СПОСОБ ОТБОРА И ДОСТАВКИ ПРОБ РАДИОАКТИВНЫХ РАСТВОРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК G01N1/10 

Изобретение относится к области радиохимии, а именно, к обращению с радиоактивными растворами при переработке облученного ядерного топлива (ОЯТ), и может быть использовано при отборе и доставке порций указанных растворов от места их отбора к анализаторам состава, находящимся на удалении, обеспечивая при этом радиационную защиту персонала.

Известно, что на радиохимических заводах в России используется способ отбора проб радиоактивных технологических растворов, основанный на сливе некоторого объема раствора (пробы) в специальную емкость (см., например, статью «Система дистанционного пробоотбора ОДЦ», авторы Я.В. Коловский, А.И. Ланский, Н.Н. Мишин, С.В. Подойницын, И.О. Шумков, Сборник докладов Научно-технической конференции Обращение с отработавшим ядерным топливом в России, Красноярский филиал ФГУП «ФЦЯРБ», г. Железногорск, 2012 г., стр. 168-173). При этом отбор проб осуществляется в оборудованной манипулятором и смотровым окном радиационной защитной камере, связанной с технологическим оборудованием импульсными линиями. Технологический радиоактивный раствор перед отбором пробы для промывки непродолжительно циркулирует с помощью насоса по импульсным линиям, после чего в защитной камере проба раствора отбирается в специальную емкость, которая затем герметизируется. Доставка проб радиоактивных растворов в аналитическую лабораторию производится с помощью пневмопочты или конвейера.

Большой объем технологического раствора (1÷10 литров), требуемый для заполнения традиционных импульсных линий, препятствует применению описанного выше способа пробоотбора для контроля технологических процессов в современных центробежных экстракционных установках, характеризуемых, в отличие от смесителей-отстойников, отсутствием зон накопления контролируемых растворов. Кроме того, значимый объем радиоактивного раствора в месте отбора проб требует наличия дорогостоящей защитной камеры. К недостаткам описанного выше способа отбора и доставки проб относится также использование специальной пневмопочты или конвейера для доставки проб радиоактивных растворов, недостаточно надежных и требующих больших материальных затрат при их создании.

Известен способ отбора и доставки проб радиоактивных растворов по патенту РФ на изобретение №2485473, МПК G01N 1/10, опубл. 20.06.2013 г., в котором осуществляются две совмещенные операции: отбор и разведение порции радиоактивного раствора, при этом отбор пробы может осуществляться непосредственно из технологического аппарата, трубопровода или транспортной емкости. Способом передачи пробы является выдача заданного объема разведенной пробы из устройства по специальной линии выдачи на расстояние не более 2-4 метров. Основным преимуществом устройства для осуществления этого способа является то, что из зоны расположения технологического оборудования выводится не высокоактивный, а разведенный в 30-100 раз раствор. Из технологического процесса отбирается малая порция высокоактивного раствора объемом 0,2-0,5 мл, что существенно снижает стоимость мер по защите персонала от вредных излучений.

К недостаткам устройства относится необходимость использования специальных герметизируемых транспортных емкостей, которые доставляются в аналитическую лабораторию с помощью пневмопочты или конвейера. По сравнению с упомянутой выше доставкой проб высокоактивных неразведенных растворов в данном случае требуется меньшая защита персонала, что снижает материальные затраты при создании пневмопочты или конвейера, но не избавляет от них. Время передачи пробы практически не снижается и остается достаточно большим. Существенное ограничение накладывается на допустимый перепад высот между узлами устройства - не более 3÷5 метров, что препятствует использованию устройства для отбора проб из технологического оборудования радиохимических производств, размещаемого в глубоких каньонах.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ отбора и доставки проб радиоактивных растворов и соответствующее устройство по патенту РФ на изобретение №2569556, МПК G01N 1/10, опубл. 27.11.2015 г., которые приняты за прототип.

Устройство для осуществления способа содержит устройство для отбора и разведения порций радиоактивного раствора, установленное на технологическом трубопроводе, управляемый трехходовой клапан, соединенный через транспортную трубку с пробоприемной емкостью. В состав устройства включены также датчик расхода газовой фазы с трубкой сдувки, регулятор давления-разрежения, выход которого через приемную емкость соединен с выходом из транспортной трубки. На выходе регулятора установлен датчик давления-разрежения, а у окончания транспортной трубки установлен сигнализатор наличия раствора в поперечном сечении трубки, при этом выходы датчика давления-разрежения и сигнализатора подключены к измерительным входам контроллера, к которым подключен также датчик расхода газовой фазы. Первый управляющий выход контроллера соединен с управляющим входом устройства для отбора и разведения порций радиоактивного раствора, второй выход - с регулятором разрежения.

