УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ИОНООБМЕННЫХ СМОЛ
DEVICE FOR CONDITIONING RADIOACTIVE ION EXCHANGE RESINS

Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов, в частности радиоактивных ионообменных смол (ИОС), и предназначено для их кондиционирования методом включения в полимерные композиции на основе эпоксидной смолы.
Известен способ полимерного отверждения для радиоактивных отходов (KR 101154875 (В1)), в котором описывается устройство полимерного отверждения радиоактивных отходов, включающее резервуары для ИОС и полимерных материалов, смесительный резервуар для смешения РАО с полимерным связующим с перемешивающей лопаткой, смеситель и барабан для конечного продукта. В смесительный резервуар подают ИОС и полимерное связующее с помощью насоса-дозатора и перемешивают с помощью лопастной мешалки. После перемешивания готовый компаунд через второй смесительный резервуар дозируют в барабаны для получения конечного отвержденного продукта.
Недостатками известного способа являются:
- низкое качество конечного продукта в связи с несоблюдением соотношения ИОС и полимерного связующего из-за отсутствия дозирующего оборудования для ИОС, обеспечивающего точное соотношение компонентов. Ввиду отсутствия оборудования для обезвоживания ИОС избыточная влага попадает в готовый компаунд, что также приводит к ухудшению качества конечного продукта;
- повышенная сложность конструкции из-за наличия нескольких резервуаров для получения смеси ИОС с полимерным связующим.
Известно устройство для переработки ионообменных смол (JP №57 010 400 (В4)), которое содержит резервуар для радиоактивных отходов, отжимную центрифугу и контейнер для отверждения отработанных смол, основание которого установлено на подъемном механизме с гидроприводом. После обезвоживания в центрифуге отработанные ионообменные смолы подаются в контейнер. Полимерное связующее подается в контейнер через смеситель компонентов полимерного связующего, оборудованный мешалкой.
Недостатками известного устройства являются:
- низкое качество конечного продукта, связанное с несоблюдением соотношения ИОС и полимерного связующего из-за недостаточной точности дозировки ИОС, проводимой по времени работы центрифуги, и отсутствия оборудования, позволяющего проводить дозировку по весу или по объему. Низкое качество конечного продукта связано также с условиями пропитки ИОС, при которых полимерное связующее поступает на поверхность ИОС в контейнере, так как выходное отверстие патрубка для ввода полимерного связующего расположено в верхней крышке контейнера;
- повышенная сложность конструкции, связанная с наличием смесителя с мешалкой для полимерного связующего, подъемного механизма с гидроприводом и привода для вращения центрифуги.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для отверждения радиоактивных отходов (US 5 416 251 (A62D 3/00)), содержащее контейнер для отверждения ИОС с датчиком контроля заполнения, емкость пульпы ИОС, снабженную трубопроводом загрузки пульпы ИОС, трубопроводом подачи воды и трубопроводом транспортировки пульпы ИОС, емкость для замещающего раствора, содержащую трубопровод для ее заполнения и трубопровод для подачи замещающего раствора в контейнер для отверждения ИОС, емкость с мешалкой для полимерного связующего, содержащую трубопровод для подачи полимерного связующего в емкость с мешалкой, трубопровод для транспортировки готового полимерного связующего в контейнер для отверждения ИОС с насосом для транспортировки готового полимерного связующего в контейнер для отверждения ИОС, патрубок с гибким рукавом для введения полимерного связующего в контейнер для отверждения ИОС. Контейнер для отверждения ИОС имеет верхний патрубок отвода остаточной жидкости с верхней части контейнера, соединенный с трубопроводом и насосом для удаления жидкости, заглубленный патрубок отвода остаточной жидкости из придонной дренажной полости, образованной дренажным матом, соединенный с трубопроводом и насосом для удаления жидкости из нижней части контейнера.
