УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ И ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1999 года по МПК G21F9/36 G21F9/28 

Заявляемое устройство относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано при переработке твердых радиоактивных и токсичных отходов. Наиболее эффективно заявляемое устройство может быть использовано при переводе продуктов сжигания (зольного остатка) твердых радиоактивных или токсичных отходов в монолитное состояние путем их смешения с гидравлическими вяжущими материалами (цементом, гипсом и т.п.).

Известно устройство для цементирования радиоактивных отходов (РАО) [1], включающее емкость для сухого цемента, емкость для РАО и реагентов, бочку с грузом для перемешивания и вращающее устройство. Бочку с размещенным в ней грузом для перемешивания наполняют сухим цементом, РАО и затворяющей водной фазой (в случае цементирования твердых РАО), закрывают крышкой и подвергают вращению одновременно в нескольких плоскостях. После достижения требуемой степени гомогенизации смеси бочку вместе с грузом для перемешивания и полученным продуктом направляют на захоронение.

Недостатками известного устройства являются его пониженная производительность, связанная с невозможностью 100% использования полезного объема бочки и повышенная опасность работы устройства из-за возможности механического повреждения бочки перемешивающим грузом.

Известно устройство для цементирования РАО [2], включающее емкость для сухого цемента, емкость для РАО и реагентов, емкость для силиката натрия, шнековый питающий смеситель и контейнер для готового продукта. РАО перемешивают с затворяющей водной фазой (в случае цементирования твердых РАО) и вместе с сухим цементом подают в шнековый питающий смеситель, который гомогенизирует смесь и транспортирует ее в контейнер, куда подают силикат натрия, предназначенный для улучшения качества готового продукта.

Недостатками известного устройства являются его пониженная надежность работы, связанная с наличием вращающихся элементов в зоне переработки РАО.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому устройству является устройство, описанное в "Способе отверждения в контейнере зольного остатка от сжигания органических радиоактивных отходов и устройстве для его осуществления" [3]. Устройство содержит герметичную камеру, в верхнюю часть корпуса которой встроены бокс выгрузки золы и емкость для цемента, снабженные дозаторами и внутри которой размещены вибролоток, соединенный с боксом выгрузки золы и емкостью для цемента, контейнер, вибростол, прижимная крышка контейнера с прижимным устройством, имеющим в своем составе соединительный шток и пневмопривод, снабженная штуцерами подвода затворителя, сжатого воздуха и вакуума и загрузочно-разгрузочный манипулятор, снабженный захватом. Вне герметичной камеры размещены емкости затворителя, расходомерные устройства затворителя, вакуумный насос, фильтры грубой и тонкой очистки, вакуумметр, компрессор с ресивером, регулятором давления и манометром, вентили и блок управления.

Недостатками известного устройства являются:
- ненадежность работы устройства, обусловленная тем, что соединительный шток прижимного устройства имеет только одно соединение с прижимной крышкой контейнера в ее центральной точке. Такое соединение обеспечивает надежную герметизацию контейнера только в случае идеально горизонтального расположения его верхней кромки, т.к. в противном случае устройство работать не будет;
- повышенная опасность работы устройства, обусловленная тем, что конструкция загрузочно-разгрузочного манипулятора, снабженного захватом, а именно его верхняя направляющая штанга, по которой в горизонтальном направлении перемещается захват, не позволяет обеспечить надежной изоляции герметичной камеры от окружающей среды при выгрузке контейнера с готовым продуктом, например, за счет использования шлюзового узла выгрузки (в известном устройстве выгрузка может быть осуществлена только через закрывающееся отверстие в боковой стенке герметичной камеры);
- повышенная опасность работы устройства, связанная с отсутствием приспособлений, обеспечивающих дезактивацию боковой поверхности контейнера, заполненного готовым конечным продуктом;
- повышенная опасность работы устройства, связанная с тем, что при перемешивании и загрузке вибролотком сухой радиоактивной золы и цемента в открытый контейнер происходит образование радиоактивной пыли, часть которой может попасть в окружающую среду при выгрузке контейнера с готовым продуктом.

Преимуществами заявляемого устройства являются повышение надежности и безопасности его работы.

