УСТАНОВКА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области переработки и утилизации отходов радиохимической промышленности, в частности, к конструкции установок с зонным размещением оборудования, и может быть использована также для включения в цементную матрицу жидких токсичных отходов химического производства.
Известно устройство для цементирования жидких радиоактивных отходов [патент РФ №2132095, МПК G21F 9/13], содержащее расходные бункера для цемента и твердых добавок, дозаторы, пневматические струйные насосы и смесительный узел, образованный соединенными между собой емкостью с мешалкой, вихревым аппаратом, циркуляционной магистралью и сливным устройством.
Недостатком указанного устройства является конструктивная сложность смесительного узла, обуславливающая его низкую надежность в работе и трудоемкость в обслуживании, и взаимная компоновка узлов устройства, не обеспечивающая необходимой биологической защиты обслуживающего установку персонала при цементировании, например, отходов среднего уровня радиоактивности.
Известно также устройство для реализации способа цементирования жидких радиоактивных отходов [патент РФ №2218618, МПК G21F 9/16], содержащее установленный на тележке, снабженной подъемником, контейнер с мешалкой вращательного движения, механизм ее сцепления с электроприводом на период загрузки в контейнер цемента и жидких радиоактивных отходов и их смешивания, размещаемые в контейнере датчики нижнего и верхнего уровня. После окончания операции смешивания материалов датчики уровня и отсоединенную от электропривода мешалку оставляют в контейнере с компаундом.
Недостаток данного устройства - применение одноразовых мешалок и датчиков уровня, в результате чего снижается полезная вместимость контейнера для компаунда, увеличивается стоимость оборудования и, следовательно, возрастают эксплуатационные затраты.
Наиболее близким по технической сущности и назначению к заявляемому, устройству является установка цементирования жидких радиоактивных отходов [заявка на изобретение РФ №2005130276, МПК G21F 9/00]. Известная установка содержит контейнер для цементного компаунда, снабженную шлюзовым отсеком защитную камеру с расположенным в ней узлом приготовления цементного компаунда, включающим емкость для жидких радиоактивных отходов с устройством их подачи в контейнер и перемешивающее устройство, соединенное с приводом вращения и возвратно-поступательного перемещения. Снаружи защитной камеры размещен узел приготовления цементного теста, имеющий емкость для сухого цемента, емкость для воды и дополнительное перемешивающее устройство, соединенное с дополнительным приводом вращения и возвратно-поступательного перемещения.
При работе данной установки, в контейнер загружают требуемые порции сухого цемента и воды, производится их смешивание дополнительным перемешивающим устройством, после чего последнее извлекается из приготовленного цементного теста и заполненный цементным тестом контейнер транспортируется через шлюзовой отсек в защитную камеру, где в него вводятся и смешиваются с тестом, посредством основного перемешивающего устройства, жидкие радиоактивные отходы.
Недостатком указанной установки цементирования является наличие в ее составе узла, имеющего дополнительное перемешивающее устройство с приводом вращения, емкость для воды и предназначенного для приготовления в контейнере цементного теста, а также размещение этого узла за пределами защитной камеры. Это усложняет конструкцию установки и условия ее эксплуатации, поскольку приводит к необходимости
транспортирования заполненного тестом контейнера через шлюзовой отсек в защитную камеру, двукратно увеличивает число необходимых операций (и объем жидкости) периодической промывки двух перемешивающих устройств - основного и дополнительного, увеличивает объем и трудоемкость работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования, в том числе, расположенного внутри рабочей камеры основного перемешивающего устройства. Кроме того, наличие к контейнере предварительно приготовленного цементного теста ограничивает количество вводимых в него для смешивания жидких радиоактивных отходов, что приводит к снижению степени наполнения отходами получаемого компаунда и, следовательно, к снижению производительности установки.
Снижению производительности установки-прототипа способствует также увеличение общего времени цементирования отходов, являющееся следствием «двухстадийного» оформления процесса получения компаунда: сначала приготовления теста - смеси цемента с водой, и лишь затем компаунда - смеси теста с отходами.
