установка для удаления жидких радиоактивных отходов из емкостей временного хранения

Формула изобретения

1. Установка для удаления жидких радиоактивных отходов (ЖРО) из емкостей временного хранения, содержащая транспортное средство, введенное внутрь емкости временного хранения с обеспечением возможности передвижения в ней, устройство для диспергирования и растворения осадков, находящихся в емкости, размещенное на транспортном средстве, систему подъема и вывода ЖРО из емкости, содержащую насос и трубопроводы, систему дистанционного управления, наблюдения и контроля, отличающаяся тем, что транспортное средство представляет собой плавающую платформу, выполненную в виде емкости, снабженную системой ультразвуковых излучателей, связанной с генератором ультразвуковых колебаний системы дистанционного управления, при этом ультразвуковые излучатели равномерно размещены на стенках и днище плавающей платформы.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система ультразвуковых излучателей содержит шесть излучателей, размещенных на днище платформы и выполняющих функцию устройства для диспергирования и растворения осадков, и восемь ультразвуковых излучателей, попарно размещенных на четырех скошенных стенках и обеспечивающих перемещение платформы в заданном направлении.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что плавающая платформа соединена с генератором ультразвуковых колебаний гибким электрическим кабелем, снабженным поплавками для придания кабелю плавучести.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что гибкий электрический кабель размещен на барабанной лебедке с обеспечением возможности изменения его длины.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что насос системы подъема и вывода ЖРО из емкости размещен вне емкости временного хранения, выполнен самовсасывающим и связан со всасывающим трубопроводом, на конце которого установлено затопленное заборное устройство.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что затопленное заборное устройство выполнено в виде воронки, осевой штуцер которой соединен с всасывающим трубопроводом, а широкая нижняя часть снабжена сеткой.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система подъема и вывода ЖРО из емкости снабжена возвратным трубопроводом, соединенным с нагнетательным трубопроводом насоса и снабженным Г-образным наконечником, обеспечивающим возможность подачи жидкости в зону нахождения плавающей платформы.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно соединена с блоком переработки ЖРО.

9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что блок переработки ЖРО включает в себя самоочищающийся фильтр с обратной промывкой и отстойник - сгуститель шлама.

10. Установка по п.8, отличающаяся тем, что блок переработки ЖРО включает в себя узел окисления органических компонентов ЖРО, мембранный фильтр и адсорбер с селективным неорганическим сорбентом.

11. Установка по п.10, отличающаяся тем, что узел окисления органических компонентов ЖРО выполнен в виде реактора сверхкритического водного окисления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обращения с хранящимися на атомных объектах жидкими радиоактивными отходами и может быть использовано для освобождения емкостей временного хранения таких отходов перед их дезактивацией.

При работе ядерно-технических установок образуются жидкие радиоактивные отходы различного типа, которые без какой-либо обработки, либо после их концентрирования выпариванием поступают на временное хранение в специально оборудованные емкости. Через некоторое время хранящиеся отходы должны быть удалены из емкостей с целью дезактивации последних. Удаляемые отходы при этом поступают либо на кондиционирование (дальнейшее концентрирование и отверждение в матрице), либо на дезактивацию (выделение радионуклидов с помощью селективных сорбентов).

Из жидких радиоактивных отходов при их длительном хранении в специально оборудованных емкостях могут выпадать в осадок кристаллизующиеся соединения (сульфиды, гидроксиды и бораты металлов), которые необходимо удалять из емкостей вместе с жидкой фазой отходов.

Известно устройство для удаления жидких радиоактивных отходов (ЖРО) из емкостей, включающее погружной цилиндрический фильтр, а также систему создания в емкости избыточного давления (RU 2173489, 10.08.2001). Жидкая фаза отходов в качестве фильтрата проникает во внутреннее пространство фильтра и через выпускную трубу выводится из емкости. Для растворения твердой фазы отходы нагревают и перемешивают мешалкой, а фильтрующий элемент устанавливают с возможностью вращения.

Недостатки известного устройства - сложность оборудования, необходимость нагружать емкость избыточным давлением и невозможность вывести из емкости нерастворимые компоненты.

Известна установка для удаления текучих отходов из емкостей, содержащая клапанный погружной насос с пульпопроводом, устройство для перевода нерастворимой фракции осадка во взвешенное состояние в виде нагнетательного трубопровода с выпускным шаровьм клапаном, а также систему управления. С помощью установки полученную суспензию выкачивают из емкости и передают на последующую переработку (RU 2249269, 27.06.2004).

Основной недостаток установки - невозможность удаления из емкости монолитной невзрыхляемой твердой фазы отходов.

Известно устройство для удаления из емкостей осадков, находящихся под слоем воды, содержащее плавающую платформу, на которой установлена рама на качающихся опорах, механизм отключения рамы, желоб с двумя разнонаправленными винтовыми ножами, закрепленными на валу внутри желоба, приемную камеру с погружным всасывающим насосом, нагнетательное сопло которого соединено с гибким трубопроводом для вывода суспензии из емкости (RU 2089951, 10.09.1997).

