CN103100528B - 一种清洗除钠的工艺和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于快中子反应堆技术领域,公开了一种清洗除钠的工艺和系统,该工艺包括惰性环境的建立、待清洗设备的吊装、系统的预热、水蒸汽清洗、水清洗、干燥、清洗废液的处理和排放步骤;该系统主要包括液氮低温贮槽(1)、电热蒸汽发生器(2)、清洗罐(3)、废液收集罐(6)、氢分析仪(10),还包括水蒸汽冷凝器(7)和气液分离器(9)。本发明提供的清洗除钠的工艺和系统,能够避免爆炸危险、预防结构材料表面过热且能对设备内残留的钠进行有效、快速的清洗。

Description

一种清洗除钠的工艺和系统
技术领域
 本发明属于快中子反应堆技术领域,具体涉及一种清洗除钠的工艺和系统。
背景技术
快堆采用钠作为冷却剂,使得它不同于水堆,由于钠的存在给设备的检查、维修和更换等操作带来了一定的技术难度,必须增加清洗除钠的过程。
清洗除钠是为了除去设备内残留的钠、氧化钠(Na2O)、氢化钠(NaH)和沉积在冷区的钠气溶胶。中国实验快堆(CEFR)内可更换的主要设备如一回路钠循环泵、中间热交换器、安全棒驱动机构、补偿-调节棒驱动机构、换料机、装卸料提升机、二回路钠循环泵等的更换、检修都需要进行清洗除钠。
法国、德国和俄罗斯等研究钠冷快堆较早的国家对于含钠设备进行了基于水的清洗方法、基于醇的清洗方法和蒸馏清洗法的研究。基于水的清洗方法包括水蒸汽清洗法和水雾法,水蒸汽清洗法的过程实质上是金属钠与水的化学反应过程,该反应为激烈的、瞬间、放热反应,伴随着大量的氢气放出,氢气与空气中的氧所形成的混合气有着火和爆炸的危险,同时产生碱性的氢氧化钠腐蚀液。因此急需研究一种能够避免爆炸和腐蚀危险的除钠工艺及系统。
发明内容
(一)发明目的
根据现有技术所存在的问题,本发明提供了一种能够避免爆炸危险、预防结构材料表面过热且能对设备内残留的钠进行有效、快速清洗的工艺及其相应的系统。
(二)技术方案
为了解决现有技术所存在的问题,本发明是通过以下技术方案实现的:
一种清洗除钠的工艺,该工艺包括以下步骤:
(1)惰性环境的建立 
启动真空泵8,将清洗除钠的系统抽真空至-90kPa后充氮气至0.01MPa;
(2)待清洗设备的吊装
将待清洗的设备吊入清洗罐3内的清洗吊篮中,并将清洗罐3密封;
(3)系统的预热        
对电热蒸汽发生器(2)与清洗罐(3)相连的管道及清洗罐(3)进行电加热; 
(4)水蒸汽清洗
先后向清洗罐3通入氮气和水蒸汽,对待清洗设备清洗过程中产生的混合气体经清洗罐3排出,该气体经冷凝并经气液分离器9分离后,利用氢分析仪10连续监测该气体中氢的含量,若氢含量超过1%(体积百分数),则切断水蒸汽进口阀;若氢含量低于0.5%(体积百分数),则开启水蒸汽进口阀,重复以上操作,直至排出气体中氢含量稳定且小于0.5%(体积百分数),并经延迟(5~10)min后,结束水蒸汽的清洗操作;
氮气和清洗中产生的不凝结气体经气液分离器9分离后排出,水蒸汽变成冷凝液排入废液收集罐6;
(5)水清洗
水蒸汽清洗结束后,继续通氮气,并从清洗罐3底部注入室温的自来水,当氢含量达到0.5%(体积百分数)时,关进水阀和排出清洗水。当氢含量小于0.5%(体积百分数)时,启动系统的离心泵4进行封闭式的循环动态清洗,并利用电导仪5测量清洗液中的氢氧化钠的浓度,当它的浓度小于0.1g/L时结束水清洗。否则,重新注入新的自来水,再次进行循环清洗;
