УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области переработки жидких радиоактивных отходов, а именно, к способам концентрирования жидких радиоактивных отходов (ЖРО), например, полученных в процессе выделения молибдена-99 (Мо-99) методом выпаривания.
Известна полезная модель RU 60256, G21F 9/08, публ. 10.01.2007 «Установка для переработки жидких радиоактивных отходов», которая включает емкость окислителя, емкость осадителя, узел предварительной обработки ЖРО, промежуточную емкость, концентратор, состоящий из выпарного аппарата, конденсатор, охладитель, дозирующий насос, ионоселективный фильтр, емкость концентрата, испаритель и блок кондиционирования. Узел предварительной обработки ЖРО состоит из емкости ЖРО, циркуляционного насоса, регулирующего вентиля, смесителя, блока окисления, отсечного вентиля и мембранного фильтра. Емкость окислителя соединена со смесителем, а емкость осадителя соединена с емкостью ЖРО. Емкость ЖРО, циркуляционный насос, регулирующий вентиль, смеситель и блок окисления объединены в замкнутый контур. ЖРО подают в емкость ЖРО, после ее заполнения с помощью циркуляционного насоса осуществляют циркуляцию ЖРО по замкнутому контуру. Смешанную с окислителем водную фазу ЖРО из мембранного фильтра подают в промежуточную емкость, где ее сначала анализируют на суммарную активность, а затем подают в концентратор. Механическую и коллоидную фазы ЖРО выводят из мембранного фильтра с помощью подаваемого в него сжатого воздуха и подают на отверждение. В концентраторе ЖРО концентрируют (выпаривают), после чего полученный концентрат последовательно проходит через охладитель, дозирующий насос, ионоселективный фильтр, емкость концентрата, испаритель и блок кондиционирования солей. Паровая фаза из концентратора поступает в конденсатор, откуда образовавшийся конденсат направляют на сброс, так как он, благодаря вышеуказанной предварительной обработке ЖРО, не требует дополнительной очистки от радионуклидов на соответствие требованиям действующих норм радиационной безопасности. Недостатками данной установки являются:
- сложность установки обусловленная наличием гидромашин (циркуляционного насоса, дозирующий насоса), которые, в том числе, снижают ресурс установки;
- применение окислителей и их обработка ультразвуком и ультрафиолетом увеличивает трудоемкость процесса выпаривания.
Известна полезная модель «Установка переработки жидких радиоактивных отходов» №130127, G21F 9/00, публ.10.07.2013, которая состоит из микроволновой установки, камеры радиационной защиты, контейнера, устройства для подачи радиоактивных отходов, устройства для забора радиоактивных отходов, устройства для контроля радиоактивности и фильтрации пара, транспортерной ленты. При помощи транспортерной ленты контейнер с радиоактивными отходами подается в микроволновую камеру, где происходит выпаривание жидкости и перевод радиоактивных отходов в твердую форму. Установка также содержит устройство для отвода пара, в котором происходит его радиационный контроль, а в случае необходимости и фильтрация. Все компоненты установки находятся в камере радиационной защиты. Далее происходит забор радиоактивных отходов из установки и выход пара.
Недостатками установки являются:
- невозможность использования металлических емкостей ЖРО из-за проведения процесса выпаривания в микроволновой камере;
- возможность перегрева ЖРО и сложность контроля процесса выпаривания, снижающие безопасность при работе с установкой.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является установка для переработки жидких радиоактивных отходов (RU 2594568, G21F 9/08, публ. 20.08.2016), содержащая выпарную емкость, соединенную с емкостью с ЖРО, конденсатор, сборник конденсата, нагреватель и средства соединения. В качестве выпарной емкости используется цилиндрический роторно-пленочный испаритель с рубашкой и со штуцерами ввода ЖРО, отвода концентрата и вторичного пара, ротор с закрепленными по всей его длине лопатками. Установка содержит узел нейтрализации ЖРО, соединенный со сборной емкостью, парогенератор, линию слива конденсата первичного пара, сепаратор и конденсатор. Штуцер отвода концентрата и вторичного пара расположен в нижней части испарителя. С целью начального сброса воздуха при запуске установки линия слива конденсата первичного пара снабжена воздухосборником с пристеночным контактным термометром для контроля наличия воздуха в линии подачи первичного пара. В качестве нагревателя используется электрический парогенератор. Из сборной емкости ЖРО подают в узел отделения твердой фазы и направляют в роторно-пленочный испаритель (РПИ). В РПИ раствор размазывается лопатками по его внутренней поверхности и стекает вниз в виде тонкой пленки. По мере продвижения пленки жидкости вниз она прогревается и выпаривается. Образующиеся концентрат и вторичный пар движутся в РПИ сверху вниз и через штуцер отвода концентрата и вторичного пара поступают в сепаратор для отделения вторичного пара от концентрата. Обогрев рубашки РПИ осуществляют первичным водяным паром, образующимся в электрическом парогенераторе, который заполнен конденсатом (или дистиллированной водой). Первичный водяной пар из парогенератора подают в верхнюю часть рубашки РПИ, где, конденсируясь, он отдает тепло поверхности теплообмена. Конденсат стекает в нижнюю часть рубашки РПИ и далее самотеком возвращается в парогенератор. Недостатками известной установки являются:
- невысокая производительность из-за низкой скорости выпаривания, так как используется роторно-пленочный испаритель;
- процесс выпарки может быть осложнен из-за образования нерастворимых осадков на стенках роторно-пленочного испарителя, что также отрицательно влияет на производительность установки;
- сложность установки.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение производительности установки с сохранением радиационной безопасности при переработке ЖРО методом выпаривания.
