Способ импульсного пневматического транспортирования высокорадиоактивных отходов на захоронение и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к атомной технике, а именно к способам и устройствам для транспортирования высокорадиоактивных отходов, и может быть использовано в области регенерации ядерного топлива отработавших тепловыделяющих сборок ядерных реакторов и доставки их на захоронение, а также в других отраслях промышленности, где имеются радиоактивные и/или токсичные отходы. Выгрузку отходов из питателя и загрузку их в транспортный трубопровод осуществляют с последующим перемещением по нему посредством сжатого газа, подаваемого импульсами для создания волн конечной длины, причем загрузку твердых отходов с различными физико-химическими свойствами производят попеременно, чередуя, по мере необходимости, порции кусков отходов, содержащих вязкий осадок, с порциями твердых радиоактивных кусков отходов, не содержащих этого осадка. Устройство включает питатель, транспортный трубопровод (трассу) с соплами, соединенными с ресиверами и клапанами, и дополнительно содержит не менее одного питателя, не менее одного транспортного трубопровода и приемники, включающие вертикальный, горизонтальный и наклонный патрубки, при этом питатели соединены с транспортными трубопроводами, имеющими переключатели трасс, через приемники. Технический результат заключается в повышении надежности и улучшении эксплуатационной технологичности, в снижении расхода материалов и энергозатрат, значительно улучшаются условия труда и техники безопасности на производстве, повышается ресурс работы устройства и его эффективность, что особенно важно в условиях работы радиохимической промышленности. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к атомной технике, а именно к способам и устройствам для транспортирования высокорадиоактивных отходов, и может быть использовано в области регенерации ядерного топлива отработавших тепловыделяющих сборок (ТВС) различных ядерных реакторов и доставки их на захоронение, а также в других отраслях промышленности, где имеются радиоактивные и/или токсичные отходы.

Известны различные способы транспортирования высокорадиоактивных отходов на захоронение [1-4]. Однако они недостаточно надежны и характеризуются недостаточной технологичностью и безопасностью. Основные недостатки с использованием для транспортирования железнодорожного и автотранспорта связаны с нарушением экологии окружающей среды из-за просыпей высокорадиоактивного материала; недостатки же пневматического способа транспортирования обусловлены созданием аварийной обстановки в его работе в случае остановки при разрыве или истирании трубопровода. Все это значительно ухудшает условия труда и техники безопасности.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности способ пневматического транспортирования сыпучих материалов, который может быть использован для транспортировки высокорадиоактивных отходов на захоронение [5].

Известный способ заключается в последовательном перемещении порции кусков вдоль трубопровода с помощью газовых импульсов в соответствующие точки этого трубопровода. Согласно известному способу транспортируемый материал загружают в питатель, затем перемещают по транспортному трубопроводу, в который через определенные промежутки времени подают сжатый газ импульсами регулируемой величины для создания ударных волн конечной длины; при этом сжатый газ подают в трубопровод посредством ресиверов через клапаны синхронно с подачей порций транспортируемого материала последовательно так, что сначала подают порции материала, а затем посредством сопл - сжатый газ под давлением, не менее критического, образующий достаточные ударные волны. При этом известный способ недостаточно надежен, а также требует повышенного расхода реагентов и энергии. Дело в том, что после извлечения ядерного топлива (предшествующая стадия утилизации ТВС) в металлических кусках ряда ТВС остается осадок, типа силикатного геля, оседающий в трубопроводе, после которого трубопровод необходимо чистить, следовательно, затрачивать специальные материалы (химические реактивы, абразивы и пр.), что вызывает дополнительный расход газа и энергии для их транспортировки, а также занимает дополнительный объем в хранилище (могильнике). Следует отметить также, что согласно технологии ТВС различного типа, например стержневые, кольцевые и т.д. , режутся на куски разных размеров, которые обрабатываются, с целью извлечения ядерного топлива, эти куски содержатся в разных аппаратах-растворителях по условиям производства и поступают, соответственно, в разные накопители (питатели), а затем в разные отсеки хранилища на захоронение, что тоже приводит к неполному использованию объема хранилища.

Известны различные устройства для транспортировки высокорадиоактивных отходов на захоронение [1-4]; это могут быть специально оборудованные автомобили или железнодорожный транспорт, а также устройства для пневмотранспортирования. Известные устройства недостаточно надежны и безопасны вследствие неизбежных просыпей радиоактивного материала при транспортировке железнодорожным или автотранспортом, а также вследствие создания аварийной обстановки в случае остановки работы устройства для пневмотранспортирования при "забивании", разрыве или истирании трубопровода, что значительно ухудшает условия труда и техники безопасности.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности устройством, с помощью которого возможно транспортирование высокорадиоактивных твердых отходов на захоронение, является устройство, известное из [5]. Известное устройство содержит питатель, транспортный трубопровод, ресиверы и клапаны для подачи газа из ресиверов в транспортный трубопровод для перемещения кусков по нему в хранилище (могильник) на захоронение.