Недостатком установки-прототипа является также отсутствие в ее конструкции устройств для равномерной дозированной подачи цемента в контейнер и для отмывки перемешивающих устройств от осадка, способствующих получению компаунда с заданными свойствами.
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка установки, направленной на улучшение условий труда обслуживающего персонала и повышение эффективности цементирования жидких радиоактивных отходов, в частности, обладающих, средним уровнем радиоактивности
Техническим результатом является увеличение производительности и качества получаемого компаунда.
Для решения поставленной задачи установка цементирования жидких радиоактивных отходов содержит контейнер для цементного компаунда, бункер для сухого цемента, снабженную шлюзовым отсеком защитную камеру, расположенный в защитной камере узел приготовления цементного
компаунда, включающий емкость для жидких радиоактивных отходов с устройством для их подачи и соединенное с приводом перемешивающее устройство, причем узел приготовления цементного компаунда снабжен расположенным в защитной камере сосудом для смешивания цемента с жидкими радиоактивными отходами, выполненным с возможностью его наклона и соединенным с приводом его наклона, сосуд оборудован трубопроводами, перемешивающее устройство выполнено пульсационным, соединенным с генератором пневматических импульсов и узлом промывки, а бункер для сухого цемента размещен в защитной камере над сосудом для смешивания цемента с жидкими радиоактивными отходами, соединен с приводом его вертикального перемещения и снабжен рыхлителем цемента и дозатором цемента, соединенным с приводом вращения дозатора, при этом привод наклона сосуда, привод вертикального перемещения бункера, привод вращения дозатора и генератор пневматических импульсов размещены снаружи защитной камеры, а в защитной камере выполнено окно для выгрузки компаунда из сосуда в контейнер, снабженное подвижной заслонкой и уплотняющей прокладкой, при этом контейнер установлен с возможностью герметичного соединения контейнера с окном защитной камеры на тележке, снабженной подъемником.
В частном варианте узел промывки выполнен в виде распылительных форсунок, встроенных в стенки сосуда для смешивания цемента с жидкими радиоактивными отходами.
В другом частном варианте дозатор цемента соединен с приводом вращения посредством вала, помещенного в защитную оболочку, а трубопроводы подачи промывной воды, жидких радиоактивных отходов и пневматических импульсов на участке, примыкающем к сосуду для смешивания цемента с жидкими радиоактивными отходами, выполнены гибкими.
В другом частном варианте рыхлитель цемента выполнен в виде вибровозбудителя и снабжен пластиной, закрепленной на стенке бункера.
На фигуре схематически в разрезе по, вертикальной плоскости представлена предлагаемая установка, реализованная для процесса цементирования (в периодическом режиме) жидких солесодержащих радиоактивных отходов среднего уровня радиоактивности.
Установка цементирования содержит шарнирно закрепленный на жестком основании сосуд 1 для приготовления цементного компаунда, соединенный с приводом его наклона 2; расположенный над сосудом бункер 3 для цемента, присоединенный к приводу его перемещения 4 вдоль вертикальной оси; емкость 5 для жидких радиоактивных отходов с устройством 6 их подачи в сосуд; контейнер 7 для цементного компаунда, тележку 8 с подъемником 9, защитную камеру 10, снабженную шлюзовым отсеком, окном 11 с заслонкой 12 и уплотняющей прокладкой 13. Сосуд, выполненный с прямоугольным (в поперечном сечении) корпусом и закругленным днищем, снабжен встроенным пульсационным перемешивающим устройством, крышкой, узлом промывки (на фигуре не показаны), трубопроводом подачи в него жидких радиоактивных отходов 14, трубопроводом подачи промывной воды 15 и трубопроводом подачи пневматических импульсов 16. Бункер оборудован: закрепленным на его наклонной стенке рыхлителем цемента 17, снабженным пластиной, закрепленной на стенке бункера, дозатором цемента 18, соединенным посредством вала 19 в защитной оболочке с приводом его вращения 20. Все приводы установки расположены снаружи защитной камеры.