Способ осуществляют следующим образом. По команде контроллера устройство для отбора и разведения порций радиоактивного раствора отбирает из трубопровода или технологического аппарата небольшую порцию радиоактивного раствора - не более 0,5 мл. Указанная первичная порция разводится в устройстве для отбора и разведения в 20÷100 раз, и часть разведенного радиоактивного раствора возвращается в трубопровод (или технологический аппарат). Часть разведенного радиоактивного раствора - проба объемом 5÷20 мл, через трехходовой клапан поступает в транспортную трубку, после чего трехходовой клапан по команде контроллера переключается и соединяет вход транспортной трубки с датчиком расхода газовой фазы. По команде контроллера регулятор создает разрежение в приемной емкости и на выходе транспортной трубки. Благодаря положительному перепаду давления газовой фазы в транспортной трубке до и после пробы в направлении приемной емкости проба начинает перемещаться. На вход транспортной линии через сдувку, датчик расхода газовой фазы и трехходовой клапан начинает поступать воздух. Величина расхода воздуха и выходного сигнала датчика пропорциональна скорости движения пробы. Контроллер регистрирует указанный сигнал, и по его отклонению от заданного значения регулирует величину разрежения на выходе регулятора таким образом, что скорость перемещения пробы по транспортной трубке поддерживается примерно постоянной и не превышает заданного значения, в частности, она должна быть не более 200÷500 м/час.

Недостатком упомянутых способа и устройства является отбор пробы с помощью дорогого и сложного устройства для отбора и разведения порций радиоактивного раствора, применение которого к тому же ограничено допустимым перепадом высот между его узлами и точкой отбора пробы - не более 3÷5 м. С другой стороны, процедура разведения раствора непосредственно при отборе пробы дает значимый эффект только для 5÷10 процентов точек пробоотбора наиболее высокоактивных растворов в технологической схеме переработки ОЯТ. Для остальных средне- и малоактивных технологических продуктов достаточно эффективным с точки зрения защиты персонала от гамма-излучения пробы является ограничение объема пробы, передаваемой к месту расположения приемной емкости.

Изобретение решает задачу отбора проб небольшого объема с большим перепадом высот между точкой отбора пробы и узлами устройства, которое его осуществляет, создания более надежного и дешевого способа доставки проб средне- и малоактивных технологических продуктов из технологического оборудования в аналитическую лабораторию при использовании протяженной транспортной трубки, а также реализации пробоотборного контроля в промежуточных точках центробежных экстракционных установок, что является принципиально необходимым для оптимизации экстракционных технологических процессов и обнаружения аварийных ситуаций.

Техническим результатом от использования заявленного изобретения является существенное повышение надежности операций отбора и доставки проб средне- и малоактивных радиоактивных растворов из технологического оборудования, в особенности из оборудования, размещенного в глубоких каньонах, за счет ограничения объема радиоактивного раствора, перемещаемого при операциях отбора и доставки проб, а также обеспечение достаточно высокой степени безопасности персонала в отношении радиационного воздействия.

Технический результат, получаемый от реализации заявленного изобретения, достигается тем, что для отбора и доставки проб радиоактивных растворов способом, включающим отбор пробы с помощью пробоотборного устройства, ввод пробы в капиллярную транспортную трубку, создание положительного перепада давления газовой фазы в транспортной трубке до и после пробы в направлении ее перемещения, регулирование величины положительного перепада давления с целью ограничения скорости перемещения пробы по транспортной трубке и прием пробы в пробоприемную емкость, согласно заявленному способу, в качестве пробоотборного устройства используют пробоотборную трубку, предварительно свободный конец транспортной трубки соединяют с внутренней полостью пробоотборной трубки выше свободного конца последней, после чего вертикально погружают свободный конец пробоотборной трубки в радиоактивный раствор, производят предварительное заполнение радиоактивным раствором пробоотборной трубки выше точки ее соединения со свободным концом транспортной трубки, создавая соответствующее разрежение газовой фазы в пробоотборной трубке относительно давления в растворе у свободного конца пробоотборной трубки, затем осуществляют ввод порции радиоактивного раствора в транспортную трубку, увеличивая с заданной скоростью до заданной величины разрежение газовой фазы в транспортной трубке, после чего уменьшают величину разрежения газовой фазы в пробоотборной трубке таким образом, чтобы уровень радиоактивного раствора в пробоотборной трубке был установлен ниже свободного конца транспортной трубки, и переходят к перемещению пробы по транспортной трубке с последующим приемом пробы в пробоприемную емкость.