(6)干燥
    利用电加热将清洗后的设备烘干,并将系统充氮气至0.05MPa;
(7)清洗废液的处理和排放
在废液收集罐中加入工业纯浓硝酸,使废液的PH达到6—9后排放到工业下水道中。
其优选方案为,该工艺所用水蒸汽为过热水蒸汽,其温度范围为(120~155)℃;所述步骤(3)中启动电加热,使清洗罐温度达到(70~90)℃,热蒸汽发生器2与清洗罐3相连的管道温度达到(100~120)℃。所述步骤(4)是先向清洗罐通入氮气,使清洗罐压力为0.15MPa-0.45MPa后通入水蒸汽。
与除钠工艺相对应的清洗除钠系统,该系统主要包括液氮低温贮槽1、电热蒸汽发生器2、清洗罐3、废液收集罐6、氢分析仪10,关键在于,该系统还包括水蒸汽冷凝器7和气液分离器9,该水蒸汽冷凝器7和气液分离器9可使水蒸汽完全冷凝变成水而与废气分离开来。
所述的清洗罐3中设有清洗吊篮,待清洗的设备都置入清洗吊篮;清洗罐3一侧的上部和下部分别设有氮气和水蒸汽入口,并在另一侧中上部设有清洗后产生的混合气体的出口,清洗罐3的底部设有自来水入口。
所述的氢分析仪10安装于气液分离器9之后。
(三)有益效果
利用本发明提供的清洗除钠的工艺及系统对钠进行清洗,具有以下有益效果:
(1)有效防止了水蒸汽进入废气管道,确保氢气的准确监测。水蒸汽清洗残留有钠的设备时,与钠未发生反应的水蒸汽会从废气排放口排出、冷凝成水而沉积,这对钠冷快堆来说是不允许的,同时大量的水蒸汽干扰氢气的准确监测,因此通过水蒸汽冷凝器和气液分离器就使得水蒸汽完全冷凝变成水与废气分离开来,防止了水蒸汽进入废气管道,同时由于只有在加压的工况下,混有氮气的水蒸汽才能够在冷凝器中充分冷凝,因此控制清洗罐中的压力为0.15MPa-0.45MPa。
(2)能够有效、安全地进行清洗除钠的操作。本发明采用温度为(120~155)℃的过热水蒸汽对残留有钠的设备进行清洗,能够加快水蒸汽与钠反应的速度;采用氮气稀释并且采用氢分析仪在线监测经气液分离器分离后的混合气体中的氢含量,当氢含量超过1%(体积百分数),则切断水蒸汽进口阀,保证了整个清洗过程安全、有效进行。
(3)在清洗完全的前提下减少了废液排放量。水清洗阶段当氢含量小于0.5%(体积百分数)时,启动系统的离心泵进行封闭式的循环动态清洗,保证了清洗的完全性和减少了清洗废液的排放量,并且利用电导仪监测水清洗的效果。
附图说明
图1:清洗除钠工艺示意图;
1:液氮低温贮槽; 2:电热蒸汽发生器;3:清洗罐; 4:离心泵;5:电导仪;6:废液收集罐;7:水蒸汽冷凝器;8:真空泵;9:气液分离器;10:氢分析仪。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述。
一种清洗除钠的工艺,该工艺的步骤为:
(1)惰性环境的建立 
启动真空泵8,将系统抽真空至-90kPa后充氮气至0.01MPa;
(2)待清洗设备的吊装
将待清洗的设备吊入清洗罐3内的清洗吊篮中,并将清洗罐3密封;
(3)系统的预热        
启动电加热,对清洗罐3和电热蒸汽发生器2与清洗罐3相连的管道进行加热;以防止水蒸汽在冷的设备和管道上凝结成水而造成钠与水珠剧烈反应。
(4)水蒸汽清洗
