СИСТЕМА ПОДАЧИ РАСТВОРОВ В КОНТЕЙНЕР
SYSTEM FOR FEEDING SOLUTIONS INTO CONTAINER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение касается системы подачи раствора в контейнер.
2
В частности, изобретение касается подачи раствора в бочку, содержащую вредные отходы, в частности радиоактивные отходы, получаемые в результате операций упаковки материалов во время изготовления топлива МОХ (смешанные оксиды (U, Pu)O) и в результате операций дезактивации или разборки камеры с защитными перчатками.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В патентах FR 2605788 и US 5246287 описана установка для подачи раствора в бочку, содержащую радиоактивные отходы.
Установка содержит емкость, оборудованную мешалкой, внутрь которой подают воду и материалы, необходимые для приготовления жидкого раствора. Установка содержит насос, отбирающий раствор из емкости и удаляющий раствор в бочку через трубопроводы перемещения раствора, оборудованные трехходовым клапаном.
С клапаном сообщается трубопровод сжатого воздуха, а обратный трубопровод соединяет клапан с емкостью. Количество раствора, удаляемого насосом, контролируют при помощи динамометрических датчиков, которыми оборудована емкость, а избыток раствора направляют обратно в емкость по обратному трубопроводу. Сжатый воздух служит для облегчения нагнетания раствора в бочку.
Недостатком этого способа нагнетания раствора является то, что сжатый воздух, используемый для нагнетания, загрязняется, и его в дальнейшем необходимо подвергнуть дезактивации.
Кроме того, этот способ, если он предназначен для нагнетания заранее определенного количества в бочку, содержащую отходы, объем которых необходимо знать с точностью, не применим для случая, когда объем отходов, содержащихся в бочке, практически неизвестен.
Другим недостатком этого способа является то, что после завершения заполнения бочки он не позволяет с достаточной степенью надежности избежать утечки загрязненного воздуха или раствора в направлении трехходового клапана и всей установки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является разработка устройства и способа нагнетания раствора в содержащий отходы контейнер, обеспечивающий точное заполнение контейнера при отсутствии информации о точном объеме отходов, а также динамическую изоляцию.
Еще одной задачей изобретения является разработка устройства и способа нагнетания раствора в содержащий отходы контейнер, позволяющих минимизировать количество применяемых продуктов (в частности, воздуха и раствора), подверженных загрязнению и, следовательно, не требующих их последующей дезактивации.
Еще одной задачей изобретения является разработка устройства и способа нагнетания раствора в содержащий отходы контейнер, позволяющих с достаточной степенью надежности избежать утечки загрязненных продуктов (в частности, воздуха и раствора) в направлении устройства.
Еще одной задачей изобретения является разработка устройства и способа нагнетания раствора в содержащий отходы контейнер, облегчающих опорожнение и очистку трубопроводов подачи раствора.
Еще одной задачей изобретения является разработка устройства и способа нагнетания раствора в содержащий отходы контейнер, обеспечивающих точное заполнение контейнера, оставляя в нем свободное апикальное пространство по существу нулевого объема.
Еще одной задачей изобретения является разработка усовершенствованных устройства и способа нагнетания раствора в содержащий отходы контейнер, позволяющих, по меньшей мере, частично устранить недостатки известных устройств и способов нагнетания раствора.
Объектом изобретения является способ нагнетания раствора в контейнер с отходами, который содержит следующие операции:
- первый поток раствора подвергают принудительной непрерывной циркуляции в контуре циркуляции;
- в контуре циркуляции в ходе непрерывной циркуляции отбирают второй поток раствора, менее интенсивный, чем первый поток раствора; и
- второй поток раствора подают в контейнер, содержащий отходы.
Таким образом, отбирая только часть потока раствора, циркулирующего в контуре, избегают риска попадания воздуха в нагнетаемый раствор.