При этом регулирование величины положительного перепада давления при перемещении пробы осуществляют за счет изменения величины разрежения в газовой фазе транспортной трубки и/или величины избыточного давления в пробоотборной трубке.

В устройстве для осуществления заявленного способа, включающем пробоотборное устройство, установленное в технологическом аппарате или на трубопроводе, датчик расхода газовой фазы, транспортную капиллярную трубку, выход которой снабжен сигнализатором наличия раствора и соединен с пробоприемной емкостью, которая, в свою очередь, соединена с регулятором давления-разрежения и отрицательным входом датчика дифференциального давления, электрический вход регулятора давления-разрежения соединен с выходом управляющего контроллера, а входы контроллера подключены к электрическим выходам сигнализатора наличия раствора, датчика дифференциального давления и датчика расхода газовой фазы, согласно изобретению, в качестве пробоотборного устройства используется пробоотборная трубка и соединенный с ее верхней частью второй регулятор давления-разрежения, электрический вход которого соединен со вторым выходом управляющего контроллера, свободный конец транспортной трубки герметично соединен с внутренней полостью пробоотборной трубки выше ее свободного конца, погруженного в контролируемый раствор, верхняя часть пробоотборной трубки присоединена к отрицательному входу второго датчика дифференциального давления, которым дополнительно снабжено устройство, а электрический выход датчика соединен с дополнительным входом управляющего контроллера.

При этом верхняя часть пробоотборной трубки соединена со вторым регулятором давления-разрежения через датчик расхода газовой фазы, электрически подключенный к управляющему контроллеру.

Кроме того, положительный вход первого дифференциального датчика давления соединен с верхней частью пробоотборной трубки, а положительный вход второго дифференциального датчика давления соединен с газовой фазой технологического аппарата.

Кроме того, устройство снабжено вторым сигнализатором наличия раствора, установленным на начальном участке транспортной трубки выше точки ее присоединения к пробоотборной трубке, а выход сигнализатора подключен ко входу управляющего контроллера.

Кроме того, свободный конец пробоотборной трубки, находящийся в контролируемом растворе, может быть снабжен фильтром, а часть начального участка транспортной трубки в целях увеличения внутреннего объема указанного участка без увеличения перепада высот его начала и конца может быть выполнена в виде спирали.

Кроме того, в варианте исполнения устройства верхняя часть пробоотборной трубки может быть выполнена с расширением, предназначенным для установки датчика контроля состава технологического раствора. При этом в качестве пробоприемной емкости используется транспортная емкость, предназначенная для доставки пробы средне- и малоактивных радиоактивных растворов к аналитическому прибору.

Кроме того, в варианте исполнения устройства верхняя часть транспортной трубки также может быть выполнена с расширением, предназначенным для установки датчика контроля состава технологического раствора. В этом случае в качестве пробоприемной емкости используется расширенная верхняя часть транспортной трубки, вокруг которой устанавливается дополнительная оболочка для обеспечения радиационной защиты персонала.

Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 показана блок-схема устройства для реализации способа отбора и доставки проб средне- и малоактивных технологических продуктов, в котором верхняя часть пробоотборной трубки выполнена с расширением; на фиг. 2 - блок-схема другого варианта исполнения устройства, в котором верхняя часть транспортной трубки выполнена с расширением, используемым в качестве пробоприемной емкости.

