Устройство для очистки растворов от радионуклидов

Полезная модель относится к устройствам для сорбционной очистки жидких радиоактивных растворов от радионуклидов. Заявляемая полезная модель может быть использована для переработки низко- и среднеактивных жидких радиоактивных отходов на различных объектах атомной промышленности, в том числе на атомных электростанциях; при переработке растворов, образующихся при дезактивации зданий, сооружений, оборудования, транспорта и т.д; при переработке природной воды, загрязненной радионуклидами.
Известно устройство, представляющее собой сорбционный блок для очистки жидких радиоактивных отходов, содержащий внешний защитный контейнер и внутреннюю сменную цилиндрическую обечайку с загруженным сорбентом, снабженную подводящими и отводящими патрубками, разъемными уплотнительными узлами, верхним и нижним распределительным устройствами и верхним захватным устройством для смены обечайки (см. патент US на изобретение №4280906 «Filter for separating solid contaminants from a fluid, especially solid contaminants in a reactor cooling water used in nuclear reactor plants», 3 МПК B01D 29/23, B01D 35/153, приоритет от 21.11.1979 г., опубликовано 28.07.1981 г.).
Известно устройство, представляющее собой сорбционный блок для очистки жидких радиоактивных отходов, содержащий внешний защитный контейнер, снабженный верхней съемной крышкой, и расположенную в нем в подвешенном состоянии внутреннюю сменную цилиндрическую обечайку, загруженную сорбентом, подводящие и отводящие патрубки, разъемные уплотнительные узлы, верхнее и нижнее распределительные устройства и верхнее захватное устройство для смены обечайки, подводящие и отводящие патрубки присоединены к контейнеру на одном уровне и сменная обечайка снабжена центральной трубой для ввода, вывода раствора и подводящими и отводящими патрубками для присоединения к соответствующим патрубкам контейнера с помощью разъемного уплотнительного узла, имеющего прокладки, и для расположения обечайки в подвешенном состоянии (см. патент РФ №2101072 «Сорбционный блок для очистки жидких радиоактивных отходов», 6 МПК B01D 27/02, B01D 35/32, B01D 15/00, B01J 47/02, G21F 9/12, приоритет от 27.03.1997 г., опубликовано 10.01.1998 г.).
Недостатком известных устройств является необходимость захоронения сорбента вместе со сменной обечайкой, что не только увеличивает объем образующихся твердых радиоактивных отходов, но и требуют трудоемкого технического обслуживания для компактного их захоронения.
Наиболее близким к заявляемой модели является устройство, которое содержит фильтрующие камеры, расположенные коаксиально относительно друг друга и соединенные между собой перфорированным ложным днищем, и средства для пропускания растворов через камеры, причем внутренняя камера устройства заполнена сорбентом, селективно извлекающим радионуклиды цезия, а внешняя камера заполнена сорбентом, селективно извлекающим радионуклиды стронция (см. патент РФ №2118856 «Способ и устройство для очистки растворов от радионуклидов стронция и цезия», 6 МПК G21F 9/12, приоритет от 06.05.1997 г., опубликовано 10.09.1998 г.).
Недостатком известного устройства для очистки растворов от радионуклидов стронция и цезия является соединение фильтрующих камер между собой перфорированным ложным днищем, расположенным в труднодоступном месте устройства, что усложняет техническое обслуживание устройства при чистке, которая необходима при перезагрузке сорбента, и приводит к дополнительному облучению персонала. Отсутствует возможность замены ложного дна при забивании или повреждении при чистке.
Кроме того, расположение входного патрубка для подачи очищаемого раствора во внутреннюю камеру и патрубка для отвода очищаемого раствора в нижней части устройства также усложняет его техническое обслуживание и повышает риск возникновения производственных травм, поскольку подсоединение шлангов и трубопроводов к патрубкам, находящимся в нижней части установки ограничивает доступ к ним обслуживающего персонала и усложняет работу с установкой.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении простоты и безопасности технического обслуживания устройства для очистки растворов от радионуклидов при сохранении высокой эффективности очистки растворов от радионуклидов.