Объектом настоящего изобретения является также устройство нагнетания раствора в содержащий отходы контейнер, при этом устройство содержит:
- контур циркуляции раствора, содержащий емкость (такую как бункер) для хранения раствора, насос для перемещения раствора, соединенный с емкостью хранения, исходный трубопровод для перемещения раствора, выходящего из насоса, и обратный трубопровод для перемещения раствора в емкость хранения; и
- нагнетательный трубопровод, продолжающий исходный трубопровод.
Согласно отличительному признаку устройства нагнетания раствора в соответствии с настоящим изобретением контур циркуляции содержит орган отбора, соединяющий исходный трубопровод, обратный трубопровод и нагнетательный трубопровод, при этом отсечку нагнетательного трубопровода от контура осуществляют при помощи одноходового вентиля; этот отсечный вентиль располагают на входе нагнетательного трубопровода, при этом отсутствие вентиля, кроме возможного регулятора расхода раствора, на исходном и обратном трубопроводах контура позволяет обеспечить непрерывную циркуляцию раствора, при этом орган отбора обеспечивает отбор части потока раствора, циркулирующего в контуре, и его подачу в нагнетательный трубопровод.
Предпочтительно, чтобы орган отбора был выполнен в виде фитинга или Y-образного соединения, содержащего три участка трубопровода: первый участок трубопровода и второй участок трубопровода соединены соответственно с исходным трубопроводом и с обратным трубопроводом; а третий участок трубопровода расположен (сопрягается) тангенциально к первому участку трубопровода и соединен с нагнетательным трубопроводом. Для этого, по меньшей мере, один из участков трубопровода выполняют изогнутым.
Предпочтительно также, чтобы сечение первого участка трубопровода являлось по существу таким же, как и сечение второго участка трубопровода, а сечение третьего участка трубопровода было меньше сечения первого и второго участков трубопровода.
Иными словами и согласно другому варианту изобретения предлагается способ нагнетания раствора в содержащий отходы контейнер, который содержит следующие операции:
- раствор заставляют циркулировать под давлением в контуре циркуляции;
- в точке отбора контура циркуляции отбирают раствор под давлением, достаточным, чтобы компенсировать потерю напора, связанную с перемещением (отбираемого) раствора по нагнетательному трубопроводу, соединяющему точку отбора с контейнером; и
- в контейнер, содержащий отходы, подают раствор, отбираемый в контуре, таким образом, чтобы избегать введения в нагнетательный трубопровод и в содержащий отходы контейнер какой-либо среды-носителя (твердой, жидкой, газообразной или другой).
Для этого в устройстве в соответствии с настоящим изобретением значения длины и диаметра обратного трубопровода и нагнетательного трубопровода, а также проходные диаметры органов, таких как вентили, установленных на этих трубопроводах, выбирают таким образом, чтобы потеря напора в нагнетательном трубопроводе с поправкой на размерные колебания между входом и выходом нагнетательного трубопровода была близкой или меньшей потери напора в обратном трубопроводе с поправкой на размерные колебания между входом и выходом обратного трубопровода.
Кроме того, с этой же целью вентиль или вентили, которыми оборудован нагнетательный трубопровод, выбирают таким образом, чтобы получать понижение потери расхода; предпочтительно его(их) выбирают среди «прямоточных» вентилей, в частности среди муфтовых вентилей и шаровых вентилей.
Предпочтительно, чтобы высотная отметка входного отверстия нагнетательного трубопровода находилась выше высотной отметки выходного отверстия этого трубопровода, что способствует гравитационному прохождению раствора в этом трубопроводе.
Иначе говоря и согласно еще одному аспекту изобретения, предлагается способ нагнетания раствора в содержащий отходы контейнер, содержащий первое отверстие и второе отверстие, при этом первый резервуар, неподвижно соединенный с контейнером, сообщается с контейнером через первое отверстие, второй резервуар, неподвижно соединенный с контейнером, сообщается с контейнером через второе отверстие, при этом способ содержит следующие операции:
- раствор отбирают в контуре циркуляции раствора;
- раствор, отбираемый в контуре циркуляции раствора, подают в контейнер;
- раствор, отобранный в контуре циркуляции раствора, подвергают вибрации в контейнере;
- отслеживают появление раствора во втором резервуаре и при обнаружении этого появления прекращают отбор раствора в контуре циркуляции.