Недостатками устройства являются:
- пониженное качество конечного продукта, связанное с отсутствием оборудования для точного дозирования радиоактивной ИОС, в результате чего невозможно соблюдение соотношения ИОС и полимерного связующего, и отсутствием оборудования для равномерного распределения ИОС при заполнении контейнера для отверждения ИОС, в результате чего в контейнере образуются пустоты. Пониженное качество конечного продукта связано также с наличием в составе устройства патрубка с гибким рукавом для введения полимерного связующего в центральную часть контейнера для отверждения ИОС, что не позволяет обеспечить равномерное распределение полимерного связующего по всей площади контейнера, в результате чего в объеме кондиционируемой ИОС образуются локальные зоны, не пропитанные полимерным связующим;
- пониженная надежность и безопасность работы устройства, связанная с отсутствием оборудования для управляемой транспортировки радиоактивной ИОС в контейнер для отверждения ИОС и образованием застойных зон в трубопроводе транспортировки пульпы ИОС; образованием пробок в трубопроводе для транспортировки готового полимерного связующего и патрубке с гибким рукавом для введения готового полимерного связующего в контейнер для отверждения ИОС из-за увеличения вязкости готового полимерного связующего при его приготовлении и транспортировке, что приводит к необходимости дополнительного технического обслуживания с демонтажем и заменой элементов устройства;
- увеличение количества вторичных радиоактивных отходов, связанное с необходимостью регулярной подачи дополнительного количества воды в емкость пульпы ИОС для обеспечения возможности подачи пульпы радиоактивной ИОС в контейнер для отверждения ИОС, а также связанное с использованием замещающего раствора для вытеснения избыточной воды из радиоактивной ИОС, подаваемого из емкости для замещающего раствора.
Технический результат, достигаемый предлагаемым устройством, заключается в повышении качества конечного продукта, увеличении надежности и безопасности работы устройства, уменьшении количества вторичных радиоактивных отходов.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагается устройство для отверждения радиоактивных ионообменных смол, состоящее из емкости пульпы ИОС, снабженной трубопроводом загрузки пульпы ИОС и трубопроводом транспортировки пульпы ИОС; насоса-дозатора; аппарата обезвоживания и дозировки, снабженного трубопроводом возврата пульпы ИОС, переливной трубой пульпы ИОС с запорной арматурой и патрубком выгрузки пульпы ИОС с запорной арматурой; системы рециркуляции, состоящей из трубопровода отвода остаточной жидкости, насоса, емкости рециркуляции, трубопровода подачи рециркуляционной жидкости с запорной арматурой в аппарат обезвоживания и дозировки, трубопровода подачи рециркуляционной жидкости в емкость пульпы ИОС с запорной арматурой, виброплощадки, контейнера для отверждения ИОС, снабженного датчиком контроля заполнения, патрубком заполнения и распределения пульпы ИОС, верхней сеткой, образующей верхнюю дренажную полость под крышкой контейнера, нижней сеткой, образующей придонную дренажную полость, верхним патрубком отвода остаточной жидкости из верхней дренажной полости в систему рециркуляции, заглубленным патрубком отвода остаточной жидкости из придонной дренажной полости в систему рециркуляции, трубным смесителем полимерного связующего, снабженным патрубком для подачи полимерной смолы, патрубком для подачи отвердителя и перфорированной насадкой для увеличения гомогенности и подачи готового полимерного связующего.
Отличительными признаками предлагаемого устройства является то, что:
- трубопровод транспортировки пульпы ИОС снабжен насосом-дозатором;
- в состав предлагаемого устройства входит аппарат обезвоживания и дозировки, снабженный трубопроводом возврата пульпы ИОС, переливной трубой пульпы ИОС с запорной арматурой, патрубком выгрузки пульпы ИОС с запорной арматурой;
- устройство имеет систему рециркуляции, состоящую из трубопровода отвода остаточной жидкости, насоса, емкости рециркуляции, трубопровода подачи рециркуляционной жидкости, снабженного запорной арматурой, в аппарат обезвоживания и дозировки, трубопровода подачи рециркуляционной жидкости в емкость пульпы ИОС, снабженного запорной арматурой;
- контейнер для отверждения ИОС снабжен верхней сеткой, образующей верхнюю дренажную полость, нижней сеткой, образующей придонную дренажную полость, патрубком заполнения и распределения пульпы ИОС, трубным смесителем полимерного связующего с патрубком для подачи полимерной смолы, патрубком для подачи отвердителя и перфорированной насадкой;
- в состав предлагаемого устройства входит виброплощадка, на которой установлен контейнер для отверждения ИОС.
