УСТАНОВКА ДЛЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИХ РАДИОНУКЛИДЫ

G21F9/00
УСТАНОВКА ДЛЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИХ РАДИОНУКЛИДЫ
Полезная модель относится к области отверждения радиоактивных отходов (РО), преимущественно жидких (ЖРО) методом цементирования, в частности, непосредственно в контейнерах, предназначенных для хранения, транспортирования и захоронения ЖРО.
Анализ существующего технического уровня в указанной области техники показал, что известно устройство для отверждения радиоактивных отходов, содержащее контейнер с крышкой, установленный на транспортную тележку, и перемешивающее устройство, расположенное на вертикальной оси с возможностью его взаимодействия с валом электропривода, технологическую систему с узлами подачи в контейнер герметизирующей среды и радиоактивных отходов, затвором, систему управления (Патент US № 5143654, МПК: G21F 9/16, НПК: 252-629, РЖ ИСМ 99-04-94 г. публ. 13.09.1990 г.).
Невозможность достижения указанным аналогом технического результата, получаемого заявленным техническим решением, обуславливается тем, что в конструкции аналога, как и во многих других технических решениях, предусмотрено приготовление отверждающей среды вне полости контейнера в отдельно стоящем аппарате-смесителе с последующим сливом его в контейнер. Причем ЖРО предварительно высушивают и гранулируют в шарики, которые помещают в контейнер, который затем перемещают в позицию залива отверждающей смесью. Таким образом, цементирование ЖРО указанным устройством является дорогостоящим и длительным процессом, кроме того, в устройстве контейнера не предусмотрены страховочные элементы, ограждающие персонал от радиоактивного излучения.
Известна установка цементирования жидких радиоактивных отходов непосредственно в контейнерах направляемых на долгосрочное хранение, содержащая контейнер, установленный на транспортную тележку, перемешивающее устройство, расположенное с возможностью взаимодействия с вертикальным валом электропривода, устройство подачи в контейнер компонентов герметизирующей среды с патрубком, устройство подачи в контейнер жидких радиоактивных отходов, связанными с соответствующими узлами технологической системы, систему управления (Патент РФ № 2324242 С2, МПК: G21F 9/16, публ. 10.05.2008 г.).
Недостатком известной полезной модели является то, что в конструкции  предусмотрено возвратно-поступательное перемещение перемешивающего устройства, извлекаемого из контейнера, что потребовало для избежания радиоактивного заражения персонала наличие массивных строительных помещений для избежания уноса частиц ЖРО при пылении цемента, и состоящих из двух зон раздельно для ЖРО и «чистой» для цементирования. Кроме того, наличие извлекаемой мешалки приводит к необходимости ее периодической промывки, что приводит к образованию вторичных ЖРО. Использование чистой воды для приготовления цементного компаунда приводит к неоправданному увеличению объема отвержденных отходов. Такая конструкция требует значительных капитальных вложений в устройство и повышает его стоимость.
Известна установка для цементирования жидких радиоактивных отходов, содержащая контейнер с крышкой, выполненной с отверстием по ее центру, установленный на транспортную тележку, и снабженный размещенным внутри него перемешивающим устройством, расположенным на вертикальной оси с возможностью ее взаимодействия с вертикальным валом электропривода, горизонтальное затворное кольцо, узел съемной технологической крышки-приставки с отверстием для прохода вертикального вала электропривода, расположенным соответственно отверстию крышки контейнера, и снабженной, по меньшей мере, одним устройством подачи в контейнер компонентов герметизирующей среды с патрубком, устройством подачи в контейнер жидких радиоактивных отходов, устройством отвода из контейнера технологических газов, связанными с соответствующими узлами технологической системы, систему управления (Патент РФ на изобретение №2374706, МПК: G21F 9/16, публ. 27.11.2009 г. Бюл. №33).
Недостатком известного аналога является то, что отверждение ЖРО в контейнере происходит без его крышки, которая устанавливается на него лишь на заключительной стадии. Герметизация же контейнера при перемешивании ЖРО и цемента с добавками осуществляется лишь за счет его прижатия к технологической крышке, которая при этом загрязняется радиоактивным излучением компаунда (проходящим через металлическое кольцо) и после опускания контейнера является источником радиоактивного загрязнения, как помещения, так и вентиляционного воздуха. Кроме того, контейнер перемещают в дальнейшем для установки его основной крышки, при этом в процессе перемещения он закрыт металлическим кольцом, что создает радиоактивную опасность для обслуживающего персонала на время его перемещения, а также удлиняет время обслуживания из-за необходимости установки крышки контейнера. Установка патрубков для подачи как ЖРО, так и цементирующих компонентов, расположенных на технологической крышке в отдаленном расстоянии от ее центра, приводит к неравномерному перемешиванию компаунда внутри контейнера, что приводит к необходимости удлинения времени перемешивания. Наличие множества механических и автоматических конструктивных элементов, предусматривающих подъем и опускание самого контейнера, а также усложняющих технологию цементирования, требует дополнительных материальных затрат и усложняет технологию отверждения.
Задачей заявленной полезной модели является разработка компактной и мобильной установки для отверждения жидких илов, позволяющей  получать равномерную кристаллическую структуру получаемой МКФ-керамики по объему заполняемого контейнера без внесения замедлителей реакции и возможности автоматического дистанционного управления процессом с более высокой скоростью заполнения контейнера.