Устройство, показанное на фиг.1, содержит транспортную капиллярную трубку 1, выход которой снабжен сигнализатором 2 наличия раствора и соединен с пробоприемной емкостью 3, которая, в свою очередь, соединена с пневматическим выходом регулятора 4 давления-разрежения и отрицательным входом датчика 5 дифференциального давления. Свободный конец транспортной трубки 1 соединен с внутренней полостью вертикальной пробоотборной трубки 6 на высоте h1 относительно свободного конца последней, снабженного также входным фильтром 7. Пробоотборная трубка 6 установлена через перекрытие 8 в технологическом аппарате 9, находящемся в каньоне 10. К верхней части внутренней полости пробоотборной трубки 6 подключен отрицательный вход второго датчика 11 дифференциального давления, положительный вход первого датчика 5 дифференциального давления и, через датчик 12 расхода газовой фазы, второй регулятор 13 давления-разрежения. Положительный вход второго датчика 11 дифференциального давления соединен с газовой фазой технологического аппарата 9. Начальный участок транспортной трубки 1 размещен в непосредственной близости с пробоотборной трубкой 6 и снабжен сигнализатором 14 наличия раствора, расположенным на высоте h2 относительно точки соединения трубок.

При необходимости, в варианте изготовления устройства, часть указанного начального участка транспортной трубки 1 может быть выполнена в виде спирали. Такое конструктивное решение может быть принято в связи с тем, что допустимый перепад высот начала и конца участка капилляра, заполненного раствором, ограничен из-за максимально возможной величины вакуума (разрежения), необходимого для подъема раствора вверх. Если участок вертикальный, то длина капилляра равна максимальному перепаду высот, что при заданном внутреннем диаметре капилляра ограничивает объем пробы. Если необходимо увеличить объем пробы в тех же ограничениях по высоте, то вертикальный отрезок можно выполнить в виде спирали, тем самым увеличивается длина капилляра и объем пробы с сохранением допустимого перепада по высоте.

Электрические выходы датчиков 5 и 11 дифференциального давления, сигнализаторов 2 и 14 наличия раствора, а также датчика 12 расхода газовой фазы подключены к входам управляющего контроллера 15. Один управляющий выход контроллера 15 соединен с управляющим входом регулятора 4 давления-разрежения, второй - с управляющим входом регулятора 13 давления-разрежения. Каждый из указанных регуляторов 4 и 13 может быть выполнен, например, в виде реверсируемого перистальтического насоса. В варианте изготовления, представленном на фиг. 1, дополнительно в верхней части пробоотборной трубки 6 или рядом с ней может быть размещен датчик 16 контроля состава технологического раствора. При этом верхняя часть пробоотборной трубки 6 может быть выполнена с расширением 17.

В соответствии с другим вариантом исполнения устройства (см. фиг. 2) транспортная трубка 1 может быть размещена внутри пробоотборной трубки 6, а ее верхняя часть может быть выполнена с расширением, используемым в качестве пробоприемной емкости 3, в которой размещен датчик 16 контроля состава технологического раствора. Если пробоприемная емкость 3 расположена выше перекрытия 8, вокруг нее может быть установлена дополнительная оболочка 18 для обеспечения радиационной защиты персонала.

Способ отбора и доставки проб осуществляется устройством в соответствии со следующей последовательностью действий, выполняемых по командам управляющего контроллера.

Предварительно в пробоотборную трубку 6 с помощью регулятора 13 давления-разрежения вводят порцию воздуха, после чего по сигналу датчика 11 дифференциального давления непрерывно измеряют разность давлений в пробоотборной трубке 6 и в газовой фазе технологического аппарата 9. Во время измерений регуляторы 4 и 13 отключены, их выходы перекрыты. Если в пробоотборной трубке 6 присутствовал раствор, то избыточным давлением воздуха он вытесняется из трубки 6 через фильтр 7, при этом разность давлений медленно падает. Скорость падения давления определяется перепадом давления на фильтре 7 и его гидродинамическим сопротивлением. По истечении раствора из трубки 6 через фильтр 7 в раствор переходит избыток воздуха из трубок 6 и 1, вышеуказанная разность давлений падает до значения P_H, соответствующего гидростатическому давлению столба контролируемого раствора с высотой Н:

где: g - ускорение свободного падения, 9,8 м/с²;

ρ_р - плотность контролируемого раствора, кг/м³

Н - уровень контролируемого раствора относительно фильтра 7, м.

Исходя из длительностей опорожнения пробоотборной трубки 6 от раствора и избыточного количества воздуха, контроллером 15 предварительно диагностируется состояние фильтра 7. Если указанные длительности больше заданных пределов, устройством осуществляется вспомогательная операция по промывке фильтра.

