УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОФИЛЬТРАЦИОННОГО ОСВЕТЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ КИСЛОТНОГО РАСТВОРЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к области технологического оборудования и может быть использована для микрофильтрационного осветления концентрированных продуктов кислотного растворения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ).
Переработка растворов после растворения ОЯТ до допустимых кондиций по содержанию твердой фазы осложняется присутствием трудноотделяемых (неседиментируемых) высокодисперсных взвесей, имеющих размерность частиц в нанометрическом диапазоне, и связана, по сути, с отделением крупно-коллоидных частиц. Очистка от твердой фазы получаемых суспензий позволяет использовать на экстракционном переделе производительное центробежное оборудование, уменьшить число экстракционных циклов, упростить аффинажные операции, увеличить срок эксплуатации оборотного экстрагента.
Оборудование, используемое для осуществления процессов фильтрации в условиях радиохимического производства в ходе переработки ОЯТ, должно соответствовать требованиям дистанционного обслуживания, технологической и ремонтной пригодности, ядерной и радиационной безопасности. Эксперименты и опыт работы по отделению высокодисперсных взвесей показали, что одним из эффективных способов осветления растворов является микрофильтрационное отделение с использованием сменных фильтров-картриджей, позволяющих получить требуемую степень очистки от частиц 50-400 нм, дистанционно производить замену микрофильтрационной перегородки, сократить объем образующихся ТРО за счет получения компактной формы отделенных осадков, надежно обеспечить ядерно-безопасную геометрию.
Известна конструкция фильтровальной воронки [Патент SU 965507, B01L 3/00, B01D 23/28, опубл. 15.10.1982], предназначенная для выделения мелких частиц на пористый фильтрующий материал под вакуумом, имеющая целью дать возможность использовать в фильтровальной воронке сменных фильтрующих материалов различной толщины и упрощение их замены. Недостатками указанной конструкции являются: ненадежность уплотнения фильтрующего материала, достигающаяся использованием магнитной пары; низкая коррозионная устойчивость магнитных элементов в агрессивных средах; наличие кнопочных элементов с пружинной фиксацией, непригодных к обслуживанию манипулятором; невозможность накопления и количественного отделения осадка при фильтрации концентрированных суспензий; вероятность потери твердой фазы при замене фильтрующей перегородки.
Известна конструкция нутч-фильтра [Патент SU 793602, B01D 29/04, опубл. 07.01.1981]. Существенное повышение производительности устройства достигается увеличением площади фильтрации при использовании всей поверхности корпуса фильтра (включая боковые стенки). Конструкция указанного нутч-фильтра имеет следующие недостатки: стационарное расположение фильтрующей перегородки; отсутствие возможности регенерации и замены фильтрующего элемента; отсутствие возможности количественного отделения осадка; наличие зон накопления твердой фазы, в которых в виду неполного удаления происходит уплотнение осадка; невозможность использования в дистанционно обслуживаемых защитных камерах в условиях ионизирующего излучения.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленной конструкции является погружной фильтр [WO 2013191780 A2, опубл. 27.12.2013] (прототип). К недостаткам указанной конструкции относятся: сложность извлечения или невозможность замены фильтрующего элемента; сложность монтажа фильтра в дистанционно-обслуживаемой зоне; невозможность полного удаления фильтрата при демонтаже использованного (отработанного) фильтра; невозможность количественного сбора осадка для последующей переработки.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства универсального применения, функционирующего в условиях радиохимического производства, предназначенного для микрофильтрационного отделения суспензий, образующихся в процессе кислотного растворения ОЯТ, позволяющего производить периодическую регенерацию или замену фильтрующей перегородки.
