Модульная структура установок
концентрирования РАО, включающая барабаны пленочного испарения (БПИ) [1] и
горизонтальные насадочные тепломассообменные аппараты [7], позволяет
использовать унифицированное и относительно недорогое оборудование для создания
установок переработки ЖРО заданной производительности. При этом габариты этого
оборудования позволяют производить транспортировку обычным транспортом, а
монтажи демонтаж проводится стандартным транспортно-технологическим
оборудованием.
Так как основные положения
предлагаемой технологии были неоднократно описаны в статьях на «Проатом» [2 –
5], нет необходимости делать это повторно. Больший интерес представляет то, как
может быть реализована установка в «железе», а не только показать схему
оборудования модульной выпарной установки (Рис.1), описанную на сайте https://infoingenering.ru/
[6]
Рисунок 1 – Схема
установки концентрирования ЖРО с использованием технологии механической
рекомпрессии пара (MVR)
[6]
Для выделения из ЖРО методом
упаривания очищенной воды, нормативный уровень загрязнения которой
радионуклидами позволяет сбрасывать её в отрытую водную сеть, предлагается использовать
горизонтальный насадочный тепломассообменный аппарат [7], обеспечивающий
очистку пара от радиоактивных аэрозолей по схеме, представленной на Рис.2. Этот
аппарат может быть выполнен с теми же габаритами, что и барабаны пленочного
испарения, и все вместе они могут составлять единый блок выпаривания и очистки
пара (Рис.3).
Рисунок 2 – Схема очистки вторичного
пара из БПИ в горизонтальном насадочном тепломассобменном аппарате
Рисунок 3 –
Блок выпаривания ЖРО и очистки вторичного пара: 1 – барабаны пленочного
испарения; 2 – горизонтальный насадочный тепломассообменный аппарат; 3 – насос
Рутса; 4 – подача ЖРО на упаривание; 5 – отвод чистого конденсата; 6 – отвод
концентрата; 7 – подача греющего пара; 8 – подача вторичного пара на очистку; 9
– подача очищенного пара на сжатие в насос Рутса; 10 – подача чистой флегмы в
тепломассообменный аппарат; 11 – отвод загрязненной флегмы для дальнейшего
переупаривания; 12 – периодическая сдувка неконденсируемых газов
Вращение барабанов
пленочного испарения и насадочного устройства с оптимальной скоростью
обеспечивается мотор-редукторами (Рис.4). На этом же рисунке показан бак с
чистой водой (флегмой), предназначенной для концентрирования радиоактивных
аэрозолей при прохождении через смачиваемые насадки.
Рисунок 4 – Приводы вращения барабанов пленочного
испарения и насадочного устройства и бак подачи флегмы в тепломассообменный
аппарат
Для обеспечения непрерывности работы
установки, баки исходного раствора, очищенного дистиллята и концентрата ЖРО
выполнены в виде одинаковых модулей из двух емкостей, загрузка и выгрузка из
которых осуществляется с использованием вакуумной линии (желтая труба вверху) и
линии сжатого воздуха (зеленая труба вверху) (Рис.5). Используя
электромагнитные клапаны, производится попеременное переключение этих линий,
обеспечивающее либо заполнение, либо опорожнение соответствующей емкости.
Рисунок 5 – Модуль из двух емкостей
Для подогрева ЖРО при подаче в БПИ
на упаривание и охлаждения горячего конденсата используется трубчатый
теплообменник. Давление в линии сжатого воздуха создается компрессором, а
разряжение в вакуумной линии создается вакуумным насосом (Рис.6).
Рисунок 6 – Установка
концентрирования ЖРО производительностью 500 л/ч: 1 – блок выпаривания ЖРО и
очистки вторичного пара; 2 – насос Рутса; 3 – вакуумный насос; 4 – воздушный
компрессор; 5 – емкость для флегмы; 6 – модуль емкостей ЖРО; 7 – модуль
емкостей очищенного дистиллята; 8 – модуль емкостей концентрата ЖРО; 9 – теплообменник
ЖРО – горячей конденсат
Перед запуском установки
концентрирования, жидкие радиоактивные отходы накапливаются в большом баке. На
Рис.7 установка концентрирована показана в связке с накопительным баком ЖРО
(объем 100 м3) – оранжевый цвет, баком очищенного дистиллята (объем
100 м3) – голубой цвет, и баком сбора концентрата (объем 3 м3)
– темно-вишневый цвет.