Указанные преимущества обеспечиваются за счет того, что заявляемое устройство содержит герметичную камеру, шлюзовую камеру, снабженную внешней гермодверью и соединенную с герметичной камерой внутренней гермодверью. Внутри герметичной камеры размещены стол, выполненный круглым и поворотным с расположенными по его внешней кромке не менее чем тремя пазами, контейнер, имеющий цилиндрическую форму, устанавливаемый на столе, щетка, закрепленная с помощью кронштейнов на поворотном механизме, герметизирующая крышка, закрывающая контейнер и имеющая на своей верхней поверхности кольцевой желоб, манипулятор герметизирующей крышки, закрепленный на поворотном механизме, а также прижимная крышка с расположенными на ней штуцерами подвода затворителя, сжатого воздуха и вакуума. В центре прижимной крышки имеется отверстие, к которому подсоединено телескопическое загрузочное устройство, верхняя часть которого через герметизирующие уплотнения выходит за пределы герметичной камеры. Телескопическое загрузочное устройство имеет на своей верхней части герметичный шибер, который через сильфонный узел подсоединен к вибролотку. Благодаря телескопическому загрузочному устройству обеспечивается надежная изоляция внутреннего объема герметичной камеры от радиоактивной золы. Кроме того на верхней части прижимной крышки расположено прижимное устройство, состоящее не менее чем из трех шарниров, расположенных по окружности, при этом углы между каждой парой двух соседних шарниров, образованные осями, проходящими через точки расположения шарниров и центр прижимной крышки, равны между собой и которые через соединительные штоки соединены с пневмоприводами, находящимися за пределами герметичной камеры. Указанная конструкция прижимного устройства обеспечивает надежную герметизацию контейнера в случаях отклонения его верхней кромки от горизонтали. На нижней части прижимной крышки находится не менее трех роликов, расположенных по окружности, при этом углы между каждой парой двух соседних роликов, образованные осями, проходящими через точки расположения роликов и центр прижимной крышки, равны между собой, а диаметр окружности расположения роликов равен диаметру кольцевого желоба герметизирующей крышки. Наличие указанным образом расположенных роликов прижимной крышки, а также кольцевого желоба герметизирующей крышки обеспечивает при их сцеплении устойчивость вращающегося на поворотном столе контейнера при его дезактивации. Внутри шлюзовой камеры находится загрузочно-разгрузочный манипулятор, состоящий из поворотно-перемещающего механизма и кольцеобразного захвата, имеющего вырез и снабженного не менее чем тремя опорными пластинами, причем угол выреза кольцеобразного захвата, образованный линиями, проходящими через его центр и концы кольцеобразного захвата, составляет не более 120^o, две из опорных пластин расположены на концах кольцеобразного захвата, а остальные размещены таким образом, что углы между каждой парой соседних опорных пластин, расположенные в пределах сектора корпуса кольцеобразного захвата и образованные осями, проходящими через центр кольцеобразного захвата и опорные пластины, равны между собой. Пазы стола расположены по его внешней кромке таким образом, что углы между каждой парой соседних пазов, образованные осями, проходящими через пазы и центр стола, равны между собой, причем углы между каждой парой соседних пазов стола равны углам между каждой парой опорных пластин кольцеобразного захвата. Поворотно-перемещающий механизм обеспечивает перемещение кольцеобразного захвата по окружности в горизонтальной плоскости и по вертикали, что дает возможность включения в состав заявляемого устройства шлюзовой камеры. Наличие опорных пластин кольцеобразного захвата и пазов стола обеспечивает установку контейнера на стол. Увеличение угла выреза кольцеобразного захвата сверх 120^o, а также уменьшение количества опорных пластин менее трех недопустимо, т.к. не обеспечивает устойчивости контейнера. Вне герметичной и шлюзовой камер находятся вибролоток, пневмоприводы прижимного устройства, бокс выгрузки золы, емкости для цемента и затворителя, а также компрессор с ресивером и вакуумный насос.

Сущность устройства для переработки твердых радиоактивных и токсичных отходов иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 - 5.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства.

На фиг. 2 представлен вид сверху герметичной и шлюзовой камер.

На фиг. 3 представлен в разрезах вид сбоку и вид сверху прижимной крышки с установленными на ее верхней части трубчатым телескопическим загрузочным устройством, штуцерами подвода затворителя, сжатого воздуха, вакуума, шарнирами, соединенными соединительными штоками с пневмоприводами и установленными на ее нижней части роликами.

На фиг. 4 представлена конструкция поворотно - перемещающего механизма.

На фиг. 5 представлена аксонометрия стола и кольцеобразного захвата загрузочно - разгрузочного манипулятора в варианте с тремя пазами и тремя опорными пластинами.