Трубопровод транспортировки пульпы ИОС, снабженный насосом-дозатором, увеличивает надежность и безопасность работы устройства, позволяя осуществить управляемую транспортировку пульпы ИОС, исключающую образование застойных зон в трубопроводе транспортировки пульпы ИОС.
Аппарат обезвоживания и дозировки повышает качество конечного продукта за счет точного порционного дозирования ИОС, позволяющего соблюсти нужное соотношение между ИОС и полимерным связующим. Точное порционное дозирование ИОС достигается тем, что трубопровод возврата пульпы ИОС обеспечивает максимальное заполнение аппарата обезвоживания и дозировки и отвод излишнего количества пульпы ИОС обратно в емкость пульпы ИОС, а переливная труба пульпы ИОС с запорной арматурой и патрубок выгрузки пульпы ИОС с запорной арматурой позволяют отделить избыточную отстоявшуюся жидкость и избыток пульпы ИОС после выдержки пульпы ИОС в аппарате обезвоживания и дозировки и сформировать порцию пульпы ИОС для выгрузки в контейнер для отверждения ИОС.
Система рециркуляции уменьшает количество вторичных радиоактивных отходов за счет повторного использования остаточной жидкости. Трубопровод отвода остаточной жидкости и насос трубопровода отвода остаточной жидкости обеспечивают обезвоживание ИОС в контейнере для отверждения ИОС и подачу остаточной жидкости в емкость рециркуляции для ее сбора, трубопровод подачи рециркуляционной жидкости в емкость пульпы ИОС с запорной арматурой и трубопровод подачи рециркуляционной жидкости в аппарат обезвоживания и дозировки с запорной арматурой обеспечивают повторное использование и рециркуляцию собранной остаточной жидкости.
Верхняя сетка, образующая верхнюю дренажную полость, нижняя сетка, образующая придонную дренажную полость, патрубок заполнения и распределения пульпы ИОС, обеспечивающий подачу пульпы ИОС в центральную часть контейнера для отверждения ИОС, трубный смеситель полимерного связующего с перфорированной насадкой для увеличения гомогенности и подачи готового полимерного связующего, расположенной под нижней сеткой, позволяют повысить качество конечного продукта за счет обеспечения эффективного отделения остаточной жидкости из пульпы ИОС и равномерного распределения полимерного связующего при его прохождении снизу вверх через нижнюю и верхнюю сетки при пропитке ИОС.
Кроме того, трубный смеситель полимерного связующего с патрубком для подачи полимерной смолы и патрубком для подачи отвердителя увеличивает надежность и безопасность работы устройства за счет осуществления раздельной подачи полимерной смолы и отвердителя, что исключает преждевременную инициацию процесса отверждения полимерного связующего, увеличение его вязкости и образование пробок в элементах устройства.
Наличие виброплощадки, на которой установлен контейнер для отверждения ИОС, повышает качество конечного продукта за счет обеспечения равномерного распределения ИОС в контейнере для отверждения ИОС, ее эффективного обезвоживания и равномерной пропитки полимерным связующим путем вибрационного воздействия на ИОС.
На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства для отверждения радиоактивных ионообменных смол.
Устройство состоит из трубопровода загрузки пульпы ИОС 1, емкости пульпы ИОС 2, трубопровода транспортировки пульпы ИОС 3 с насосом-дозатором 4, аппарата обезвоживания и дозировки 5 с трубопроводом возврата пульпы ИОС 6, переливной трубой пульпы ИОС 7 с запорной арматурой 8 и патрубком выгрузки пульпы ИОС 9 с запорной арматурой 10, контейнера для отверждения ИОС 11 с датчиком контроля заполнения 12, патрубком заполнения и распределения пульпы ИОС 13, трубным смесителем полимерного связующего 14, снабженным патрубком для подачи полимерной смолы 15, патрубком для подачи отвердителя 16 и перфорированной насадкой 17. Контейнер снабжен нижней сеткой 18, образующей придонную дренажную полость 19, верхней сеткой 20, образующей верхнюю дренажную полость 21, заглубленным патрубком отвода остаточной жидкости 22 для удаления остаточной жидкости из придонной дренажной полости 19 и верхним патрубком отвода остаточной жидкости 23 для удаления остаточной жидкости из верхней дренажной полости 21. Также устройство снабжено виброплощадкой 24, трубопроводом отвода остаточной жидкости 25, насосом 26, емкостью рециркуляции 27, трубопроводом подачи рециркуляционной жидкости 28 с запорной арматурой 29, трубопроводом возврата рециркуляционной жидкости 30 с запорной арматурой 31.