Таким образом, в контейнер с отходами можно подавать количество раствора, строго необходимое для его заполнения, при этом нет необходимости знать заранее это количество.
Для этого в устройстве в соответствии с настоящим изобретением высотные отметки первого и второго резервуаров предпочтительно являются близкими (по существу идентичными); значения емкости этих резервуаров соответственно тоже могут быть по существу идентичными.
Предпочтительно, чтобы устройство в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержало датчик, контролирующий появление раствора во втором резервуаре, такой как радиолокационный датчик.
Предпочтительно также, чтобы каждый из резервуаров имел форму, расширяющуюся вверх, в частности усеченную конусную форму, расширяющуюся вверх, чтобы облегчить их последующее опорожнение.
Предпочтительно, чтобы после прекращения отбора раствора в контуре раствор, содержащийся в нагнетательном трубопроводе, соединяющем контур циркуляции раствора с первым резервуаром (и с контейнером), удалялся в первый резервуар для последующей очистки нагнетательного трубопровода в ожидании заполнения другого контейнера с отходами.
Для этого в устройстве в соответствии с настоящим изобретением сумма значений емкости или полезного объема первого и второго резервуаров предпочтительно, по меньшей мере, равна емкости или объему нагнетательного трубопровода.
Предпочтительно также удалять раствор, содержащийся в нагнетательном трубопроводе, путем подачи сжатого воздуха в нагнетательный трубопровод, затем, после соединения нагнетательного трубопровода с промывочным баком, в этот трубопровод подавать промывочную жидкость, такую как вода, захватывающую и удаляющую остатки раствора, которые могут накапливаться на стенках нагнетательного трубопровода.
Предпочтительно также, чтобы второй резервуар был подсоединен к контуру извлечения и фильтрации воздуха и производился из этого второго резервуара отбор загрязненного воздуха, вытесняемого из контейнера в ходе подачи в него раствора.
Для этого устройство в соответствии с настоящим изобретением может содержать приемник для сбора промывочной жидкости, коллектор, имеющий форму, соответствующую форме второго резервуара, для сбора газообразных эфлюентов (в основном воздуха), выходящих из этого резервуара, а также трубопровод, соединенный с коллектором, для направления эфлюентов в контур дезактивации газообразных эфлюентов.
После сушки раствора, сопровождающейся его усадкой, можно отсоединить два резервуара и содержащиеся в них «прибыльные части» раствора от контейнера с отходами, затем закрыть оба отверстия контейнера пробками.
Другие аспекты, отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания предпочтительных вариантов его осуществления, представленных в качестве неограничительных примеров, со ссылками на прилагаемые фигуры.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Фиг.1 изображает схему устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 2-4 изображают три варианта выполнения органа отбора устройства в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для большей наглядности термины «емкость» и «бункер» используются для обозначения контейнера, предназначенного для запаса раствора, достаточного для заполнения пространства, остающегося свободным после загрузки отходов в контейнер для отходов.
С этой же целью термины «резервуар» и «конус» используются в настоящей заявке для обозначения контейнера, предназначенного для излишков раствора, подаваемого в контейнер с отходами.
С этой же целью термины «приемник» и «емкость» используются в настоящей заявке для обозначения контейнера, предназначенного для эфлюентов, получаемых в результате очистки системы нагнетания раствора.
Следовательно, термин «контейнер» в настоящей заявке зарезервирован для обозначения контейнера, содержащего отходы, если только он не сопровождается другим уточнением.
Показанная на фиг.1 система нагнетания раствора предназначена для обеспечения цементирования отходов, содержащихся в контейнере 87.