Устройство для переработки радиоактивных и токсичных отходов состоит из герметичной камеры 1, шлюзовой камеры 2, внутренней гермодвери 3, внешней гермодвери 4, стола 5, контейнера 6, щетки 7, кронштейнов 8, поворотного механизма 9, герметизирующей крышки 10, манипулятора герметизирующей крышки 11, прижимной крышки 12, штуцера подвода затворителя 13, штуцера подвода сжатого воздуха 14, штуцера подвода вакуума 15, телескопического загрузочного устройства 16, герметичного шибера 17, сильфонного узла 18, прижимного устройства 19, загрузочно- разгрузочного манипулятора 20, состоящего из поворотно-перемещающего механизма 21 и кольцеобразного захвата 22, вибролотка 23, бокса выгрузки золы 24, емкости для цемента 25, емкости для затворителя 26, компрессора 27, рессивера 28 и вакуумного насоса 29 (фиг. 1-2).

Прижимное устройство 19 состоит из шарниров 30 и соединительных штоков 31, соединенных с пневмоприводами 32 (фиг. 3).

Прижимная крышка 12 имеет в своем составе ролики 33.

Поворотно-перемещающий механизм 21 состоит из привода подъема 34, цепной передачи 35, привода поворота 36, полой поворотной колонны 37, (выполненной в форме трубы), поворотной гильзы 38, ходового винта 39 и гайки 40 (фиг. 4).

Поворотно-перемещающий механизм 21 работает следующим образом.

Для осуществления поворота в горизонтальной плоскости кольцеобразного захвата 22, закрепленного на полой поворотной колонне 37, включают привод поворота 36, который через цепную передачу 35 приводит во вращение поворотную гильзу 38, механически соединенную с полой поворотной колонной 37. Для осуществления перемещения кольцеобразного захвата 22 по вертикали включают привод подъема 34, который, вращая ходовой винт 39, расположенный внутри полой поворотной колонны 37, перемещает ее вместе с кольцеобразным захватом 22 за счет движения по ходовому винту 39 гайки 40, жестко закрепленной на внутренней поверхности полой поворотной колонной 37.

Устройство для переработки твердых радиоактивных и токсичных отходов работает следующим образом.

На первом этапе осуществляют предварительную подготовку устройства к работе.

Сначала открывают внешнюю гермодверь 4 шлюзовой камеры 2, после чего приводят в действие поворотно-перемещающий механизм 21 загрузочно-разгрузочного манипулятора 20. Приведенный в действие поворотно-перемещающий механизм 21 переводит кольцеобразный захват 22 из позиции "Б" в позицию "А" (фиг. 2), после чего поворотно-перемещающий механизм 21 выключают. На опорные пластины кольцеобразного захвата 22 устанавливают пустой контейнер 6, закрытый герметизирующей крышкой 10, включают поворотно-перемещающий механизм 21, поднимают контейнер 6 выше уровня стола 5 и перемещают его в шлюзовую камеру 2 из позиции "А" в позицию "Б" (фиг. 2), после чего поворотно-перемещающий механизм 21 выключают, а внешнюю гермодверь 4 закрывают. После закрытия внешней гермодвери 4, открывают внутреннюю гермодверь 3, включают поворотно-перемещающий механизм 21 и опускают кольцеобразный захват 22 с установленным на нем контейнером 6 на стол 5 (поз. "В", фиг. 2) таким образом, чтобы кольцеобразный захват 22 опустился ниже уровня стола 5. При этом опорные пластины кольцеобразного захвата 22, проходя через пазы стола 5, обеспечивают установку контейнера 6 на столе 5. Затем кольцеобразный захват 22 за счет имеющегося выреза выводят из - под стола 5 и перемещают в шлюзовую камеру 2 в позицию "Б" (фиг. 2), после чего поворотно - перемещающий механизм 21 выключают, а внутреннюю гермодверь 3 закрывают, завершая предварительную подготовку устройства к работе.