Поставленная задача решается тем, что  установка для отверждения илов, содержит насосы, установленные в ряд на платформе, соединенные силиконовыми шлангами, в качестве перемешивающего устройства используют  смеситель длиной 50-60 см подвешенный на швеллере, представляющий собой  толстостенную фторопластовую трубу с внутренним диаметром 40-50 мм, в которую завинчены штуцеры под силиконовые шланги на расстоянии 5-10 см от нижнего конца трубы, в котором два штуцера ввинчены с двух боковых сторон и третий сверху под углом с направлением вперед и слегка вбок, установленный так, чтобы  нижний край был на 40-50 см выше бочки под углом 30-45 градусов к горизонтальной поверхности, на выходе из смесителя укрепляется кусок прозрачного тонкостенного силиконового шланга диаметром, равным внутреннему диаметру смесителя, который свободно свисает до уровня контейнера, персональный компьютер для управления насосами.
В основе установки используют три перистальтических насоса (Н1, Н2, Н3), с возможностью дистанционного управления (рисунок 1).  Насос имеет производительность от 0,001 л/мин до 18 л/мин, вес насоса ~20 кг. Оптимальный режим работы насоса порядка 10 л/мин. Перистальтические насосы по сравнению с другими насосами для перекачки суспензий (мембранные, шламовые, центробежные) наиболее точно дозируют объем и скорость перекачиваемой суспензии. Насосы могут управляться с помощью персонального компьютера, установленного за защитой в другом помещении (наблюдение за процессом ведется через видеокамеру, установленную сверху - в поле зрения вид на насосы, прозрачные шланги, смеситель и контейнер). Для насосов используют рабочие трубки диаметром 12,0 (0,003-8,3 л/мин) или 17,0 мм (0,005-12,0 л/мин), трубки специальные для перекачки шлама (частицы до 1-2 мм), устойчивые к щелочной среде и долговечные.
Смеситель (С1) устанавливается на легких конструкциях (может быть, на цепях или пружинах), колеблется при работе, выпускной шланг свободно болтается. Все это способствует тому, что готовая достаточно густая смесь выливается не в одну точку, а при тряске более широко распределяется по внутренней поверхности бочки (чтобы не было конуса). Скорость подачи готовой смеси в бочку будет составлять 10-20 л/мин, что позволит заполнять бочку непрерывной струей без пауз за 10-20 минут, при этом скорость подачи каждого из трех компонентов будет заведомо меньше 10 л/мин.
Для осуществления заявленного устройства готовят исходные суспензии в трех ёмкостях с конусообразным дном (две большие - под кислый фосфат калия и под ил (с крышкой, чтобы предотвратить разбрызгивание грязного ила), третья - меньшей емкости - под технический оксид магния). Исходные реагенты KH2PO4 и MgO подаются в смеситель (С1) в виде водных суспензий, где смешиваются между собой и с водной суспензией ила и такая готовая композиция вытекает в контейнер (К1), где происходит отверждение в МКФ-керамику. Размер емкостей соответствует количеству реагентов, необходимых для отверждения определенного количества бочек. Максимальные размеры емкости определяются только возможностью постоянного равномерного перемешивания суспензии в данном объеме. Далее проводят процесс перемешивания воздухом (воздух подается в кольцо из трубы, установленное в нижней части конуса).  В емкости сверху сбрасываются армированные вакуумные прозрачные силиконовые шланги. На концах засасывающих шлангов устанавливаются специальные сетчатые насадки (диаметр отверстий 1-2 мм) для того, чтобы в шланги не попадали крупные предметы или мусор, эти насадки служат также грузилом для затапливания шлангов до дна емкости. Другими концами шланги подсоединяются к насосам. Длина шлангов и перепад высот определяется характеристиками перистальтических насосов.
2
4
2
2
4
Для определения режима работы насосов необходимо экспериментальным путем определить объемы суспензий компонентов в требуемых концентрациях. Весовые соотношения компонентов для протекании реакции составляют KHPO : HO : MgO = 3:2:1, при смешении суспензий требуемое соотношение будет определяться объемами суспензий, которое будет отличаться от весового соотношения. Эти объемы нужно определить экспериментально, при этом необходимо также распределить всю воду, необходимую для реакции, между реагентами (KHPO и MgO) и илом, учитывая при этом воду, которая уже содержится в иле.
После приготовления суспензий оборудуется стол для размещения трех насосов (высота около 2 м), учитывая геометрические размеры насосов, поверхность стола должны быть минимально 50Ч150 см (площадка 50Ч50 под каждый насос), насосы устанавливаются в ряд так, чтобы выпускные патрубки были ориентированы вперед в сторону смесителя. Перпендикулярно к краю стола  прикрепляется балка (швеллер), выступающая за край стола на длину около метра для подвешивания смесителя, на смеситель по краям ставятся два хомута, с помощью которых смеситель подвешивается к балке с помощью двух металлических полос (прутков) разной длины: короткая - с тыловой стороны и длинная - со стороны выхода (слива). Длина полос выбирается так, чтобы обеспечить нужный угол наклона смесителя в сторону выхода (слива). Полосы крепятся к балке и к хомутам на смесителе через кольца (короткие пружины), чтобы смеситель мог при работе качаться во всех направлениях (но не переворачиваться и не вращаться в хомутах).
Выходящие из насосов шланги надежно соединяются прозрачными силиконовыми шлангами со штуцерами на смесителе, шланги висят свободно (но без перегибов), чтобы не ограничивать подвижность смесителя. Внутренний диаметр шлангов равен или на 1 мм больше диаметра рабочих трубок насоса. Движение пульпы в трубках можно наблюдать визуально.