Устройство нагнетания раствора содержит:
- контур ВА циркуляции раствора, содержащий емкость ТМ12 для хранения раствора, объемный насос Р11 для перемещения раствора, соединенный с емкостью хранения, исходный трубопровод CD для перемещения раствора, выходящего из насоса, и обратный трубопровод CR для перемещения раствора в емкость хранения; и
- нагнетательный трубопровод CI, продолжающий исходный трубопровод.
Контур циркуляции содержит орган ОР отбора, соединяющий исходный трубопровод, обратный трубопровод и нагнетательный трубопровод.
Отсечку нагнетательного трубопровода от контура осуществляют при помощи однопроходного вентиля V1, установленного на входе нагнетательного трубопровода.
Раствор, предназначенный для нагнетания в контейнер, готовят и затем временно хранят в бункере ТМ12 перед его подачей через систему трубопроводов в камеру BAG с защитными перчатками, в которой находится контейнер 87.
Устройство содержит нагнетательный трубопровод CI, оборудованный системой из трех вентилей V1, V2, V3, предназначенной для нагнетания и для промывки трубопровода. Вентили V1, V2, V3 являются «прямоточными» муфтовыми или шаровыми вентилями.
Нагнетательный трубопровод заканчивается нагнетательной насадкой CAI, расположенной в камере с защитными перчатками и установленной на механизме MD перемещения нагнетательной насадки, которым управляет оператор.
Для заполнения контейнера 87 нагнетательную насадку CAI вводят в первый резервуар R1, называемый «конусом заполнения» и закрепленный на верхней стенке 88 контейнера 87, в которой выполнено первое отверстие 89, предназначенное для заполнения.
Обнаружение заполнения контейнера раствором осуществляют при помощи второго резервуара R2, называемого «вентиляционным конусом», который тоже закреплен на верхней стенке 88 контейнера, содержащей второе отверстие 90, которое служит для вентиляции и перелива.
Первый и второй резервуары R1, R2 неподвижно соединены с контейнером напротив отверстий 89, 90, выполненных в его стенке 88, при этом высотные отметки первого и второго резервуаров являются близкими.
Во время заливки раствора контейнер 87 подвергают действию вибрации.
Раствор состоит из смеси песка, цемента и воды, к которым добавляют одну или несколько добавок, в частности разжижитель.
3
Раствор может иметь плотность около 2,25 кг/дм, текучесть, измеренную на конусе MARSH, около 200-500 сантипуаз, и срок использования до схватывания не более трех часов.
Раствор готовят в мешалке (не показана), затем выгружают в буферный бункер ТМ12, полезный объем которого является достаточным для обеспечения заполнения контейнера 7, содержащего немного отходов.
Установка нагнетания раствора содержит три части:
- контур ВА питания между бункером ТМ12 и органом ОР отбора раствора в контуре,
- нагнетательный трубопровод CI между органом ОР отбора раствора и защитной камерой BAG с перчатками, и
- устройство DAE подачи воздуха и воды в нагнетательный трубопровод.
Установка нагнетания раствора позволяет обеспечивать следующие функции:
- циркуляцию раствора в контуре ВА и в трубопроводе CI до защитной камеры BAG цементирования, где установлен предназначенный для заполнения контейнер 87;
- возможность опорожнения и промывки за счет простого ограничения количества собираемых отходов;
- возможность ограничения перелива раствора в защитную камеру с перчатками;
- обеспечение соблюдения требований безопасности, связанных с опасным характером отходов.
Предъявляются следующие требования безопасности:
- обеспечение изоляции между сводом контейнера 87 и окружающей атмосферой помещения обработки, в котором находится устройство,
- обеспечения изоляции между окружающей атмосферой защитной камеры BAG цементирования и окружающей атмосферой помещения обработки,
- обеспечения изоляции от наружного пространства,
- сбор подозрительных отходов в условиях изоляции, чтобы избежать их распространения в помещении обработки.