Недостатки известного устройства - техническая сложность, наличие большого количества движущихся элементов, ручная работа оператора, что исключает возможность использования устройства на ядерно-технических объектах.

Известно устройство для извлечения ЖРО из емкостей, в которых осадки, скопившиеся на дне емкостей, размываются струями воды. Устройство содержит распределительную головку с соплами, сообщающуюся посредством нагнетательного трубопровода с выпускным клапаном насоса. Распределительная головка размещена в приемной камере, которая соединена пульпопроводом и гибким трубопроводом с выходным штуцером. На приемной камере смонтирован механизм, обеспечивающий камере возможность совершать колебательные движения (RU 2138870, 27.09.1999).

Недостатки устройства - большой расход воды на размывание осадка, сложность конструкции, невозможность эксплуатации в емкостях большой площади.

Наиболее близкой к предложенной установке является установка для удаления ЖРО из емкостей временного хранения, содержащая вводимое внутрь обрабатываемой емкости транспортное средство, на котором размещено устройство для диспергирования и растворения осадков ЖРО, блок вывода ЖРО из емкости, содержащий насос и систему трубопроводов, а также блок дистанционного контроля и управления. Движитель транспортного средства выполнен в виде привода, обеспечивающего перемещение транспортного средства по емкости. Для диспергирования и растворения осадка устройство содержит струйно-распылительный модуль и/или мешалку, с помощью которых можно перевести частицы твердой фазы в раствор, уменьшить их размер, повысить текучесть смеси при добавлении воды и смыть их со стенок и дна емкости, а затем вывести из емкости с помощью насоса. Для непосредственного вывода растворенных и текучих компонентов насос соединен с отводящим трубопроводом, ведущим через люк емкости наружу. Установка снабжена видеокамерой и системой управления с программным обеспечением (RU 2248055, 10.03.2005).

Недостатки известного устройства заключаются в следующем: для растворения и диспергирования осадка необходимо подавать в емкость большое количество воды, что удорожает процесс дальнейшей переработки ЖРО. Наличие привода и движущихся элементов на транспортном средстве резко усложняет его конструкцию и ремонт в условиях работы при повышенном радиационном фоне, что приводит к повышению стоимости процесса переработки ЖРО.

Задачей настоящего изобретения является создание установки, обеспечивающей снижение энергетических и материальных затрат и высокую эффективность освобождения емкостей временного хранения ЖРО.

Поставленная задача решается описываемой установкой для удаления жидких радиоактивных отходов (ЖРО) из емкостей временного хранения, которая содержит транспортное средство, введенное внутрь емкости временного хранения с обеспечением возможности передвижения в ней, устройство для диспергирования и растворения осадков, находящихся в емкости, размещенное на транспортном средстве, систему подъема и вывода ЖРО из емкости, содержащую насос и трубопроводы, систему дистанционного управления, наблюдения и контроля, причем согласно изобретению транспортное средство представляет собой плавающую платформу, выполненную в виде емкости квадратного сечения со скошенными стенками и плоским днищем, снабженную системой ультразвуковых излучателей, связанной с генератором ультразвуковых колебаний системы дистанционного управления, при этом ультразвуковые излучатели равномерно размещены на стенках и днище плавающей платформы.

Предпочтительно, система ультразвуковых излучателей содержит шесть излучателей, размещенных на днище платформы и выполняющих функцию устройства для диспергирования и растворения осадков, и восемь ультразвуковых излучателей, попарно размещенных на четырех скошенных стенках и обеспечивающих перемещение платформы в заданном направлении.

Предпочтительно, плавающая платформа соединена с генератором ультразвуковых колебаний гибким электрическим кабелем, снабженным поплавками для придания кабелю плавучести, причем упомянутый кабель размещен на барабанной лебедке с обеспечением возможности изменения его длины.

В заявленной установке насос системы подъема и вывода ЖРО из емкости размещен вне емкости временного хранения, выполнен самовсасывающим и связан со всасывающим трубопроводом, на конце которого установлено затопленное заборное устройство, при этом затопленное заборное устройство преимущественно выполнено в виде воронки, осевой штуцер которой соединен с всасывающим трубопроводом, а широкая нижняя часть снабжена сеткой.

Преимущественно, система подъема и вывода ЖРО из емкости снабжена возвратным трубопроводом, соединенным с нагнетательным трубопроводом насоса и снабженным Г-образным наконечником, обеспечивающим возможность подачи жидкости в зону нахождения плавающей платформы.

Заявленная установка предусматривает, что она может быть дополнительно соединена с блоком переработки ЖРО.