Заявляемый технический результат, достигается тем, что в заявляемом устройстве для очистки растворов от радионуклидов, включающем коаксиально расположенные относительно друг друга фильтрующие камеры, крышку, дно, патрубки подачи в устройство раствора и отвода из устройства очищенного раствора, при этом внутренняя фильтрующая камера заполнена сорбентом, селективно извлекающим гамма-излучающие радионуклиды, а внешняя фильтрующая камера заполнена сорбентом, селективно извлекающим радионуклиды, не имеющие гамма-излучения, согласно полезной модели верхней частью внутренняя фильтрующая камера прикреплена к крышке устройства, а нижняя ее часть имеет отверстия для выхода очищенного от гамма-излучающих радионуклидов раствора, причем внутренняя фильтрующая камера выполнена без дна и опирается на дно устройства, которое выполнено съемным, а патрубки подачи в устройство раствора и отвода из устройства очищенного раствора расположены на крышке устройства.
При этом верхней частью внутренняя фильтрующая камера прикреплена к крышке устройства неразъемным соединением.
Кроме того, патрубки подачи в устройство раствора и отвода из устройства очищенного раствора дополнительно снабжены фильтрэлементами.
Также крышка и дно устройства дополнительно снабжены полосами с отверстиями для захвата подъемными механизмами.
Выполнение верхней части внутренней фильтрующей камеры прикрепленной к крышке устройства неразъемным соединением позволяет гарантировать невозможность смешения неочищенного и очищенного растворов в верхней части устройства, что снижает уровень гамма-излучения на поверхности работающего устройства для очистки растворов от радионуклидов, а, следовательно, повышает простоту и безопасность его технического обслуживания, а также гарантирует высокое качество очистки раствора.
Выполнение нижней части внутренней фильтрующей камеры с отверстиями, без дна и опирающейся на дно устройства, а также выполнение дна устройства съемным позволяет упростить и обезопасить техническое обслуживание и дозиметрический контроль поверхности устройства, связанные не только с заменой сорбентов, но и с чисткой конструктивных элементов заявляемого устройства, проводимой при замене сорбентов.
Размещение патрубков подачи в устройство раствора и отвода из устройства очищенного раствора на крышке устройства для очистки растворов от радионуклидов также упрощают его техническое обслуживание и повышает безопасность за счет снижения риска возникновения производственных травм, поскольку подсоединение шлангов и трубопроводов к патрубкам, находящимся на крышке устройства не ограничивает доступ к ним обслуживающего персонала, упрощает работу с установкой в целом и проведение регулярного дозиметрического контроля мощности дозы излучения на поверхности установки.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждают примеры конкретного выполнения устройства для очистки растворов от радионуклидов.
На фиг. 1 представлено устройство в разобранном виде.
На фиг. 2 представлен общий вид устройства для очистки растворов от радионуклидов с местными разрезами.
Устройство для очистки растворов от радионуклидов включает коаксиально расположенные относительно друг друга фильтрующие камеры, крышку 1, дно 2, патрубок подачи 3 в устройство раствора и патрубок отвода 4 из устройства очищенного раствора, при этом внутренняя фильтрующая камера 5 заполнена сорбентом 6, селективно извлекающим гамма-излучающие радионуклиды, а внешняя фильтрующая камера 7 заполнена сорбентом 8, селективно извлекающим радионуклиды, не имеющие гамма-излучения. При этом верхней частью внутренняя фильтрующая камера 5 прикреплена к крышке 1 устройства неразъемным соединением, а нижняя ее часть имеет отверстия 9 для выхода очищенного от гамма-излучающих радионуклидов раствора, причем внутренняя фильтрующая камера 5 выполнена без дна и опирается на дно 2 устройства, которое выполнено съемным, а патрубок подачи 3 в устройство раствора и патрубок отвода 4 из устройства очищенного раствора расположены на крышке 1 устройства.
Верхней частью внутренняя фильтрующая камера 5 прикреплена к крышке 1 устройства неразъемным соединением, в частности сварочным соединением.
Патрубок подачи 3 в устройство раствора и патрубок отвода 4 из устройства очищенного раствора могут быть дополнительно снабжены фильтрэлементами (на чертеже не показаны).
Крышка 1 и дно 2 устройства могут быть дополнительно снабжены полосами 10 с отверстиями 11 для захвата подъемными механизмами.