Для этого следует учитывать соответствующие высотные отметки точки ОР отбора раствора в контуре и вершины 88 контейнера, а также диаметр и длину трубопровода нагнетания раствора, чтобы уравновесить напор раствора и линейные потери напора и обеспечить прохождение раствора на выходе нагнетательного трубопровода при по существу нулевом давлении без опорожнения этого трубопровода, при желаемом расходе нагнетания. Так, например, средний диаметр нагнетательного трубопровода можно определить в зависимости от этих высотных отметок, длины и расхода.
Выбор большего диаметра может привести к опорожнению трубопровода CI за счет силы тяжести с установлением сообщения между защитной камерой и трубопроводом за пределами изолированной зоны, а также к увеличению объема загрязненного раствора (во время опорожнения и промывки нагнетательного трубопровода).
Выбор меньшего диаметра увеличит риски закупоривания трубопровода CI и потребует повышения давления раствора для обеспечения его прохождения.
Предпочтительно для нагнетательного трубопровода выбирают диаметр, адаптированный к текучести и вязкости продукта и к наклону между точкой отбора и верхним уровнем контейнера.
Создание давления и циркуляцию раствора обеспечивают при помощи перистальтического насоса Р11 контура ВА, а его перемещение до контейнера обеспечивают при помощи нагнетательного трубопровода CI, который соединяют с контуром ВА через орган ОР.
При условии постоянной циркуляции раствора в контуре питания (и, следовательно, расхода циркуляции в контуре, превышающего расход нагнетания) это позволяет получить заполненный контур при умеренном давлении на уровне точки ОР подключения нагнетательного трубопровода; это позволяет также ограничить объем загрязняемого/подозрительного раствора объемом нагнетательного трубопровода, при этом раствор, присутствующий в контуре питания, является обычным (не вызывающим подозрения) отходом.
Расход раствора, циркулирующего в обратном трубопроводе контура ВА, может, например, составлять порядка 10% от расхода раствора, обеспечиваемого насосом Р11, при этом 90% расхода, обеспечиваемого насосом, отбирается в контуре и нагнетается в контейнер.
Давление раствора в органе отбора можно, например, отрегулировать в значении примерно от 0,5 бар до 1 бар.
Высотная отметка входного отверстия нагнетательного трубопровода, то есть органа ОР, находится выше высотной отметки выходного отверстия этого трубопровода, то есть насадки CAI, что способствует гравитационному прохождению раствора в этом трубопроводе.
Предпочтительно нагнетательный трубопровод расположен с наклоном вниз таким образом, чтобы избежать наличия нижней точки, в которой может задерживаться раствор или вода для промывки или увлажнения.
Изоляцию между контуром питания и устройством промывки, с одной стороны, и нагнетательным трубопроводом, с другой стороны, обеспечивают при помощи механизированного отсечного вентиля V2; изоляцию контура питания обеспечивают при помощи двух механизированных отсечных вентилей V1 и V2.
Вентили могут быть муфтовыми и обладать абразивной стойкостью (прямое прохождение при открытом вентиле, запирание при действии давления на диафрагму) и работать от пневматического привода.
Участки трубопроводов можно выполнять из нержавеющей стали; можно также предусмотреть гибкие участки трубопровода для соединения соответственно перистальтического насоса и обратного трубопровода с буферным бункером ТМ12, а также для соединения в защитной камере нагнетательной насадки с нагнетательным трубопроводом, чтобы обеспечивать перемещение этой насадки и избегать передачи вибраций от контейнера 87 на защитную камеру с перчатками.
3
Два конуса R1, R2 устанавливают на отверстия 89, 90 заполнения и вентиляции контейнера 87. Объем каждого из этих конусов, по меньшей мере, равен половине объема нагнетательного трубопровода; объем этого трубопровода между вентилем V1 и выходным отверстием насадки CAI может составлять примерно от одного до нескольких дм.
Нагнетательную насадку устанавливают на консоль MD, позволяющую перемещать насадку поступательным движением вдоль осей х и z, а также вращением вокруг оси z.
Конец насадки содержит систему, обеспечивающую герметичность, когда насадка опирается на конус R1.