Однако известное устройство не позволяет подавать на захоронение куски из различных питательных (растворителей, накопителей и т.п.) в один и тот же отсек хранилища (могильника), что отрицательно сказывается на эксплуатационной технологичности и требует дополнительного расхода реагентов и повышения энергозатрат. Вместе с тем остановка работы устройства в случае закупоривания ("забивания"), разрыва или истирания транспортного трубопровода создает аварийную обстановку, снижающую надежность его работы и обусловливающую необходимость повышения энергозатрат, а также расхода различных материалов и реагентов.

Таким образом, к недостаткам известных способа и устройства можно отнести недостаточную надежность и эксплуатационную технологичность, а также низкую эффективность, вследствие увеличенного расхода различных реагентов и повышения энергозатрат.

Задача, на решение которой направлены заявляемые изобретения, состоит в повышении эксплуатационной технологичности и надежности и снижении расхода материалов и энергозатрат.

Для решения поставленной задачи сущность заявляемого способа состоит в том, что, в отличие от известного способа импульсного пневматического транспортирования, включающего выгрузку отходов из питателя (технологического аппарата, накопителя, растворителя и т. п.) и загрузку их в транспортный трубопровод, с последующим перемещением по нему посредством сжатого газа, подаваемого импульсами для создания волн конечной длины, согласно изобретению загрузку твердых отходов с различными физико-химическими характеристиками (свойствами) производят попеременно, чередуя, по мере необходимости, порции кусков отходов, содержащих вязкий осадок (например, типа силикатного геля), с порциями твердых радиоактивных же кусков отходов, но не содержащих этого осадка.

Таким образом, очистку от вязкого осадка, образующегося в процессе транспортирования радиоактивных отходов в трубопроводе, осуществляют также радиоактивными твердыми отходами, но уже не содержащими этого осадка.

Кроме того, для дальнейшего улучшения технологии и увеличения полноты заполнения могильника порции различных по размеру кусков (из разных питателей-растворителей) подают в транспортный трубопровод и перемещают поочередно.

Также для решения поставленной задачи заявляемый способ осуществляют в устройстве, которое, в отличие от известного устройства, включающего питатель, транспортный трубопровод (трассу) с соплами, соединенными с ресиверами и клапанами, согласно изобретению дополнительно содержит не менее одного питателя, а также не менее одного транспортного трубопровода (дополнительно) и приемники, включающие вертикальный, горизонтальный и наклонный патрубки, при этом питатели соединены с транспортными трубопроводами, имеющими переключатели трасс, через приемники.

Горизонтальный и наклонный патрубки приемника могут иметь сопла для подачи газа.

Кроме того, приемники соединены между собой переключателями трасс с помощью горизонтальных патрубков.

Устройство может также иметь резервные трубопроводы, соединенные переключателями трасс с основными трубопроводами и между собой.

Именно заявляемые конструктивные отличия, признаки устройства для импульсного пневматического транспортирования твердых радиоактивных отходов, позволяют реализовать заявляемый способ, тем самым обеспечивая решение поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретений, заключается в повышении надежности и улучшении эксплуатационной технологичности, а также в снижении расхода материалов и энергозатрат.

Кроме того, значительно улучшаются условия труда и техники безопасности на производстве. Значительно также повышается ресурс работы устройства и его эффективность, что особенно важно в условиях работы радиохимической промышленности.

Изобретение поясняются чертежами.

На фиг. 1 представлена схема устройства для осуществления заявляемого способа.

На фиг. 2 изображен приемник.

Устройство содержит (см. фиг. 1) транспортные трубопроводы (трассы) 1, например, три: а, б, в, к которым подключены питатели 2 (а, б, в) (это могут быть технологические аппараты, например растворители отработавшего ядерного топлива типа [6]) через приемники 3 (выделены пунктиром). Вдоль транспортных трубопроводов расположены сопла (на чертеже показан стрелками) для подачи импульсов газа из ресиверов (на чертеже не показаны) через быстродействующие клапаны (на чертеже не показаны). Имеются также переключатели 4 трасс (трубопроводов) для переключения потока транспортируемых (перемещаемых) материалов с одного трубопровода (трассы) на другой. Каждый трубопровод соединен (заканчивается) с одним из отсеков хранилища (могильника) 5, типа описанного в [7].

При этом приемник 3 (см. фиг. 2) состоит из вертикального (соединительного) 6, наклонного 7 и горизонтального 8 участков. Кроме того, приемник имеет сопла (на чертеже показаны стрелками), обеспечивающие возможность подачи импульсов газа для перемещения кусков как в наклонный, так и в горизонтальный участки.

Заявляемый способ и устройство осуществляются следующим образом.

Рассмотрим, например, трассу 1а.