При использовании заявляемой установки достигается следующий технический результат:
- повышается производительность установки за счет снижения трудоемкости проведения процесса переработки ЖРО при одновременном обеспечении радиационной безопасности.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявляется установка для переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), содержащая выпарную емкость, соединенную с емкостью с ЖРО, конденсатор, сборник конденсата, нагреватель и средства соединения, в которой, согласно полезной модели, выпарная емкость расположена под приемной емкостью и соединена с ней через крышку и дозатор, а также соединена через крышку с конденсатором, при этом выпарная емкость установлена с возможностью ее замены в нагревателе, расположенном на устройстве перемещения, сборник конденсата снабжен двумя патрубками, один - для соединения с вакуумной системой, другой - для пробоотборника.
Соединение сборника конденсата с вакуумной системой позволяет снизить температуру выпаривания в установке для переработки ЖРО, что позволяет увеличить производительность процесса выпаривания, повысить радиационную безопасность, а установка выпарной емкости непосредственно на нагревателе ускоряет процесс выпаривания ЖРО, что также положительно сказывается на производительности установки. Дозатор позволяет регулировать поступление ЖРО из емкости с ЖРО в выпарную емкость, что способствует эффективности прохождения процесса переработки ЖРО, так как выпаривание происходит небольшими порциями, что позволяет осуществлять контроль за процессом. Следует отметить, что объем сборника конденсата соизмерим с объемом емкости с ЖРО, и при переработке всего объема ЖРО, находящегося в емкости с ЖРО, конденсат поступает в сборник конденсата, а кубовый остаток остается в выпарной емкости. Крышка выпарной емкости стационарно закреплена на несущей раме, и замена выпарной емкости осуществляется с помощью манипулятора после отсоединения ее от крышки механизмом перемещения. Использование механизма перемещения и манипулятора для проведения данной операции исключает контакт персонала с радиоактивными отходами, что способствует повышению радиационной безопасности переработки ЖРО на данной установке. Выпарная емкость подлежит утилизации, что исключает необходимость в ее последующей дезактивации. Положительным фактором для радиационной безопасности является и возможность контроля степени радиоактивности конденсата в сборнике конденсата с помощью пробоотборника, по которой определяют его дальнейшую утилизацию. Расположение выпарной емкости под емкостью с ЖРО, а также конденсатора над сборником конденсата позволяет проводить процесс выпаривания без использования насосов, что увеличивает надежность установки и способствует обеспечению радиационной безопасности.
Схема заявляемой установки для переработки жидких радиоактивных отходов представлена на фиг. 1, где:
1. емкость с ЖРО;
2. выпарная емкость;
3. крышка выпарной емкости;
4. нагреватель;
5. механизм перемещения;
6. конденсатор;
7. сборник конденсата;
8. дозатор;
9. трубопроводы;
10. рама;
11. патрубок для соединения с вакуумной линией;
12. патрубок для подсоединения пробоотборника;
13. камера радиационной защиты;
14. манипулятор.
Установка для переработки жидких радиоактивных отходов располагается в камере радиационной защиты 13, оборудованной манипулятором 14. Она содержит емкость с ЖРО 1, дозатор 8, выпарную емкость 2 с крышкой 3, нагреватель 4, конденсатор 6, сборник конденсата 7 и средства соединения (трубопроводы) 9. Выпарная емкость 2 расположена под емкостью с ЖРО 1 и соединена с ней и конденсатором 6 через крышку 3. Крышка 3 выпарной емкости 2 стационарно закреплена на несущей раме 10. Выпарная емкость 2 установлена в нагревателе 4, расположенном на механизме перемещения 5. Сборник конденсата 7 снабжен двумя патрубками 11 и 12, 11 - для соединения с вакуумной линей, 12 - для пробоотборника.
Установка работает следующим образом.
Выпарная емкость 2 с помощью манипулятора 14 устанавливается в нагреватель 4, который расположен на механизме перемещения 5. С помощью механизма перемещения 5 происходит стыковка-расстыковка выпарной емкости 2 с крышкой 3, стационарно закрепленной на несущей раме 10. Через патрубок 11 установка подключается к вакуумной линии с целью создания разряжения внутри установки. Из емкости с ЖРО 1 через дозатор 8 в выпарную емкость 2 поступает порция исходного раствора ЖРО. Включается нагреватель 4 и производится выпаривание поступившей порции раствора ЖРО. Газовая фаза ЖРО по трубопроводу 9 направляется в конденсатор 6, а конденсат поступает в сборник конденсата 7. В процессе выпаривания через контур охлаждения конденсатора 6 циркулирует охлаждающая жидкость. После переработки первой порции ЖРО через дозатор 8 в выпарную емкость 2 поступает следующая порция ЖРО. Процесс повторяется до опорожнения емкости с ЖРО 1. При этом сборник конденсата 7 полностью заполняется, т.к. его объем соизмерим с объемом емкости с ЖРО 1. Далее производится забор пробы конденсата через патрубок пробоотбора 12. После получения данных анализа по радиоактивности принимается решение о его утилизации (слив в промышленную канализацию, дополнительная очистка и т.п.). С помощью манипулятора 14 и механизма перемещения 5 происходит расстыковка выпарной емкости 2 с крышкой 3, замена выпарной емкости 2 и ее утилизация.
Основные узлы установки для переработки ЖРО (емкость с ЖРО, выпарная емкость, сборник конденсата, конденсатор) изготавливаются из стали AISI 304.
Заявляемая установка достаточно проста в изготовлении и обслуживании. Важным фактором при ее использовании является радиационная безопасность и достаточно высокая производительность процесса переработки ЖРО.