Вентиляционный конус R2 оборудуют радиолокационным датчиком DRA для обнаружения присутствия раствора в конусе. Этот конус соединен коллектором СО и гибким трубопроводом CS с системой удаления воздуха из защитной камеры BAG цементирования, чтобы избежать загрязнения внутреннего пространства защитной камеры воздухом, прошедшим через контейнер 87.
Команду на прекращение нагнетания раствора подают при обнаружении радиолокационным датчиком присутствия раствора в вентиляционном конусе; при этом контур питания отключают от нагнетательного трубопровода путем перекрывания вентиля V1.
После этого производят опорожнение контура питания путем вытеснения раствора сжатым воздухом, поступающим из источника S20. Раствор, содержащийся в контуре питания, направляют в бункер ТМ12.
После этого гибкое соединение LS1 обратного трубопровода контура питания соединяют с баком сбора промывочных вод, а выход растворного насоса Р11 подключают к сети промышленной воды. После этого в контур ВА подают воду, поступающую из источника S21, и через входной шлюз SI вводят шаровую губку, которую толкает сжатый воздух для очистки контура.
Устройство ОР отвода в нагнетательный трубопровод, с которым соединен вентиль V1, обеспечивает промывку части на «входе» этого вентиля, если рассматривать направление циркуляции раствора.
Остаток раствора в нагнетательном трубопроводе (между вентилем V1 и нагнетательной насадкой) удаляют в конус R1 подачи раствора и в контейнер 87 за счет выталкивающего действия сжатого воздуха, поступающего из источника S22 сжатого воздуха устройства DAE, или при помощи шаровой губки, после поднятия насадки для осуществления вентиляции конусов.
Объем этого «удаленного» раствора распределяется между конусом R1 заполнения и вентиляционным конусом R2.
После этого нагнетательную насадку перемещают и позиционируют при помощи механизма MD на третьем конусе R3, соединенном с емкостью S14, находящейся в защитной камере BAG с перчатками и позволяющей собирать воду после промывки нагнетательного участка. Опорожнение производят при помощи водослива, выполненного с применением баллона R13 с диафрагмой, в котором создается давление воздуха при помощи источника S22 и который заполняют водой из источника S23.
После каждой промывки нагнетательного трубопровода емкость S14 опорожняют через трубопровод, оборудованный вентилем V24 и проходящий в бак для подозрительных эфлюентов.
В частности, как показано на фиг.2-4, орган ОР отбора выполнен в виде фитинга или Y-образного соединения, содержащего три участка трубопровода: первый участок ОР1 трубопровода и второй участок ОР2 трубопровода соединены соответственно с исходным трубопроводом CD и с обратным трубопроводом CR; третий участок ОР3 расположен (сопрягается) по касательной к первому участку трубопровода и соединен с нагнетательным трубопроводом CI.
В варианте выполнения, показанном на фиг.2, третий участок ОР3 трубопровода расположен вдоль оси ОР5, совпадающей с осью первого участка ОР1, при этом второй участок ОР2 выполнен изогнутым.
В варианте выполнения, показанном на фиг.3, второй участок ОР2 трубопровода проходит вдоль оси ОР4, совпадающей с осью первого участка ОР1, при этом третий участок ОР3 выполнен изогнутым.
В варианте выполнения, показанном на фиг.4, второй участок ОР2 трубопровода и третий участок ОР3 трубопровода выполнены изогнутыми.
В вариантах выполнения, показанных на фиг.2-4, три участка ОР1, ОР2 и ОР3 органа ОР имеют по существу идентичное сечение (и/или диаметр).
Согласно непоказанному варианту выполнения сечение первого участка трубопровода может быть по существу таким же, как и сечение второго участка трубопровода, при этом сечение третьего участка трубопровода меньше сечения первого и второго участков трубопровода.
Вентиль V3 служит для отсечки участка с защитной камерой во время операций обслуживания или замены трубопроводов между вентилями V1 и V3.