Собственно отбор пробы из технологического аппарата (или трубопровода) 9 начинается с приема раствора в пробоотборную трубку 6 с помощью регулятора 13, который постепенно увеличивает в трубках 6 и 1 разрежение относительно давления раствора на входе фильтра 7, при этом раствор из аппарата 9 поднимается по трубке 6 вверх. В начале подъема раствора сигнал датчика 5, пропорциональный разности давлений в пробоотборной трубке 6 и в транспортной трубке 1, равен нулю. В некоторый момент времени раствор перекрывает свободное отверстие транспортной трубки 1, контроллер 15 фиксирует отличие сигнала датчика 5 от нуля и отключает регулятор 13. Так как скорость роста гидростатического давления столба раствора, принимаемого в пробоотборную трубку 6, отставала от скорости подъема разрежения в пробоотборной трубке 6, то после отключения регулятора 13 раствор поднимется выше уровня свободного отверстия транспортной трубки 1. В последней создается разрежение по отношению к трубке 6, которое фиксируется датчиком 5, после чего регулятор 13 включается в обратном направлении и медленно снижает разрежение в трубке 6 до момента возвращения к нулю разности давлений в пробоотборной трубке 6 и в транспортной трубке 1. После фиксации нулевого сигнала датчика 5, по сигналу датчика 11 запоминается значение величины разрежения P_h1, соответствующей гидростатическому давлению столба контролируемого раствора с высотой (h1-Н):

Исходя из измеренных значений давления P_H, разрежения P_h1, известной высоты h1, с учетом выражений (1) и (2) с помощью контроллера 15 определяют плотность ρ_р и уровень Н раствора в технологическом аппарате 9:

Определение плотности ρ_р и уровня Н раствора в аппарате 9 позволяет получить полезную технологическую информацию в ходе процедуры пробоотбора без дополнительных затрат и при отсутствии датчиков в технологическом аппарате с радиоактивным раствором. Кроме того, полученное значение плотности ρ_р используется для управления последующими действиями по отбору и передаче пробы.

После фиксации уровня раствора в трубке 6 на высоте h1 свободного конца трубки 1 в пробоотборную трубку 6 дополнительно принимается порция раствора с помощью регулятора 13. Если в верхней части пробоотборной трубки 6 или рядом с ней установлен датчик 16 контроля состава технологического раствора, в том числе и в варианте исполнения с расширением 17, то уровень раствора, принятого в трубку 6, должен находиться выше чувствительного элемента датчика 16. Момент достижения раствором заданного уровня и окончание процедуры приема раствора определяется по характеру изменения сигнала датчика 16 в ходе приема раствора. Если датчик 16 отсутствует, то в пробоотборную трубку 6 принимается порция, приблизительно равная заданному объему отбираемой пробы V_пр (мл). С этой целью разрежение в трубке 6 увеличивается на величину ΔР₆, после чего величина разрежения стабилизируется с помощью регулятора 13:

где: S₆ - площадь свободного поперечного сечения трубки 6, (см²).

В отсутствие датчика 16 окончание приема раствора в пробоотборную трубку 6 фиксируется по достижению разности давлений в трубках 1 и 6 примерного равенства величине ΔР₆. Затем в транспортную трубку 1 для последующей передачи в пробоприемную емкость 3 принимают порцию раствора, равную заданному объему V_пр. С этой целью регулятором 4 увеличивают разрежение в транспортной трубке 1. Требуемая величина приращения разрежения ΔP₁ в транспортной трубке 1 определяется как:

где: S₁ - площадь свободного поперечного сечения трубки 1, (см²).

Отношение площадей свободных сечений пробоотборной трубки 6 и транспортной трубки 1 может составлять от 10 до 100, соответственно, верхний уровень h₂ пробы заданного объема в вертикальной транспортной трубке 1 относительно ее свободного конца может оказаться в 10÷100 раз выше уровня раствора в пробоотборной трубке 6. Однако если технологический аппарат 9 сообщается с атмосферой и в нем отсутствует избыточное давление, то уровень раствора h_макс в транспортной трубке 1 относительно уровня поверхности раствора в аппарате 9 ограничивается техническим максимумом разрежения, который составляет примерно 80 кПа (100 кПа - полный вакуум). Соответственно:

Например, для ρ=1500 кг/м³ величина h_макс не должна превышать 5,5 м. В этом случае при внутреннем диаметре транспортной трубки 1, равном, например, 1,5 мм, и при нахождении свободного конца трубки 1 примерно на уровне раствора в аппарате ограничение на объем пробы составит 9 мл. Для увеличения объема пробы при необходимости начальный участок транспортной трубки 1 может быть выполнен, например, в виде восходящей вертикально спирали, что обеспечивает увеличение указанного объема при неизменном внутреннем диаметре транспортной трубки 1 и уровне раствора не выше допустимого. Если на высоте h₂ в вертикальном участке транспортной трубки 1 установлен сигнализатор 14 наличия раствора, то прием пробы в транспортную трубку 1 ведут до момента срабатывания сигнализатора 14.