Техническим результатом заявленной полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства в дистанционно обслуживаемой зоне, обеспечивающее микрофильтрацию суспензий; изолирование реакционной среды суспензии в процессе (микро)фильтрации; отсутствие проскока твердой фазы благодаря использованию фильтрующей системы из двух перегородок (одна из которых является заменяемым элементом, представляющим собой нетканый материал); возможность частой замены перегородки; возможность количественного отделения осадка; использование для (микро)фильтрации, как разряжения, так и избыточного давления; ядерную безопасность в ходе эксплуатации, а также простоту разборки и возможность дистанционной замены отдельных элементов.
Для достижения указанного технического результата конструкция устройства для микрофильтрационного осветления продуктов кислотного растворения отработавшего ядерного топлива, содержащее цилиндрический корпус с двумя фильтрующими перегородками, содержит обжимное кольцо, в донной части которого жестко закреплена фильтрующая перегородка, в обжимном кольце размещается сменная фильтрующая перегородка из нетканого материала, в которую устанавливается корпус.
Ядерная безопасность обеспечивается геометрией устройства, а именно соблюдением критического диаметра устройства при работе с делящимися материалами. Дистанционное обслуживание устройства осуществляется копирующими или силовыми манипуляторами, определяя при этом его пригодность к эксплуатации в условиях повышенного ионизирующего излучения в условиях горячих камер и каньонов и исключая при этом возможность облучения персонала и загрязнения производственных помещений.
Корпус устройства изготовлен из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, обладающей коррозионной стойкостью в азотнокислых средах.
2
2
В частном случае в качестве сменной фильтрующей перегородки используется гибкая листовая микрофильтрационная фторопластовая мембрана МФФК-1Г с размером пор 150 нм либо МФФК-0Г с размером 50 нм пор толщиной 100 мкм на нетканой лавсановой или пропиленовой подложке. В качестве жесткозакрепленной перегородки используется гибкая металлокерамическая мембрана TRUMEM с размером пор 150 нм толщиной 300-800 мкм. Перепад давления на перегородке создается либо при помощи разряжения в приемнике фильтрата в диапазоне 0,28-0,96 кгс/см, либо при помощи давления в корпусе фильтра в диапазоне 0,5-2,5 кгс/см путем подачи сжатого воздуха.
В частном случае устройство представляет собой часть аппарата приемника фильтрата продукта кислотного растворения ОЯТ.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг. 1 - общий вид устройства;
На фиг. 2 - общий вид закрепленного устройства на аппарате-приемнике фильтрата (“U”-образной формы) продукта кислотного растворения ОЯТ в дистанционно-обслуживаемой зоне;
На фиг. 3 - схема разборки отдельных модулей устройства в дистанционно-обслуживаемой зоне с помощью манипулятора.
Устройство состоит из основных частей, обеспечивающих функциональные возможности устройства при осуществлении процесса микрофильтрационного осветления продуктов кислотного вскрытия ОЯТ: корпус (1), обжимное кольцо (2), прокладка (3), гибкая сменная фильтрующая перегородка типа фторопластовой микрофильтрационной мембраны МФФК-1Г (4), жесткозакрепленная фильтрующая перегородка типа металлокерамической мембраны TRUMEM (5) с уплотнительными кольцами (6) и (7). Каждая из частей устройства является отдельным конструкционным элементом, может извлекаться и заменяться в процессе работы.
Устройство для микрофильтрационного осветления продуктов кислотного растворения ОЯТ устанавливается манипулятором в верхнюю верхней часть вертикального патрубка аппарата-приемника фильтрата продукта кислотного растворения ОЯТ “U”-образной формы в дистанционно-обслуживаемой зоне. Конструкционные элементы крепления и узлы герметизации позволяют дистанционно производить монтаж/демонтаж устройства, замену отдельных его узлов, технологические операции по замене фильтрующей мембраны и извлечению отделенной на мембране твердой фазы из продукта кислотного растворения ОЯТ.