先后向清洗罐3通入氮气和水蒸汽,对待清洗设备清洗过程中产生的混合气体经清洗罐3排出,该气体经冷凝并经气液分离器9分离后,利用氢分析仪10连续监测该气体中氢的含量,若氢含量超过1%(体积百分数),则切断水蒸汽进口阀;若氢含量低于0.5%(体积百分数),则开启水蒸汽进口阀,重复以上操作,直至排出气体中氢含量稳定且小于0.5%(体积百分数),并经延迟(5~10)min后,结束水蒸汽的清洗操作。
氮气和清洗中的反应产物氢气等不凝结气体经气液分离器9分离后排出,水蒸汽变成冷凝液排入废液收集罐6。
(5)水清洗
为了清洗设备上残余的钠和氢氧化钠,水蒸汽清洗结束后,继续通氮气,并从清洗罐3底部注入室温的自来水,当氢含量达到0.5%(体积百分数)时,关进水阀和排出清洗水。当氢含量小于0.5%(体积百分数)时,启动系统的离心泵进行封闭式的循环动态清洗,并利用电导仪5测量清洗液中的氢氧化钠的浓度,当它的浓度小于0.1g/L时结束水清洗。否则,重新注入新的自来水,再次进行循环清洗。
(6)干燥
    利用电加热将清洗后的设备烘干,并将系统充氮气至0.05MPa。
(7)清洗废液的处理和排放
在废液收集罐中加入工业纯浓硝酸,使废液的PH达到6—9后排放到工业下水道中。
实施例1
待清洗的残留有钠的设备选用的为内径为40mm, 长度为607mm的钠管道,含钠量为306.7克。按照上述清洗的工艺步骤建立惰性环境使系统充氮气至0.01MPa、吊装好待清洗管道和对系统进行预热使清洗罐的温度为70℃,电热蒸汽发生器2与清洗罐3相连的管道为100℃,通入氮气,调节清洗罐3的压力为0.15MPa时,开启水蒸汽进口阀,控制过热水蒸汽的温度为120℃,控制水蒸汽的流量为72.1kg/h,氮气的流量为43.9m3/h。15min后氢分析仪10的读数为1%(体积百分数),水蒸汽进口阀自动关闭;3min后氢的含量小于0.5%(体积百分数),手动开启水蒸汽进口阀;重复以上操作,直至排出气体中氢含量稳定且小于0.5%(体积百分数);然后关闭氮气进口阀,继续通入10min的水蒸汽,若氢分析仪10无读数显示则结束过水蒸汽和氮气的清洗操作。氮气和清洗中的反应产物氢气等不凝结气体经气液分离器9分离后排出,水蒸汽变成冷凝液排入废液收集罐6。
在水清洗阶段,氢气的含量未出现大于0.5%(体积百分数)的情况。结束水清洗后,完成干燥、清洗废液的处理和排放工序,打开清洗罐上法兰,从吊篮中拿出钠管道,发现其中的钠已被清洗干净,外观无异常现象。
实施例2
与实施例1所用的方法、步骤、待清洗设备的形状和含钠量相同,过热水蒸汽的温度为140℃,清洗罐的温度为80℃,电热蒸汽发生器2与清洗罐3相连的管道为110℃,清洗罐的压力为0.38MPa。
清洗过程结束后,从吊篮中拿出钠管道,发现其中的钠已被清洗干净,外观无异常现象。
实施例3
与实施例1所用的方法、步骤、待清洗设备的形状和含钠量相同,过热水蒸汽的温度为155℃,清洗罐的温度为90℃,电热蒸汽发生器2与清洗罐3相连的管道为120℃,清洗罐的压力为0.45MPa。
清洗过程结束后,从吊篮中拿出钠管道,发现其中的钠已被清洗干净,外观无异常现象。
实施例4
与除钠工艺相对应的清洗除钠系统,该系统主要包括液氮低温贮槽1、电热蒸汽发生器2、清洗罐3、废液收集罐6、氢分析仪10,该系统还包括水蒸汽冷凝器7和气液分离器9,该水蒸汽冷凝器7和气液分离器9可使水蒸汽完全冷凝变成水而与废气分离开来。
