УСТАНОВКА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2008 года по МПК G21F9/16 

Изобретение относится к технике обработки материалов с радиоактивным заражением, а именно к устройствам для обработки жидких радиоактивных отходов ЖРО фиксацией в устойчивой твердой среде, например в цементе с необходимыми для затвердевания добавками.

Преимущественное использование изобретения - в атомной промышленности, но не исключено использование и в других отраслях, например в химической и металлургической.

Отверждение низко- и среднеактивных ЖРО непосредственно в контейнерах, направляемых на долгосрочное хранение в стационарное контролируемое хранилище, находит все большее распространение на атомных электростанциях и в атомных исследовательских центрах. В настоящее время идут активные разработки проекта установки для цементирования среднеактивных отходов на Федеральном государственном унитарном предприятии "Производственное объединение "Маяк". Настоящее изобретение - результат части этих разработок.

Процесс цементирования непосредственно в контейнере (бочка объемом 200, 400, 500 литров либо железобетонная емкость объемом 1000 литров), устанавливаемом в защитной камере, проводится путем загрузки порции цемента с добавками, последующее перемешивание с одновременной подачей ЖРО до образования цементного компаунда. Во время загрузки цемента в контейнер и перемешивания цемента с ЖРО обязательно происходит пыление, унос с пылинками капель ЖРО из контейнера в окружающее пространство защитной камеры, что повышает степень радиоактивного заражения окружающей контейнер среды, да и самого контейнера. Для исключения повышения степени радиоактивного заражения защитной камеры и размещенного в ней оборудования их надо периодически отмывать для уменьшения степени загрязнения, чтобы продолжать технологический процесс не только по наработке цементного компаунда, но и по безопасным вывозу контейнера из защитной камеры и транспортировке его к хранилищу. Необходимо решить задачу по исключению повышения степени радиоактивного загрязнения защитной камеры за счет исключения пыления сухого цемента и уноса в защитную камеру частиц ЖРО и цементного компаунда.

Рассмотрим известные из уровня техники решения, аналогичные заявляемому, и проанализируем их возможности в решении указанной задачи.

Известно устройство для отверждения радиоактивных отходов в контейнере (см. заявку Японии №1-40319, кл. G21F 9/16, 1980). Оно содержит защитную камеру (в заявке - экранирующий нагревательный бокс), контейнер, пристыкованный изнутри к отверстию в плите защитной камеры, перемешивающее устройство (в заявке - мешалка), расположенное в экранирующем кожухе и соединенное с приводом вращения и с приводом возвратно-поступательного перемещения "вверх-вниз", и сильфон, служащий для отделения пространства защитной камеры ("грязной зоны") от пространства зоны обслуживания ("чистой зоны") и являющийся гибким уплотняющим устройством.

В контейнер подают в определенной пропорции подлежащие перемешиванию ЖРО и цемент или бетон. Мешалку опускают вниз и вводят в контейнер, а после перемешивания компонентов поднимают в кожух. Полученный компаунд отверждают непосредственно в контейнере.

В данном устройстве решена задача обеззараживания радиоактивных отходов включением их в твердую устойчивую среду непосредственно в контейнере, транспортируемом затем в хранилище. Однако в устройстве не предусмотрены конструкторские решения, благодаря которым была бы разрешена проблема исключения пыления и выбросов капель ЖРО и даже цементного компаунда, а также связанного с этими явлениями повышения степени загрязнения экранирующего бокса. Это значит, что необходима будет дезактивация его и находящегося в нем оборудования, что обусловливает дополнительные капитальные и эксплуатационные затраты для осуществления довольно дорогого процесса цементирования.

Наиболее близким к заявляемому является техническое решение (см. заявку RU 95112892 А, кл. G21F 9/16, дата публикации 1997.08.20), принятое в качестве прототипа. Устройство для отверждения жидких радиоактивных отходов (ЖРО) содержит емкость для сухого цемента, емкость для ЖРО, дозатор ЖРО, устройство для перемешивания компаунда и контейнер. Устройство для отверждения ЖРО выполнено в виде защитной камеры, имеющей в рабочем состоянии замкнутый контур, по торцам которого расположены входной и выходной шлюзы, внутри камеры и по ее полу проложен рельсовый путь, по которому перемещается транспортная тележка с установленной на ней емкостью, заранее наполненной щебнем и цементом, в которую через дозатор, выполненный в виде телескопического патрубка, имеющего возможность перемещаться в вертикальной плоскости, подаются ЖРО. В защитной камере расположены механизм герметизации емкости с компаундом, механизм перемешивания загерметизированной емкости, механизм ее дезактивации после перемешивания и механизм установки этой емкости в герметичный контейнер для последующего его захоронения, при этом механизм перемешивания емкости обеспечивает вращение загерметизированной емкости в вертикальной плоскости.

