УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1999 года по МПК G21F9/16 

Заявляемое устройство относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки радиоактивных отходов (РАО) путем их фиксации в устойчивой твердой среде. Наиболее эффективно заявляемое устройство может быть реализовано при цементировании жидких радиоактивных (ЖРО), как гомогенных (протечки, растворы от регенерации, дезактивации, ЖРО атомных электростанций (АЭС) и радиохимических производств), так и гетерогенных, содержащих отработанные фильтроматериалы (радиоактивные ионообменные смолы, фильтр - перлит, активированный уголь) или их смесей.

Известно устройство для цементирования 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.

Недостатком известного устройства является его пониженная надежность работы, связанная с опасностью забивки шнекового питающего смесителя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для цементирования ЖРО [3], включающее бункер для цемента, шнековый питатель - дозатор цемента, смесительный узел, представляющий собой емкость с винтовой мешалкой и сливным устройством, и трубопровод для подачи ЖРО в смесительный узел.

Известное устройство работает следующим образом. ЖРО через трубопровод для подачи ЖРО подают в смесительный узел. После перемешивания ЖРО с помощью шнекового питателя - дозатора цемента в смесительный узел подают заданное количество цемента из бункера для цемента. Подачу цемента в смесительный узел производят при работающей мешалке. После заполнения рабочего объема смесительного узла подачу цемента прекращают. Смесь перемешивают до полной гомогенизации, после чего при работающей мешалке через сливное устройство осуществляют выгрузку полученного радиоактивного цементного раствора, который направляют на долгосрочное хранение в специализированное хранилище, где происходит его схватывание с образованием цементного камня
Недостатками известного устройства являются:
- пониженная производительность устройства, связанная с длительностью единичного цикла гомогенизации ЖРО и цемента из-за низкой перемешивающей способности винтовой мешалки;
- пониженная надежность работы устройства, связанная с тем, что, в силу своих конструкционных особенностей шнековый питатель - дозатор цемента может во-первых: подвергаться забивке, а во-вторых: не обеспечивать стабильную дозировку цемента, вследствие чего будет иметь место, например, несанкционированная передозировка цемента в смесительный узел и его быстрое в нем схватывание при контакте с ЖРО, причем результатом воздействия обеих факторов будет остановка работы всего устройства;
- пониженное качество конечного продукта (цементного камня), связанное с неравномерностью свойств по его объему из-за низкой перемешивающей способности винтовой мешалки, в особенности при наличии в составе ЖРО отработанных фильтроматериалов.

Преимуществами заявляемого устройства для цементирования РАО являются:
- повышение производительности устройства;
- повышение надежности работы устройства;
- повышение качества конечного продукта.

Указанные преимущества обеспечиваются за счет того, что заявляемое устройство содержит емкость с мешалкой, ко входу которой подсоединены трубопровод для подачи ЖРО, а также дозатор цемента и дозаторы твердых добавок, соединенные через расходный бункер для цемента и расходные бункера для твердых добавок, трубопроводы и струйные насосы с бункером для цемента и бункерами для твердых добавок, выход емкости с мешалкой соединен со входом вихревого аппаратах [4], который своим выходом через циркуляционную магистраль с вентилем и насосом соединен со входом емкости с мешалкой и со сливным устройством, причем соединенные между собой емкость с мешалкой, вихревой аппарат, циркуляционная магистраль и сливное устройство вместе образуют смесительный узел, а каждый из соединенных между собой дозаторов, расходных бункеров, трубопроводов и струйных насосов - питатель - дозатор.

Сущность заявляемого устройства иллюстрируется чертежом, на котором представлен общий вид устройства
Устройство для цементирования жидких радиоактивных отходов включает трубопровод для подачи ЖРО 1, бункер для цемента 2, бункера для твердых добавок 3, струйные насосы 4, трубопроводы 5, расходный бункер для цемента 6, расходные бункера для твердых добавок 7, дозатор цемента 8, дозаторы твердых добавок 9, емкость с мешалкой 10, вихревой аппарат 11, циркуляционную магистраль 12, вентиль 13, насос 14, сливное устройство 15.

Устройство работает следующим образом.