Установка цементирования работает следующим образом.
Заполняют сухим цементом бункер 3 и жидкими радиоактивными отходами - емкость 5, включают рыхлитель цемента 17, и с помощью устройства 6 по трубопроводу 14 загружают в сосуд 1 требуемое количество жидких радиоактивных отходов. Включают генератор пневматических импульсов (на фигуре не показан), устанавливают выбранные для работы значения их частоты и давления, и по трубопроводу 16 передают импульсы перемешивающему устройству, под действием которых последнее создает в
сосуде пульсирующие турбулентные потоки заполняющих его жидких радиоактивных отходов. С помощью привода вращения 20 посредством вала 19 включают дозатор 18, устанавливают заданную скорость его вращения, и с его помощью постепенно вводят в сосуд 1 необходимое количество цемента; при этом работающий рыхлитель 17 препятствует сводообразованию и зависанию цемента в бункере 3, обеспечивая тем самым его равномерное поступление к дозатору 18. В сосуде цемент интенсивно смешивают с жидкими радиоактивными отходами перемешивающим устройством, образуя высококачественную гомогенную смесь (компаунд). По окончании смешивания рыхлитель 17, привод дозатора 20 и генератор пневматических импульсов выключают, и компаунд выгружают из смесителя в контейнер 7. Для этого контейнер, установленный на тележке 8, помещают в шлюзовой отсек защитной камеры 10 и с помощью подъемника 9 герметично, через прокладку 13, соединяют с окном 11. Сдвигая заслонку 12, открывают окно; с помощью привода 4 перемещают бункер цемента, устанавливая его в верхнее положение. Посредством привода 2 плавно наклоняют сосуд 1; при этом крышку сосуда открывают и компаунд перетекает в контейнер. На фигуре пунктирными линиями показаны положения бункера 3 и сосуда 1 при выгрузке компаунда. По окончании выгрузки, сосуд возвращают в вертикальное положение, задвигают заслонку 13. Контейнер с компаундом отстыковывают от окна и закрывают крышкой. Для удаления из сосуда 1 гарнисажного слоя, существенно ухудшающего гидродинамику перемешивания, стенки полости сосуда периодически промывают с помощью встроенных в него разбрызгивающих форсунок, воду на которые подают под напором по трубопроводу 15.
3
Проведенные испытания установки в процессе цементирования пульпы гидроксида железа - имитатора жидких радиоактивных отходов - показали, что длительность приготовления (одностадийного) порции компаунда объемом 0,2 м не превышала 12-15 минут, а степень наполнения компаунда по сухому остатку при этом достигала 5-7% при водо-вяжущем отношении
0,7-0,9. Полученный компаунд имел однородную структуру, его пластичность (растекаемость) в среднем составляла 130-135 мм, механическая прочность достигала 10,6 МПа, то есть значительно превышала нормативный предел (≥5,0 МПа).
Высокому качеству получаемого компаунда способствовала периодическая, после каждой операции приготовления компаунда, очистка от осадка внутренних поверхностей сосуда посредством форсунок. Объем воды, расходуемый на эту операцию, не превышал 8-10 литров.
При испытаниях управление работой установки на стадиях приготовления компаунда и очистки внутренних стенок смесителя осуществляли посредством системы КИП, расположенной за пределами защитной камеры. Объем работ, связанных с техническим обслуживанием установленного внутри камеры сосуда для приготовления компаунда существенно упрощался за счет отсутствия в его конструкции подвижных узлов.
Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволит, за счет интенсивного смешивания цемента с жидкими радиоактивными отходами и увеличения содержания последних в получаемой смеси, существенно повысить эффективность процесса и качество получаемого компаунда.
Зонное размещение оборудования, сокращение числа перемешивающих устройств и, соответственно, стадий приготовления компаунда, применение для этого специального сосуда с пульсационным перемешивающим устройством, не имеющим подвижных узлов, упрощает обслуживание установки, улучшает условия труда и безопасность обслуживающего персонала, особенно при иммобилизации отходов среднего уровня радиоактивности.