После установки контейнера 6 на столе 5 приводят в действие манипулятор герметизирующей крышки 11, аналогичный по своей конструкции загрузочно-разгрузочному манипулятору 20. Манипулятор герметизирующей крышки 11 подводят к контейнеру 6, закрытому герметизирующей крышкой 10 (поз. "В", фиг. 2), осуществляют захват герметизирующей крышки 10 и отводят ее в позицию "Г" (фиг. 2), после чего его выключают и включают пневмоприводы 32 прижимного устройства 19. Благодаря этому прижимная крышка 12 опускается на контейнер 6, герметизирует его и соединяет через телескопическое загрузочное устройство 16, герметичный шибер 17 и сильфонный узел 18 с вибролотком 23, через штуцер подвода затворителя 13 с емкостью для затворителя 26, штуцер подвода сжатого воздуха 14 с компрессором 27 и штуцер подвода вакуума 15 с вакуумным насосом 29. После герметизации контейнера 6 прижимной крышкой 12 открывают герметичный шибер 17, включают вибролоток 23 и через дозирующие устройства бокса выгрузки золы 24 и емкости для цемента 25 осуществляют подачу радиоактивной золы и цемента в вибролоток 23. Образующуюся золо - цементную смесь из вибролотка 23 через сильфонный узел 18, телескопическое загрузочное устройство 16 при открытом герметичном шибере 17 подают в контейнер 6. После загрузки в контейнер 6 порции радиоактивной золо - цементной смеси закрывают герметичный шибер 17, открывают штуцер подвода вакуума 15, включают вакуумный насос 29 и осуществляют вакуумирование контейнера 6 с золо - цементной смесью, затем штуцер подвода вакуума 15 перекрывают, вакуумный насос 29 выключают, открывают штуцер подвода затворителя 13, подают в контейнер 6 необходимое количество затворителя (воды или жидких радиоактивных отходов), после чего штуцер подвода затворителя 13 закрывают. Одновременно с подачей в контейнер 6 затворителя включают компрессор 27 и создают в рессивере 28 требуемое для последующего аэродинамического удара давление. После закрытия штуцера подвода затворителя 13 открывают штуцер подвода сжатого воздуха 14 и за счет резкого перепада давления осуществляют аэродинамический удар внутри контейнера 6 по зеркалу затворяющей жидкости, которая пропитывает золо - цементную смесь и одновременно, действуя как поршень, уплотняет ее. После окончания схватывания смеси цикл повторяют до полного заполнения контейнера 6.

После полного заполнения контейнера 6 с помощью пневмоприводов 32 прижимного устройства 19, поднимают прижимную крышку 12, приводят в действие манипулятор герметизирующей крышки 11 и устанавливают герметизирующую крышку 10 на контейнер 6 (поз. "В", фиг. 2), затем манипулятор герметизирующей крышки 11 отводят в позицию "Г" и включают пневмоприводы 32 прижимного устройства 19, опускают на герметизирующую крышку 10 прижимную крышку 12, при этом ролики 33 прижимной крышки 12 входят в кольцевой желоб герметизирующей крышки 10. Затем включают поворотный механизм 9, щетку 7 прижимают к боковой поверхности контейнера 6 и приводят во вращение стол 5. Наличие роликов 33 обеспечивает устойчивость контейнера 6 при вращении стола 5. На щетку 7 подают дезактивирующий раствор и осуществляют дезактивацию контейнера 6. По окончании дезактивации щетку 7 отводят от боковой поверхности контейнера 6, останавливают вращение стола 5 и поднимают прижимную крышку 12.

После завершения основного этапа работы устройства под стол 5 подводят кольцеобразный захват 22 и в последовательности обратной вышеописанной осуществляют выгрузку контейнера 6 с готовым продуктом из герметичной камеры 1 в шлюзовую камеру 2 (поз. "Б", фиг. 2), где вручную с помощью изолирующих перчаток осуществляют фиксацию замка герметизирующей крышки 10, после чего опять в последовательности, противоположной описанной ранее, контейнер 6 выгружают из шлюзовой камеры 2 в позицию "А" (фиг.2), где его снимают с кольцеобразного захвата 22 и направляют в хранилище, после чего устройство готово к следующему циклу работы.

Испытания показали, что заявляемая конструкция обеспечивает надежность работы всего устройства за счет гарантированной прижимным устройством герметизации цилиндрического контейнера, повышает безопасность работы устройства за счет возможности надежной изоляции герметичной камеры от внешней среды при выгрузке цилиндрического контейнера с готовым продуктом, обеспечиваемой наличием в устройстве шлюзовой камеры, введение которой в конструкцию устройства возможно благодаря измененной по сравнению с прототипом конструкции загрузочно-разгрузочного манипулятора. Безопасность работы устройства повышается также путем введения в конструкцию узла дезактивации, обеспечивающего очистку от радионуклидов боковой поверхности контейнера, а также вследствие предотвращения пылеобразования в герметичной камере за счет использования телескопического загрузочного устройства.