Сначала с помощью струйных насосов 4 из бункера для цемента 2 и бункеров для твердых добавок 3 цемент и твердые добавки (сорбенты радионуклидов) пневмотранспортом подают в расходный бункер для цемента 6 и расходные бункера для твердых добавок 7. Одновременно ЖРО, с введенными в них жидкими добавками (пластификаторы цемента) через трубопровод для подачи ЖРО 1 при включенной мешалке емкости с мешалкой 10, включенном вихревом аппарате 11, открытом вентиле 13, выключенном насос 14 и закрытом сливном устройстве 15 подают в емкость с мешалкой 10 до заполнения рабочего объема смесительного узла. После заполнения рабочего объема смесительного узла подачу ЖРО прекращают, включают насос 14 и перемешивают ЖРО с помощью мешалки в емкости с мешалкой 10, с помощью вихревого слоя в вихревом аппарате 11, а также за счет циркуляции с помощью циркуляционной магистрали 12. В перемешиваемые ЖРО с помощью дозатора цемента 8 и дозаторов твердых добавок 9 вводят расчетные количества цемента и твердых добавок, затем дозатор цемента 8 и дозаторы твердых добавок 9 выключают, образующуюся смесь перемешивают до полной гомогенизации, выключают насосе 14, закрывают вентиль 13, открывают сливное устройство 15 и осуществляют выгрузку готового продукта, закрывают сливное устройство 15 и открывают вентиль 13, после чего вышеописанный цикл цементирования ЖРО повторяют необходимое количество раз.

Испытания показали, что:
- производительность заявляемого устройства за счет использования нового смесительного узла превышает производительность устройства согласно прототипу в 1,5 - 2 раза;
- в процессе работы в течение 20 суток не наблюдалось каких-либо отклонений от задаваемых режимов работы питателей - дозаторов;
- наличие расходных бункеров обеспечивает равномерность подачи цемента и твердых добавок, что подтверждалось постоянством величины плотности получаемого конечного продукта в течение всех циклов работы заявляемого устройства;
- по своему качеству получаемый на заявляемом устройстве конечный продукт, за счет использования нового смесительного узла, выше, чем конечный продукт, полученный на устройстве согласно прототипу, что подтверждалось равномерностью его прочностных характеристик и водоустойчивости по всему объему (% разброса величин аналогичных характеристик по объему конечного продукта, полученного на устройстве согласно прототипу составляет в среднем по прочности - порядка 50%, а по водоустойчивости - 30%).

Источники информации
1. Никифоров А. С., Куличенко В.В., Жихарев М.И. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 132 - 133.

2. Никифоров А. С., Куличенко В.В., Жихарев М.И. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 133 - 134.

3. Соболев И.А., Хомчик Л.М. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов на централизованных пунктах. М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 77 - 78.

4. Логвиненко Д. Д. , Шеляков О.П. Интенсификация технологических процессов в аппаратах с вихревым слоем. Киев: Технiка, 1976, с. 66 - 78.

Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов и предназначено для их перевода в цементообразное состояние. Заявленное устройство содержит емкость с мешалкой, ко входу которой подсоединены трубопровод для подачи ЖРО, а также дозатор цемента и дозаторы твердых добавок, соединенные через расходный бункер для цемента и расходные бункера для твердых добавок, трубопроводы и струйные насосы с бункером для цемента и бункерами для твердых добавок, выход емкости с мешалкой соединен со входом вихревого аппарата, который своим выходом через циркуляционную магистраль с вентилем и насосом соединен со входом емкости с мешалкой и со сливным устройством, причем соединенные между собой емкостью с мешалкой, вихревой аппарат, циркуляционная магистраль и сливное устройство вместе образуют смесительный узел, а каждый из соединенных между собой дозаторов, расходных бункеров, трубопроводов и струйных насосов - питатель-дозатор. Устройство позволяет повысить производительность, надежность и качество конечного продукта. 1 ил.

Устройство для цементирования жидких радиоактивных отходов, включающее смесительный узел, содержащий емкость с мешалкой и сливное устройство, а также соединенные со входом емкости с мешалкой трубопровод для подачи жидких радиоактивных отходов и через питатель - дозатор цемента, бункер для цемента, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит бункера для твердых добавок, соединенные со входом емкости с мешалкой через питатели - дозаторы твердых добавок, каждый из питателей - дозаторов цемента и твердых добавок состоит из последовательно соединенных струйного насоса, трубопровода, расходного бункера и дозатора, причем струйные насосы подсоединены к бункерам для цемента и твердых добавок, а дозаторы - ко входу емкости с мешалкой, смесительный узел дополнительно содержит вихревой аппарат и циркуляционную магистраль, снабженную насосом, причем вихревой аппарат своим входом соединен с выходом емкости с мешалкой, а выходом - со сливным устройством и через циркуляционную магистраль, снабженную насосом, - со входом емкости с мешалкой.