После приема пробы в транспортную трубку 1 величина разрежения в пробоотборной трубке 6 с помощью регулятора 13 уменьшается, в трубке 6 постепенно снижается уровень раствора. При этом уровень раствора в транспортной трубке 1 относительно уровня в аппарате 9 остается неизменным, величина разрежения в транспортной трубке 1 относительно ее свободного конца также неизменна и равна гидростатическому давлению столба раствора в транспортной трубке 1, а разрежение в трубке 1 относительно трубки 6 синхронно увеличивается. После того, как величина разрежения в пробоотборной трубке 6 станет меньше гидростатического давления столба раствора высотой h1, уровень раствора в пробоотборной трубке 6 опустится ниже свободного конца трубки 1.

После удаления раствора из зоны соединения пробоотборной трубки 6 с транспортной трубкой 1 разрежение в пробоотборной трубке 6 стабилизируется с помощью регулятора 13, при этом уровень раствора в пробоотборной трубке 6 меньше величины h1 и остается постоянным. Перепад давлений между верхней поверхностью раствора в трубке 1 и поверхностью раствора в области свободного конца транспортной трубки 1 превысит гидростатическое давление порции пробы в трубке 1, проба раствора начнет перемещаться по трубке 1 в направлении пробоприемной емкости 3 в виде протяженной жидкостной «пробки», длина которой определяется ее объемом и площадью свободного поперечного сечения трубки 1. В этот момент по сигналу датчика 12 определяется расход воздуха, поступающего в транспортную трубку 1 через пробоотборную трубку 6. Скорость перемещения пробы пропорциональна величине указанного расхода, который регулируется изменением разрежения в газовой фазе приемной емкости 3 с целью стабилизации скорости пробы в пределах 200÷500 м/час. Если скорость перемещения будет завышена, «пробка» раствора в транспортной трубке 1 может разорваться на несколько «пробок», перемежаемых пузырьками воздуха, в результате чего на стенках трубки 1 после прохождения пробы может остаться некоторое количество раствора. Это приведет к уменьшению принятого в емкость 3 объема пробы. Кроме того, при передаче следующей пробы она будет перемешиваться в трубке 1 с остатками предыдущей, что повлияет на представительность результатов определения состава.

На скорость перемещения пробы влияет величина перепада высот начала и конца «пробки» раствора, а также гидродинамическое сопротивление трубки 1, которое, в свою очередь, зависит от длины «пробки» раствора. В частности, после того, как начало «пробки» достигнет приемной емкости 3 и раствор начнет поступать в емкость 3, гидродинамическое сопротивление начнет быстро снижаться, а скорость перемещения возрастать. Момент начала приема фиксируется в контроллере 15 по сигналу сигнализатора 2 наличия раствора и производится соответствующая корректировка алгоритма регулирования скорости. Окончание приема раствора в емкость 3 фиксируют как по сигналу датчика 2, так и по скачку давления в приемной емкости 3. Ограничение скорости перемещения раствора во время его приема в емкость 3 может быть реализовано также с помощью дополнительного электромагнитного клапана (на фиг. 1 не показан), устанавливаемого на линии трубки 1 перед емкостью 3. По командам контроллера 15 клапан периодически закрывается при превышении скоростью перемещения заданной величины.

В варианте исполнения устройства (см. фиг. 2) прием пробы производится в расширенную верхнюю часть транспортной трубки 1, используемую в качестве пробоприемной емкости 3, в которой размещен датчик 16 контроля состава технологического раствора. В этом случае контроль процесса поступления раствора в пробоприемную емкость 3 производится по сигналу сигнализатора 2 наличия раствора, уровень заполнения емкости 3 фиксируется датчиком и затем поддерживается неизменным с помощью регулятора 4. Порция пробы практически полностью находится в пробоприемной емкости 3, поэтому разрежение, требуемое для поддержания уровня раствора в окрестности сигнализатора 2, невелико, примерно 5÷15 кПа. В этих условиях возможен отбор пробы из емкости 3 с последующим разведением и выдачей разведенной пробы, например, в соответствии с известным способом отбора и доставки проб радиоактивных растворов по патенту РФ на изобретение №2485473.