Устройство для очистки растворов от радионуклидов работает следующим образом.
Раствор, содержащий радионуклиды, поступает через патрубок подачи 3, расположенный на крышке 1 устройства во внутреннюю фильтрующую камеру 5 устройства, установленную на дно 2 устройства, и, заполненную селективным к гамма-излучающим радионуклидам сорбентом 6. После прохождения внутренней фильтрующей камеры 5 раствор через отверстия 9 перемещается во внешнюю фильтрующую камеру 7, заполненную сорбентом 8, селективным к радионуклидам, не имеющим гамма-излучения. После прохождения внешней фильтрующей камеры 7 очищенный раствор через фильтрэлементы (на чертеже не показаны) патрубка отвода 4 направляют в емкость-сборник (на чертеже не показан) для контроля качества очистки. Для удобства перемещения устройства для очистки растворов от радионуклидов на крышке 1 и дне приваривают полосы 10 с отверстиями для захватов 11.
Замена сорбентов производится в соответствии с требуемыми нормами радиационной безопасности. После выработки ресурса сорбентов прекращают подачу исходного раствора и отсоединяют трубопроводы от патрубка подачи 3 в устройство раствора и патрубка отвода 4 из устройства очищенного раствора. Далее подъемным механизмом устройство для очистки растворов от радионуклидов за отверстия 11, выполненные в полосе 10 дна 2, переворачивают, снимают дно 2, затем выгружают сорбенты с помощью пневмотранспорта (спецпылесосом) или гидротранспорта (потоком воды), при необходимости производят чистку или замену конструктивных элементов устройства. При этом полоса на крышке дополнительно служит защитой патрубков при установке устройства на крышку. После чего загружают соответствующие сорбенты во внутреннюю фильтрующую камеру 5 и внешнюю фильтрующую камеру 7, устанавливают дно 2 на место, закрепляют его с помощью болтовых соединений, переворачивают устройство в рабочее положение, присоединяют трубопроводы патрубку подачи 3 в устройство раствора и патрубку отвода 4 из устройства очищенного раствора.
Производительность установки определяется кинетическими характеристиками используемых сорбентов, составом очищаемых растворов и размерами камер в которых находятся сорбенты.
Пример 1.
6
5
5
Состав очищаемого раствора: цезий-137 - 3⋅10 Бк/л; кобальт-60 - 2⋅10 Бк/л; стронций-90 - 6⋅10 Бк/л.
Раствор, объемом 10000 литров, пропустили через устройство, во внутренней фильтрующей камере которого находилось 10 литров сорбента на основе ферроцианида железа, а во внешней фильтрующей камере, расположенной коаксиально ко внутренней, находилось 20 литров сорбента на основе двуокиси марганца. Содержание радионуклидов в растворе, после очистки менее 10 Бк/л. Мощность дозы гамма-излучения на поверхности заявляемого устройства не превышала фоновых значений помещения, где она находилась. Для сравнения: мощность дозы гамма-излучения у входного патрубка однокорпускного обычного фильтра такого же размера, содержащего смесь этих же сорбентов превышала фоновые значения в 50 раз.
Пример 2.
6
Состав очищаемого раствора: цезий-137 - 2⋅10 Бк/л; уран - 3,4 мг/л, содержание солей 120 г/л нитрата натрия.
Раствор, объемом 10000 литров, пропустили через устройство, во внутренней фильтрующей камере которого находилось 10 литров сорбента на основе ферроцианида никеля, а во внешней фильтрующей камере, расположенной коаксиально ко внутренней, находилось 20 литров сорбента на основе гидроксида циркония. Содержание радионуклидов цезия в растворе после очистки менее 10 Бк/л, содержание урана менее 0,01 мг/л. Мощность дозы гамма-излучения на поверхности заявляемого устройства не превышала фоновых значений помещения, где она находилась. Для сравнения: мощность дозы гамма-излучения у входного патрубка однокорпускного обычного фильтра такого же размера, содержащего смесь этих же сорбентов превышала фоновые значения в 50 раз.
Заявляемая полезная модель обеспечивает упрощение и безопасность технического обслуживания устройства для очистки растворов от радионуклидов при сохранении высокой эффективности очистки растворов от радионуклидов.