Сборка устройства производится в следующей последовательности: в обжимное кольцо (2) с приваренной в донной части между кольцами (6) и (7) жесткозакрепленной фильтрующей перегородкой (5), содержащее прокладку (3), помещается заранее отформованная из листового материала сменная фильтрующая перегородка (4) в которую «в натяг» вставляется корпус (1). Собранная конструкция устанавливается на фланцевое соединение (10) аппарата-приемника фильтрата. Герметичность устройства достигается сжатием уплотнительных колец из радиационно-стойкой резины (8) и (9) во фланцевых соединениях (10) и (11), стягиваемых струбцинными упорами (12) посредством вращения редукторных групп (13). Вращательное движение от редукторной группы передается через шарнирное соединение карданного типа (14) на ось (16), которая с помощью резьбового соединения сопряжена со струбцинным упором. Поочередное вращение редукторных групп узла герметизации обеспечивает фиксацию конструкционных элементов в вертикальной плоскости. Шарнирное соединение оси с валом редукторной группы, позволяет устанавливать и отсоединять струбцинные упоры от фланца, обеспечивая максимальную подвижность узла. Форма и расположение струбцинного упора позволяет равномерно распределять усилие по всей площади фланца. Использование паза во фланце (11) обеспечивает фиксацию струбцинного упора в заданном положении при стягивании. Вращение редукторных групп может производиться с помощью манипулятора (с использованием маховиков (17)), так и с помощью внешнего привода, соединенного с редукторной группой гибким валом.
Процесс микрофильтрационного осветления продуктов кислотного растворения ОЯТ реализуется в предлагаемом аппарате следующим образом: продукт (суспензия) кислотного растворения ОЯТ через питающий патрубок (15), соединенный гибкой коммуникацией с питающей емкостью, подают во внутреннюю часть цилиндрического корпуса (1) устройства, создавая разряжение в аппарате-приемнике фильтрата, снимают разряжение в корпусе (1) через патрубок (18), создают избыточное давление сжатым воздухом в корпусе (1) через патрубок (19), производят фильтрацию переданной порции продукта с заданным перепадом давления на сменной фильтрующей перегородке (4). Окончание процесса фильтрации контролируют по изменению давления корпусе (1) и аппарате-приемнике фильтрата, далее передают аналогичным образом следующую порцию. Контрольное осветление продукта пи этом происходит на жесткозакрепленной фильтрующей перегородке типа металлокерамической мембраны TRUMEM (5). Степень заполнения корпуса (1) осадком определяют по изменению скорости фильтрации единичной порции. При использовании только разряжения процесс фильтрации может производиться в непрерывном режиме, а контроль заполнения работоспособности перегородки периодически.
Замена сменной фильтрующей перегородки производится в следующей последовательности: вращая с помощью манипулятора маховики редукторных групп (13) ослабляют контакт струбцинных упоров (12) с фланцем (11) с последующим разведением осей (16) в стороны через шарнирное соединение карданного типа (14). Далее с помощью манипулятора производят снятие прижимного фланца (11). Затем дистанционно извлекают корпус (1) отдельно или со сменной фильтрующей перегородкой, отделяют сменную фильтрующую перегородку (4) от корпуса (1) или от обжимного кольца (2), производят ее замену. В случае необходимости замены жесткозакрепленной фильтрующей перегородки (5) с помощью манипулятора производят полную замену обжимного кольца (2) целиком на аналогичный новый элемент. После замены сменной фильтрующей перегородки корпус устройства (1) дистанционно устанавливается в исходное положение. Производится сборка устройства и следующий цикл микрофильтрационного осветления продукта кислотного растворения ОЯТ.
Заявленная полезная модель имеет следующие преимущества перед прототипом: конструкция устройства обеспечивает возможность количественного отделения осадка для последующей переработки в ходе осветления (фильтрации) реальных продуктов кислотного вскрытия ОЯТ; конструкция устройства обеспечивает возможность дистанционного обслуживания при его эксплуатации в условиях радиохимического производства и позволяет исключить влияние ионизирующего излучения на персонал и загрязнения производственных помещений; конструкция реактора позволяет производить замену отдельных модулей устройства без проведения полного демонтажа устройства.