В принципе, в одном из вариантов исполнения устройство может быть дополнительно снабжено нормально открытым управляемым запорным клапаном, размещенным на пробоотборной трубке 6 между фильтром 7 и свободным концом транспортной трубки 1 (на чертежах не показан). В этом случае в пробоотборную трубку 6 с помощью регулятора 13 раствор принимается до уровня, обеспечивающего заданный объем пробы выше свободного конца транспортной трубки 1. Перед передачей пробы клапан перекрывает нижнюю часть пробоотборной трубки 6, а в ее верхней части с помощью регулятора 13 создается избыточное давление, которое может значительно превышать указанную выше величину 80 кПа и быть достаточным для передачи пробы большого объема на заданную высоту. Управляемый клапан может быть выполнен с передачей механического усилия от пневматического привода, размещаемого над верхним концом пробоотборной трубки 6, через длинную вертикальную тягу к запирающему исполнительному органу. С другой стороны, применение запорного клапана усложняет конструкцию устройства и снижает его надежность.

Таким образом, в условиях каньонного размещения технологического оборудования, характеризуемого значительным перепадом высот между местом выдачи пробы над перекрытием каньона и точкой пробоотбора в технологическом аппарате, предложенное решение позволяет исключить дополнительное оборудование по подъему контролируемого технологического раствора к точке отбора пробы, что повышает надежность процедуры пробоотбора.

Кроме того, изобретение дает возможность обеспечить ремонтопригодность устройства отбора и доставки проб за счет того, что его ответственные узлы находятся над перекрытием каньона. Вместе с тем, использование заявленного изобретения позволяет существенно снизить стоимость наиболее частого пробоотборного контроля средне- и малоактивных технологических продуктов переработки ОЯТ.

К значимым преимуществам заявленного изобретения по сравнению с применяемым в настоящее время на радиохимических заводах способом отбора и доставки проб относится также возможность отбора проб на перетоках между ступенями центробежных экстракционных аппаратов. Дополнительная информация о плотности контролируемого раствора и его уровне в технологическом аппарате позволит исключить затраты на отдельные устройства, предназначенные для определения указанных параметров в точках пробоотбора.

Кроме того, включение в состав циклически работающего пробоотборного устройства датчика контроля состава раствора существенно расширяет возможности оперативного аналитического контроля технологического процесса переработки ОЯТ. Последнее связано с тем фактом, что размещение точных и избирательных датчиков контроля состава в зоне установки технологического оборудования практически невозможно в силу наличия интенсивного гамма-излучения и сложности их дистанционного обслуживания. Вынос датчиков контроля состава из каньона позволяет обеспечить как их обслуживание, так и защиту от гамма-излучения больших объемов технологических растворов.