ЛИТЕРАТУРА
1. А. С. Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев, "ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ", Москва, Энергоатомиздат, 1985, стр. 132-133.

2. А. С. Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев, "ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ", Москва, Энергоатомиздат, 1985, стр. 133-134.

3. Авторское свидетельство СССР N 1435057, МКИ⁵ G 21 F 9/16, опубл. в БИ N 39-40, 1993, стр. 213.

Изобретение относится к переработке твердых радиоактивных и токсичных отходов и предназначено для перевода радиоактивной или токсичной золы в цементообразное состояние. Технический эффект - повышение надежности и безопасности работы устройства. Сущность изобретения - устройство содержит герметичную камеру, форкамеру, загрузочно-разгрузочный манипулятор, круглый поворотный стол, цилиндрический контейнер, дезактивирующую щетку, герметизирующую и прижимную крышки, телескопическое загрузочное устройство, виброблок, емкости для золы, цемента и затворителя, компрессор и вакуумный насос. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство для переработки твердых радиоактивных и токсичных отходов, включающее бокс выгрузки золы, емкость для цемента, вибролоток, соединенный с боксом выгрузки золы и емкостью для цемента, загрузочно-разгрузочный манипулятор, снабженный захватом, пневмопривод прижимного устройства, герметичную камеру с размещенными в ней столом и установленным на нем контейнером, прижимной крышкой, имеющей в своем составе штуцера подвода затворителя, сжатого воздуха, вакуума и снабженной прижимным устройством, состоящим из соединительного штока, соединенного одним своим концом с пневмоприводом прижимного устройства, размещенные вне герметичной камеры емкости для затворителя, компрессор, ресивер, вакуумный насос, соединенные через штуцера подвода затворителя, сжатого воздуха и вакуума с прижимной крышкой, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит имеющую внешнюю гермодверь шлюзовую камеру с размещенным в ней загрузочно-разгрузочным манипулятором, снабженным имеющим вырез кольцеобразным захватом, и соединенную внутренней гермодверью с герметичной камерой, внутри которой дополнительно размещены манипулятор герметизирующей крышки, закрепленный на поворотном механизме, и щетка, закрепленная на кронштейнах, установленных на поворотном механизме, телескопическое загрузочное устройство, подсоединенное одним концом к дополнительно расположенному на прижимной крышке отверстию и соединенное другим своим концом, выходящим за пределы герметичной камеры через герметичный шибер и сильфонный узел, - с вибролотком, причем прижимная крышка дополнительно содержит не менее трех роликов, расположенных по окружности на ее нижней поверхности таким образом, что углы между каждой парой двух соседних роликов, образованные осями, проходящими через точки расположения роликов и центр прижимной крышки, равны между собой, прижимное устройство содержит дополнительные соединительные штоки и пневмоприводы, причем каждый из дополнительных штоков одним своим концом соединен с дополнительным пневмоприводом, установленным вне герметичной камеры, а другим - с прижимной крышкой через шарнир, причем шарниры расположены по окружности на верхней части прижимной крышки таким образом, что углы между каждой парой двух соседних шарниров, образованные осями, проходящими через точки расположения шарниров и центр прижимной крышки, равны между собой, а количество шарниров составляет не менее трех, контейнер выполнен цилиндрическим и дополнительно содержит герметизирующую крышку, на верхней поверхности которой расположен кольцевой желоб, причем диаметр окружности кольцевого желоба равен диаметру окружности размещения роликов прижимной крышки, загрузочно-разгрузочный манипулятор представляет собой поворотно-перемещающий механизм, а угол выреза кольцеобразного захвата, образованный линиями, проходящими через центр кольцеобразного захвата и концы выреза, составляет не более 120^o и не менее трех опорных пластин, причем две из них размещены на концах кольцеобразного захвата, а остальные размещены таким образом, что углы между каждой парой соседних опорных пластин, расположенные в пределах сектора корпуса кольцеобразного захвата и образованные осями, проходящими через центр кольцеобразного захвата и опорные пластины, равны между собой, стол выполнен круглым и поворотным и имеет размещенные по его внешней кромке пазы, расположенные таким образом, что углы между каждой парой соседних пазов, образованные осями, проходящими через пазы и центр стола, равны между собой, причем углы между каждой парой соседних пазов стола равны углам между каждой парой опорных пластин кольцеобразного захвата, а количество пазов составляет не менее трех.