствора, для чего клапан 9 закрывается, а клапан 10 остается в открытом положении. Поворотом ресивера 5 и связанных с ним штуцера 22 и патрубка 20 осуществляется разгерметизация соединения «шаровая заглушка 30 - коническое седло 32» и загрязненный дезактивирующий раствор с отложениями сливается через нижний патрубок 33 корпуса 3 клапана в технологический аппарат. Далее поворотом ресивера 5 вновь герметизируется соединение «шаровая заглушка 30 - коническое седло 32», после проверки герметичности установки осуществляется ее заполнение свежим дезактивирующим раствором и процесс дезактивации трубопровода повторяется до достижения требуемой величины радиоактивного загрязнения. Наибольший эффект от применения предлагаемой установки может быть получен при дезактивации протяженных трубопроводов.
При наличии внутри трубопровода отложений их вывод и дезактивация трубопровода осуществляются следующим образом. На пульте управления устанавливается более высокая продолжительность нахождения клапана 10 в открытом положении, а регулирующий клапан 13 устанавливается в такое положение, чтобы падение давления отдуваемого из камеры 4 отработавшего сжатого воздуха от максимального до атмосферного осуществлялось в течение всей продолжительности открытия клапана 10. В этом случае при открытии клапана 9 сжатый воздух поступает в камеру 4, вытесняя из нее дезактивирующий раствор по дезактивируемому трубопроводу в ресивер 5, сжимая находящийся в нем воздух. При последующем закрытии быстродействующего клапана 9 и открытии клапана 10 отработанный сжатый воздух из камеры 4 более медленно отдувается через регулирующий клапан 13 в вытяжную вентиляцию, а дезактивирующий раствор под действием сжатого в ресивере 5 воздуха возвращается по дезактивируемому трубопроводу в камеру 4 медленнее. В результате этого отложения в трубопроводе подхватываются более быстрым потоком дезактивирующего раствора и перемещаются по трубопроводу в сторону прижимного устройства 2 на шаг поступательного движения потока дезактивирующего раствора. Более медленный возвратный поток дезактивирующего раствора захватит с собой некоторую часть крупных частиц отложений, но она осядет в трубопроводе раньше. В результате такого многократного возвратно-поступательного движения дезактивирующего раствора в трубопроводе с различными скоростями в прямом и обратном направлениях, осуществляется дезактивация с одновременным удалением отложений из трубопровода.