Изобретение относится к области радиохимии, а именно к обращению с радиоактивными растворами при переработке облученного ядерного топлива. Способ отбора и доставки проб радиоактивных растворов, включающий отбор пробы с помощью пробоотборного устройства, ввод пробы раствора в капиллярную транспортную трубку, создание положительного перепада давления газовой фазы в транспортной трубке до и после пробы в направлении ее перемещения, регулирование величины положительного перепада давления для ограничения скорости перемещения пробы по транспортной трубке и прием пробы в пробоприемную емкость, при этом в качестве пробоотборного устройства используют пробоотборную трубку, предварительно свободный конец транспортной трубки соединяют с внутренней полостью пробоотборной трубки выше свободного конца последней, вертикально погружают свободный конец пробоотборной трубки в радиоактивный раствор, производят предварительное заполнение радиоактивным раствором пробоотборной трубки выше точки ее соединения со свободным концом транспортной трубки, создавая соответствующее разрежение газовой фазы в пробоотборной трубке относительно давления в растворе у свободного конца пробоотборной трубки, затем осуществляют ввод порции пробы радиоактивного раствора в транспортную трубку, увеличивая с заданной скоростью до заданной величины разрежение газовой фазы в транспортной трубке, после чего уменьшают величину разрежения газовой фазы в пробоотборной трубке таким образом, чтобы уровень радиоактивного раствора в пробоотборной трубке был установлен ниже свободного конца транспортной трубки, и переходят к перемещению пробы по транспортной трубке с последующим приемом пробы в пробоприемную емкость. Заявлено также устройство для отбора и доставки проб радиоактивных растворов. Технический результат - повышение надежности операций отбора и доставки проб средне- и малоактивных радиоактивных растворов. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ отбора и доставки проб радиоактивных растворов, включающий отбор пробы с помощью пробоотборного устройства, ввод пробы раствора в капиллярную транспортную трубку, создание положительного перепада давления газовой фазы в транспортной трубке до и после пробы в направлении ее перемещения, регулирование величины положительного перепада давления для ограничения скорости перемещения пробы по транспортной трубке и прием пробы в пробоприемную емкость, отличающийся тем, что в качестве пробоотборного устройства используют пробоотборную трубку, предварительно свободный конец транспортной трубки соединяют с внутренней полостью пробоотборной трубки выше свободного конца последней, вертикально погружают свободный конец пробоотборной трубки в радиоактивный раствор, производят предварительное заполнение радиоактивным раствором пробоотборной трубки выше точки ее соединения со свободным концом транспортной трубки, создавая соответствующее разрежение газовой фазы в пробоотборной трубке относительно давления в растворе у свободного конца пробоотборной трубки, затем осуществляют ввод порции пробы радиоактивного раствора в транспортную трубку, увеличивая с заданной скоростью до заданной величины разрежение газовой фазы в транспортной трубке, после чего уменьшают величину разрежения газовой фазы в пробоотборной трубке таким образом, чтобы уровень радиоактивного раствора в пробоотборной трубке был установлен ниже свободного конца транспортной трубки, и переходят к перемещению пробы по транспортной трубке с последующим приемом пробы в пробоприемную емкость.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулирование величины положительного перепада давления при перемещении пробы осуществляют за счет изменения величины разрежения в газовой фазе транспортной трубки и/или величины избыточного давления в пробоотборной трубке.

3. Устройство для отбора и доставки проб радиоактивных растворов, включающее пробоотборное устройство, установленное в технологическом аппарате или на трубопроводе, датчик расхода газовой фазы, транспортную капиллярную трубку, выход которой снабжен сигнализатором наличия раствора и соединен с пробоприемной емкостью, которая, в свою очередь, соединена с регулятором давления-разрежения и отрицательным входом датчика дифференциального давления, электрический вход регулятора давления-разрежения соединен с выходом управляющего контроллера, а входы контроллера подключены к электрическим выходам сигнализатора наличия раствора, датчика дифференциального давления и датчика расхода газовой фазы, отличающееся тем, что в качестве пробоотборного устройства используется пробоотборная трубка и соединенный с ее верхней частью второй регулятор давления-разрежения, электрический вход которого соединен со вторым выходом управляющего контроллера, свободный конец транспортной трубки герметично соединен с внутренней полостью пробоотборной трубки выше ее свободного конца, погруженного в контролируемый раствор, верхняя часть пробоотборной трубки присоединена к отрицательному входу второго дополнительного датчика дифференциального давления, электрический выход которого присоединен к дополнительному входу управляющего контроллера.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что верхняя часть пробоотборной трубки соединена со вторым регулятором давления-разрежения через датчик расхода газовой фазы, электрически подключенный к управляющему контроллеру.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что положительный вход первого дифференциального датчика давления соединен с верхней частью пробоотборной трубки, а положительный вход второго дифференциального датчика давления соединен с газовой фазой технологического аппарата.

6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что устройство снабжено вторым сигнализатором наличия раствора, установленным на начальном участке транспортной трубки выше точки ее присоединения к пробоотборной трубке, а выход сигнализатора подключен ко входу управляющего контроллера.

7. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что свободный конец пробоотборной трубки, находящейся в контролируемом растворе, снабжен фильтром.

8. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что часть начального участка транспортной трубки выполнена в виде спирали.

9. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что верхняя часть пробоотборной трубки выполнена с расширением, в котором дополнительно установлен датчик контроля состава технологического раствора.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что в качестве пробоприемной емкости используется транспортная емкость, предназначенная для доставки пробы радиоактивных растворов к аналитическому прибору.

11. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что верхняя часть транспортной трубки выполнена в виде расширения, которое используется в качестве пробоприемной емкости.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что в расширении верхней части транспортной трубки дополнительно установлен датчик контроля состава технологического раствора.

13. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что вокруг пробоприемной емкости установлена дополнительная оболочка для радиационной защиты персонала.