Устройство работает следующим образом.
Через трубопровод загрузки пульпы ИОС 1 радиоактивная пульпа ИОС загружается в емкость пульпы ИОС 2. Из емкости пульпы ИОС 2 по трубопроводу транспортировки пульпы ИОС 3 с помощью насоса-дозатора 4 радиоактивная пульпа ИОС направляется в аппарат обезвоживания и дозировки 5. Аппарат обезвоживания и дозировки 5 полностью заполняется пульпой ИОС, излишнее количество которой отводится по трубопроводу возврата пульпы ИОС 6 в емкость пульпы ИОС 2. В аппарате обезвоживания и дозировки 5 производится выдержка пульпы и отвод избыточной отстоявшейся жидкости и избытка пульпы ИОС в емкость пульпы ИОС 2 через переливную трубу пульпы ИОС 7 при открытом положении запорной арматуры 8. Включается виброплощадка 24. Через патрубок выгрузки пульпы ИОС 9 при открытом положении запорной арматуры 10 и патрубок заполнения и распределения пульпы ИОС 13 производится выгрузка ИОС в контейнер для отверждения ИОС 11 в пространство между нижней сеткой 18 и верхней сеткой 20. С помощью насоса 26 производится обезвоживание ИОС в контейнере для отверждения ИОС 11 путем удаления жидкости из придонной дренажной полости 19 через заглубленный патрубок отвода остаточной жидкости 22 и из верхней дренажной полости 21 через верхний патрубок отвода остаточной жидкости 23. Через трубопровод отвода остаточной жидкости 25 остаточная жидкость подается в емкость рециркуляции 27. Используя трубопровод подачи рециркуляционной жидкости 28 при открытом положении запорной арматуры 29, производится смыв остатков ИОС из аппарата обезвоживания и дозировки 5 в контейнер для отверждения ИОС 11. Таким образом в контейнер для отверждения ИОС 11 подается точно отмеренный объем ИОС, равный рабочему объему контейнера для отверждения ИОС 11. При закрытом положении запорной арматуры 10 насосом 26 проводится вакуумирование ИОС в контейнере для отверждения ИОС 11. Затем в трубный смеситель полимерного связующего 14 подаются полимерная смола через патрубок для подачи полимерной смолы 15 и отвердитель через патрубок для подачи отвердителя 16. Получаемое после прохождения через трубный смеситель полимерное связующее через перфорированную насадку 17 для выхода готового полимерного связующего поступает в придонную дренажную полость 19. По мере поступления полимерного связующего происходит заполнение придонной дренажной полости, равномерная пропитка им ИОС по направлению снизу вверх и заполнение верхней дренажной полости. Заполнение контейнера для отверждения ИОС 11 полимерным связующим контролируется с помощью датчика контроля заполнения 12. После заполнения контейнера для отверждения ИОС 11 полимерным связующим виброплощадка 24 выключается, патрубок заполнения и распределения пульпы ИОС 13, патрубок для подачи полимерной смолы 15, патрубок для подачи отвердителя 16, заглубленный патрубок отвода остаточной жидкости 22 и верхний патрубок отвода остаточной жидкости 23 герметизируются с помощью завинчивающихся пробок. Контейнер для отверждения ИОС 11 направляется в зону выдержки для отверждения полимерного связующего, а затем в хранилище РАО. Для повторного использования и регулирования влагосодержания и жидкотекучести пульпы ИОС, а также обеспечения возможности ее транспортировки рециркуляционная жидкость из емкости рециркуляции 27 подается в емкость пульпы ИОС 2 по трубопроводу возврата рециркуляционной жидкости 30 при открытом положении запорной арматуры 31.