В данном устройстве предпринята попытка исключения тех недостатков, которые наблюдаются в ранее описанном аналоге, т.е. устройство снабжено множеством механизмов и средств для снижения уровня радиоактивного загрязнения пространства камеры из-за пыления сухого цемента, выброса капель ЖРО и компаунда. Для этого предусмотрены механизмы дезактивации дозатора и загерметизированной емкости, а также механизм перемешивания последней. Кроме того, в составе известного устройства предусмотрено наличие одновременно и загерметизированной емкости и контейнера. Их наличие в устройстве свидетельствует о недостаточной дезактивации емкости, потому-то ее и надо прятать в контейнер.

Однако общеизвестно, что чем больше различных механизмов в одном устройстве, тем сложнее им успешно управлять, а тем более на радиохимических предприятиях, где это управление чаще всего дистанционное. В результате велики и капитальные затраты на приобретение оборудования, и эксплуатационные затраты.

В связи с этим и было создано техническое решение, являющееся объектом патентной защиты по настоящей заявке.

Заявляемое изобретение исключит повышение уровня радиоактивного загрязнения внутри защитной камеры, так как при использовании данного изобретения для цементирования ЖРО будет отсутствовать пыление цемента, а значит, будет отсутствовать унос с пылью капель ЖРО и цементного компаунда.

Заявляемое изобретение, как и прототип, содержит снабженную шлюзовым отсеком защитную камеру, контейнер, емкость для сухого цемента с добавками и расположенный в защитной камере узел приготовления цементного компаунда, включающий емкость для ЖРО с устройством подачи жидких радиоактивных отходов и перемешивающее устройство, соединенное с приводом вращения и с приводом возвратно-поступательного перемещения "вверх-вниз", при этом по полу защитной камеры проложены рельсы, проходящие через шлюзовой отсек и заканчивающиеся снаружи защитной камеры, а контейнер установлен на рельсах с возможностью въезда в защитную камеру.

Установка отличается от прототипа тем, что она снабжена расположенным снаружи защитной камеры узлом приготовления цементного теста, включающим емкость для сухого цемента с добавками, емкость для воды и дополнительное перемешивающее устройство, соединенное с дополнительными приводом вращения и приводом возвратно-поступательного перемещения "вверх-вниз", при этом узел приготовления цементного компаунда расположен над местом останова контейнера в защитной камере с возможностью взаимодействия с контейнером, а узел приготовления цементного теста расположен над местом останова контейнера снаружи защитной камеры с возможностью взаимодействия с контейнером. Следует отметить, что заявителем приняты идентичными в заявляемой установке и в известном устройстве следующие признаки (по мере перечисления их в ограничительной части формулы изобретения):

шлюзовый отсек идентичен входному шлюзу;

контейнер идентичен емкости, наполненной цементом и щебнем;

устройство подачи жидких радиоактивных в контейнер идентично дозатору ЖРО;

перемешивающее устройство идентично устройству для перемешивания компаунда (механизму перемешивания загерметизированной емкости);

приводы вращения и возвратно-поступательного перемещения "вверх-вниз" идентичен признаку "... телескопического патрубка, имеющего возможность перемещаться в вертикальной плоскости";

контейнер установлен на рельсах с возможностью въезда в защитную камеру, идентичен транспортной тележке с установленной на ней емкостью.

На приведенном чертеже показан общий вид конкретного выполнения установки.

Установка содержит защитную камеру 1, снабженную шлюзовым отсеком 2, контейнер 3, емкость 4 для сухого цемента с добавками и расположенный в защитной камере 1 узел приготовления цементного компаунда, включающий емкость 5 для жидких радиоактивных отходов (ЖРО) с устройством 6 подачи (ЖРО) в контейнер 3 и перемешивающее устройство 7 в виде двух вертикальных лопастных мешалок, соединенное с приводом 8 вращения и возвратно-поступательного перемещения "вверх-вниз". По полу защитной камеры проложены рельсы 9, проходящие через шлюзовый отсек 2 и заканчивающиеся снаружи защитной камеры 1 в так называемой "чистой зоне" 10. Контейнер 3 установлен на рельсах 9 с возможностью въезда в защитную камеру 1 через шлюзовый отсек 2 из "чистой зоны" 10. Возможность въезда контейнера 3 может осуществляться, например, с помощью транспортной тележки 11 или другого транспортного средства, установленного на рельсах 9, курсирующего из "чистой зоны" 10 в защитную камеру 1 через шлюзовый отсек 2.