Блок переработки ЖРО может включать в себя самоочищающийся фильтр с обратной промывкой и отстойник - сгуститель шлама, может также включать узел окисления органических компонентов ЖРО, мембранный фильтр и адсорбер с селективным неорганическим сорбентом

Узел окисления органических компонентов в блоке переработки ЖРО, предпочтительно, выполнен в виде реактора сверхкритического водного окисления.

В объеме заявленной совокупности признаков достигается технический результат, заключающийся в обеспечении возможности полного освобождения емкости временного хранения ЖРО от жидких и твердых осадочных компонентов без применения технологий, связанных с образованием большого количества вторичных ЖРО, как в установке по прототипу. Изобретение обеспечивает повышенные экономичность, эффективность и безопасность работы установки.

Настоящее изобретение поясняется с помощью чертежей.

На фигуре 1 представлена общая схема заявленной установки очистки ЖРО.

На фигуре 2 представлена конструкция плавающей платформы (вид сбоку и вид снизу).

Заявленная установка работает следующим образом.

Плавающую платформу (1), в дальнейшем ПП (изображение на фиг.1), габариты которой соответствуют диаметру люка (2) в емкости временного хранения ЖРО (3), с равномерно установленными на ней ультразвуковыми излучателями (4, 5), например, в таком порядке как показано на фиг.2, через люк погружают в емкость, заполненную водой. Уровень воды, подаваемой через специальную трубу (6), должен превышать поверхность солевых отложений в емкости примерно на 0,5 м, что обеспечит при работе свободное передвижение ПП по всей емкости.

Затем включают систему управления технологическим процессом (7), состоящую из блоков: ультразвукового генератора (8); управления плавающей платформой (9); управления системой наблюдения (10); управления системой подъема и вывода ЖРО (11) и управления блоком переработки ЖРО (12).

После включения блока ультразвукового генератора, в дальнейшем УЗГ (8) начинается интенсивный процесс растворения солевых осадков. Одновременная работа всех ультразвуковых излучателей (предпочтительно в количестве 14), размещенных на ПП, обеспечивает ее неподвижность и достижение максимальной интенсивности растворения осадков.

Включая систему управления плавающей платформы, в дальнейшем УПП (9), обеспечивают возможность передвижения ее в заданном направлении. В предпочтительном варианте, когда на платформе размещено всего 14 ультразвуковых излучателей, система УЗГ отключает 6 донных ультразвуковых излучателей, при этом 8 ультразвуковых излучателей, расположенных попарно на 4-х скошенных под углом боковых стенках ПП, выключают заданную пару ультразвуковых излучателей, а именно ту пару, в сторону которой осуществляют перемещение платформы.

Электропитание ультразвуковых излучателей обеспечивают гибкими кабелями (13), соединяющими ПП, УЗГ и УПП. При этом часть кабелей, находящихся в емкости временного хранения ЖРО, снабжена поплавками (14), что предотвращает возможность затопления кабелей и обеспечивает свободное маневрирование ПП при движении. Для постоянного сохранения оптимальной длины кабелей используют барабанную лебедку (15).

Включив систему дистанционного управления системой наблюдения и контроля, в дальнейшем УСН (10), постоянно контролируют местонахождение ПП и ее перемещение по емкости в заданном направлении. При этом расположенные на 2-х кронштейнах (16) попарно 4 видеокамеры (17) с 4 осветительными лампами (18) передают на пульт оператору необходимую видеоинформацию по работе ПП, уровню воды в емкости и профилю соляных осадков.

Включив систему управления системой подъема и вывода ЖРО, в дальнейшем УСП (11), обеспечивают работу затопленного заборного устройства (19). Включают насос (20) и подают образовавшийся в результате работы ПП соляной раствор в блок переработки ЖРО (21). При этом в случае, если после замера концентрации откачиваемого раствора его плотность окажется ниже требуемой, то через систему байпаса (22) раствор возвращают в емкость и насос отключают. Если концентрация откачиваемого раствора достигает необходимой концентрации, то работа насоса продолжается и откачиваемый раствор поступает на самоочищающиеся фильтры с обратной промывкой (23), управляемые через систему переработки ЖРО (12). После фильтрации твердая фракция через отстойник-сгуститель шлама (24) в виде шлама выводится на захоронение (25), а очищенный раствор поступает для дезактивации в блок переработки ЖРО (26). В одном из возможных вариантов установки раствор последовательно проходит через блоки микрофильтрации (27), сверхкритического водного окисления (28) и селективной сорбции (29). В результате работы блока переработки ЖРО (26) получают осадок, содержащий радиоактивные элементы, который направляют на захоронение (30), и дезактивированный раствор (31).

Как видно из описания работы установки, заявленное изобретение обеспечивает технический результат, заключающийся в повышении эффективности извлечения радиоактивных отходов в виде солевых осадков из емкостей временного хранения при невысоких энергетических и капитальных затратах, а также обеспечивает возможность дальнейшей полной переработки и дезактивации извлеченных радиоактивных отходов.