Куски радиоактивных отходов из питателя 2а поступает в приемник 3 трубопровода 1а. Под действием газовых импульсов, подаваемых через сопла (обозначены на чертеже стрелками), куски перемещаются по трубопроводу в один из отсеков хранилища 5. В случае истирания или разрыва транспортного трубопровода 1а или какой-либо технологической (производственной) необходимости питатель 2а переключают, например, на трассу 1б, переключателем 4.

По мере накопления в трассе, например в трубопроводе 1б, вязкого осадка типа силикатного геля (или какого-то другого) возникает необходимость его очистки. В таком случае осуществляют транспортировку твердых радиоактивных отходов, не содержащих такого осадка, из питателя 2в по трубопроводу 1б через переключатель 4, соединяющий трассы 1б и 1в. Таким образом, происходит механическая очистка трубопровода без дополнительного использования абразивов или химических реагентов, а переключатель 4, расположенный между питателями 2б и 2в, обеспечивает дополнительную возможность переключения питателя 2в на трассу 1б.

Из питателей 2 трасс 1а и 1в через соответствующий переключатель 4 можно транспортировать куски радиоактивных отходов разных размеров поочередно в один и тот же отсек могильника.

Таким образом, в зависимости от размеров, а также от физико-химических свойств этих кусков (транспортируемых отходов) и осадков, содержащихся или отсутствующих в них, подают необходимый (заданный) газовый импульс.

Применение заявляемых способа и устройства позволяет увеличить надежность и безопасность транспортирования высокорадиоактивных отходов за счет обеспечения возможности переключения потока транспортируемых материалов на другую трассу без остановки процесса. Вместе с тем значительно увеличивается эксплуатационная технологичность, а также повышается эффективность с одновременным снижением расхода различных специальных реагентов и уменьшением энергозатрат, за счет исключения дополнительных операций по очистке трубопровода абразивами или растворителями, которые в процессе очистки также становятся радиоактивными, что особенно важно в радиохимической промышленности.

Изобретения позволяют использовать для очистки трубопроводов радиоактивные твердые отходы, на содержащие осадка, из другой технологической цепочки, а также дают возможность увеличить полноту заполнения могильника за счет обеспечения возможности поочередного поступления в него различных фракций отходов из разных растворителей.

Изобретения позволяют освободить технологический аппарат (питатель, растворитель и т.д.) для того, чтобы он снова начал работать, не дожидаясь, пока протранспортируется весь "хлам" на захоронение.

Все это удешевляет процесс захоронения, сокращает время, требуемое для утилизации и захоронения ядерных отходов, повышает экономичность, эффективность и ресурс, а также улучшает условия труда и техники безопасности.

Литература 1. Гиннифф М. "Захоронение радиоактивных отходов". Атомная техника за рубежом, 1984, N 7, с. 42.

2. А.К. Смолдырев. "Трубопроводный транспорт". М., "Недра", 1970 г.

3. Борисов Г.Б., Савельев В.Ф. "Переработка и хранения металлических отходов от регенерации отработавшего ядерного топлива". Атомная техника за рубежом, 1978, N 8, с. 23.

4. Реформатский. "Горячие и изотопные лаборатории". М., Атомиздат, 1971, с. 280.

5. А.с. СССР N 604771 (прототип).

6. Патент РФ N 2105361.

7. А.с. СССР N 735100.

Формула изобретения

1. Способ импульсного пневматического транспортирования радиоактивных твердых отходов на захоронение, включающий выгрузку отходов из питателя и загрузку их в транспортный трубопровод с последующим перемещением по нему посредством сжатого газа, подаваемого импульсами для создания волн конечной длины, отличающийся тем, что загрузку твердых отходов с различными физико-химическими свойствами производят попеременно, чередуя порции кусков отходов, содержащих вязкий осадок, с порциями твердых радиоактивных кусков отходов, не содержащих этого осадка.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что загрузку порций кусков различных размеров осуществляют поочередно.

3. Устройство для осуществления способа импульсного пневматического транспортирования радиоактивных твердых отходов на захоронение, включающее питатель, транспортный трубопровод с соплами, соединенными с ресивером и клапанами, отличающееся тем, что оно содержит дополнительно не менее одного питателя и не менее одного дополнительного транспортного трубопровода, а также приемники, содержащие вертикальный, горизонтальный и наклонный патрубки, при этом питатели соединены с транспортными трубопроводами, имеющими переключатели трасс, через приемники.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что горизонтальный и наклонный патрубки приемника имеют сопла для подачи газа.

5. Устройство по пп. 3 и 4, отличающееся тем, что приемники соединены между собой с помощью горизонтальных патрубков, переключателями трасс.

6. Устройство по пп. 3 - 5, отличающееся тем, что оно имеет резервные трубопроводы, соединенные переключателями трасс с основными трубопроводами и между собой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2