Установка снабжена расположенным снаружи защитной камеры 1 в "чистой зоне" 10 узлом приготовления цементного теста, включающим емкость 4 для сухого цемента с добавками, емкость 12 для воды и дополнительное перемешивающее устройство 13 в виде двух вертикальных лопастных мешалок, соединенное с дополнительным приводом 14 вращения и возвратно-поступательного перемещения "вверх-вниз".

Узел приготовления цементного компаунда, а именно нижний конец устройства 6 подачи ЖРО и мешалки 7, расположены над местом останова в защитной камере 1 тележки 11 с контейнером 3, а узел приготовления цементного теста, а именно нижний конец устройства 15 подачи цемента с добавками, нижний конец устройства 16 подачи воды и мешалки 13, расположены над местом останова снаружи защитной камеры 1, в "чистой зоне" 10, тележки 11 с контейнером 3.

Установка работает следующим образом.

Тележка 11 с контейнером находится на месте останова ее в "чистой зоне" 10. Мешалки 13 приводятся приводом 14 во вращение и в поступательное перемещение "вниз" для вхождения (взаимодействия) в контейнер 3, в который подают цемент с добавками и воду в заданном соотношении Т:Ж. Компоненты перемешивают до получения однородной смеси - цементного теста. Мешалки 13 приводом 14 возвращают "вверх" в исходное положение. Открывают шлюзовый отсек 2, и тележка 11, двигаясь по рельсам 9, въезжает в защитную камеру 1. Здесь тележка 11 с контейнером 3 доезжает до места останова. В контейнер 3 с цементным тестом подают ЖРО из емкости 5 по устройству 6. Включают привод 8, мешалки 7, вращаясь, перемещаются "вниз", входят (взаимодействуют с...) в контейнер 3, в котором происходит перемешивание до однородного состава цементного теста с ЖРО, получая цементный компаунд. Контейнер 3 удаляют из защитной камеры 1 для затвердевания компаунда и окончательной транспортировки в хранилище.

Использование заявляемого изобретения в обезвреживании ЖРО на радиохимических предприятиях и атомных электростанциях обусловит следующие преимущества:

приготовление цементного теста вне защитной камеры исключит повышение уровня радиоактивного загрязнения в ней, так как отсутствует пыление цемента, а пыление цемента в месте приготовления цементного теста за пределами защитной камеры не вызовет радиоактивного загрязнения, так как там отсутствуют ЖРО и еще не затвердевший компаунд;

несложная по конструктивному исполнению установка не потребует в сравнении с устройством-прототипом - увеличения капитальных и эксплуатационных затрат. Загрязнение защитной камеры будет в допустимых пределах, обусловленных уровнем активности собственно отходов.

Изобретение относится к технике обработки материалов с радиоактивным заражением, а именно к устройствам для обработки жидких радиоактивных отходов фиксацией в устойчивой твердой среде. Установка цементирования снабжена расположенным снаружи защитной камеры узлом приготовления цементного теста, включающим емкость для сухого цемента, емкость для воды и дополнительное перемешивающее устройство, соединенное с дополнительным приводом вращения и возвратно-поступательного перемещения "вверх-вниз", при этом узел приготовления цементного компаунда расположен над местом останова контейнера в защитной камере с возможностью взаимодействия с контейнером, а узел приготовления цементного теста расположен над местом останова контейнера снаружи защитной камеры с возможностью взаимодействия с контейнером. Изобретение позволяет исключить повышение уровня радиоактивного загрязнения внутри защитной камеры. 1 ил.

Установка цементирования жидких радиоактивных отходов, содержащая снабженную шлюзовым отсеком защитную камеру, контейнер, емкость для сухого цемента с добавками и расположенный в защитной камере узел приготовления цементного компаунда, включающий емкость для жидких радиоактивных отходов с устройством подачи жидких радиоактивных отходов в контейнер и перемешивающее устройство, соединенное с приводом вращения и возвратно-поступательного перемещения "вверх-вниз", при этом по полу защитной камеры проложены рельсы, проходящие через шлюзовый отсек и заканчивающиеся снаружи защитной камеры, а контейнер установлен на рельсах с возможностью въезда в защитную камеру через шлюзовый отсек, отличающаяся тем, что установка снабжена расположенным снаружи защитной камеры узлом приготовления цементного теста, включающим емкость для сухого цемента, емкость для воды и дополнительное перемешивающее устройство, соединенное с дополнительным приводом вращения и возвратно-поступательного перемещения "вверх-вниз", при этом узел приготовления цементного компаунда расположен над местом останова контейнера в защитной камере с возможностью взаимодействия с контейнером, а узел приготовления цементного теста расположен над местом останова контейнера снаружи защитной камеры с возможностью взаимодействия с контейнером.