Рисунок 7 – Установка концентрирования ЖРО
производительностью 500 л/ч в связке с накопительной емкостью ЖРО, емкостью
очищенного дистиллята и емкостью сбора концентрата ЖРО
В качестве возможного варианта
установки переработки ЖРО среднего и низкого уровня активности полученный
концентрат ЖРО может собираться не в емкость, а подаваться непосредственно на
линию цементирования (Рис. 8).
Рисунок 8 – Установка концентрирования ЖРО
производительностью 500 л/ч в связке с линией цементирования концентрата
Линия цементирования концентрата ЖРО
представляет собой конвейер из перемещаемых на тележках упаковок, в которых
последовательно производится:
·
заполнение цементным компаундом;
·
покрытие поверхности компаунда листовым стеклом;
·
покрытие поверхности листового стекла
бентонитовой глиной;
·
покрытие стального короба упаковки стальным
листом;
·
герметизация стальной упаковки сваркой.
Из-за высоких дозовых нагрузок для проведения
технологических операций по созданию упаковок предлагается использовать
промышленные роботы (Рис.9).
Рисунок 9
– Линия создания упаковок с цементным компаундом
Упаковка для оптимального
использования объема могильника имеет прямоугольную форму (Рис.10). Корпус
упаковки образуется стальным тонкостенным коробом, а также слоями бентонитовой
глины и листового стекла, облицовывающими внутреннюю поверхность короба.
Цементирование по заданной рецептуре
концентрата ЖРО с получением компаунда может производиться с использованием
сменного быстросъемного смесителя непрерывного действия, в который одновременно
сливается концентрат и дозируется шнеком цементная смесь (Рис.10).
Рисунок 10 – Установка
приготовления цементного компаунда и заполнения упаковки
Конструкция
смесителя (Рис.11) обеспечивает перемещение приготовленного цементного раствора
к месту выгрузки в упаковку. Эксцентричное расположение вращающейся конструкции
с 3 стержнями, окруженными пружинами, обеспечивает невозможность образования
корки на стержнях и на пружинах. Кроме того навивка пружин создает шнековый
эффект для перемещения компаунда в сторону выгрузки, создавая при этом давление
для продавливания готового цементного раствора через выпускное отверстие.
Рисунок 11 –
Конструкция сменного смесителя: 1 – корпус смесителя; 2 – вращающаяся втулка; 3
– стержни; 4 – пружины; 5 – шлицы от проворота корпуса; 6 – эксцентричная
полумуфта; 7 –отверстие для выгрузки компаунда; 8 – отверстие для подвода
концентрата ЖРО; 9 – отверстие для подвода цементной смеси
Размеры
упаковки таковы, что отработавший сменный смеситель умещается в коробе и в
последующем захоранивается в нем вместе с цементным раствором, которым
заполняется упаковка.
В
смеситель для последующей иммобилизации в компаунде можно подавать также
ограниченное количество отработанных сорбентов, включая ИОС.
Рисунок 12–
Размещение сменного отработавшего сменного смесителя в упаковке для
последующего захоронения
При захоронении упаковки коррозия
сравнительно быстро разрушит стальную оболочку, однако сочетание слоев стекла и
бентонита обеспечит долговременную защиту от миграции радионуклидов даже после
образования многочисленных трещин в стекле, которые будут заполняться
бентонитом.
Таким образом, простая и
относительно недорогая упаковка может помочь в решении проблемы накопления РАО
низкой и средней активности.
Заключение
Если предложенные решения по
проблеме обезвреживания ЖРО вызовет интерес, то детальную 3D-модель представленной установки можно
скачать по ссылке https://grabcad.com/library/facility-for-concentration-and-conditioning-of-liquid-radioactive-waste-1
По всем возникшим вопросам можно
обратиться на мой электронный адрес, приведенный выше. Буду рад помочь в
реализации предложенной технологии.
Список
источников
1.
Способ
концентрирования жидких растворов, патент RU2488421C1
2.
В.А.Узиков, Новые подходы к технологии переработки ЖРО,
2016 / http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=print&sid=7167
3.
В.А.Узиков, Безреагентная технология концентрирования
ЖРО и других растворов, 2017 / http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=print&sid=7531
4.
Виталий Узиков, Оптимизация технологии обезвреживания
ЖРО, 2019 / http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=8711
5.
Виталий Узиков, Инженерные решения проблемы РАО, 2021 /
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=9593
6.
Описание Модульной выпарной установки / https://infoingenering.ru/modular-evaporator-unit-2/
7.
Горизонтальный насадочный тепло- и массообменный
аппарат, патент RU 2750492 C1