所述的清洗罐3中设有清洗吊篮,待清洗的设备都置入清洗吊篮;清洗罐3一侧的上部和下部分别设有氮气和水蒸汽入口,并在另一侧中上部设有清洗后产生的混合气体的出口,清洗罐3的底部设有自来水入口。所述的氢分析仪10安装于气液分离器9之后。
实际操作过程为:
启动真空泵8,将系统抽真空至-90kPa后充氮气至0.01MPa;将待清洗的设备吊入清洗罐3内的清洗吊篮中,并将清洗罐3密封;
启动电加热,对清洗罐3和电热蒸汽发生器2与清洗罐3相连的管道进行加热,使清洗罐温度达到(70~90)℃,热蒸汽发生器2与清洗罐3相连的管道温度达到(100~120)℃。
通过清洗罐3的氮气入口通入氮气,使清洗罐中的压力为0.15~0.45MPa,然后通过水蒸汽入口通入水蒸汽,对待清洗设备清洗过程中产生的混合气体经清洗罐3排出,该气体经冷凝并经气液分离器9分离后,利用氢分析仪10连续监测该气体中氢的含量,若氢含量超过1%(体积百分数),则切断水蒸汽进口阀;若氢含量低于0.5%(体积百分数),则开启水蒸汽进口阀,重复以上操作,直至排出气体中氢含量稳定且小于0.5%(体积百分数),并经延迟(5~10)min后,结束水蒸汽的清洗操作。
氮气和清洗中的反应产物氢气等不凝结气体经气液分离器9分离后排出,水蒸汽变成冷凝液排入废液收集罐6。
水蒸汽清洗结束后,继续通氮气,并从清洗罐3底部注入室温的自来水,当氢含量达到0.5%(体积百分数)时,关进水阀和排出清洗水。当氢含量小于0.5%(体积百分数)时,启动系统的离心泵4进行封闭式的循环动态清洗,并利用电导仪5测量清洗液中的氢氧化钠的浓度,当它的浓度小于0.1g/L时结束水清洗。否则,重新注入新的自来水,再次进行循环清洗。
    利用电加热将清洗后的设备烘干,并将系统充氮气至0.05MPa。
在废液收集罐6中加入工业纯浓硝酸,使废液的PH达到6—9后排放到工业下水道中。
打开清洗罐3的法兰,从吊篮中拿出清洗后的设备,发现其中的钠已被清洗干净。

Claims (6)

1.一种清洗除钠的工艺,该工艺包括以下步骤:
(1)惰性环境的建立
将系统抽真空至-90kPa后充氮气至0.01MPa;
(2)待清洗设备的吊装
将待清洗的设备吊入清洗罐(3)内的清洗吊篮中,并将清洗罐(3)密封;
(3)系统的预热
对电热蒸汽发生器(2)与清洗罐(3)相连的管道及清洗罐(3)进行电加热;
(4)水蒸汽清洗
先后向清洗罐(3)通入氮气和水蒸汽,清洗过程中产生的混合气体经清洗罐(3)排出,该气体经冷凝并经气液分离器(9)分离后,利用氢分析仪(10)连续监测该气体中氢的含量,若氢含量超过1%(体积百分数),则切断水蒸汽进口阀;若氢含量低于0.5%(体积百分数),则开启水蒸汽进口阀,重复以上操作,直至排出气体中氢含量稳定且小于0.5%(体积百分数),并经延迟5~10min后,结束水蒸汽的清洗操作;
(5)水清洗
水蒸汽清洗结束后,继续通氮气,并从清洗罐(3)的底部注入室温的自来水,当氢含量达到0.5%(体积百分数)时,关进水阀和排出清洗水;当氢含量小于0.5%(体积百分数)时,启动系统的离心泵(4)进行封闭式的循环动态清洗,并利用电导仪(5)测量清洗液中的氢氧化钠的浓度,当它的浓度小于0.1g/L时结束水清洗,否则,重新注入新的自来水,再次进行循环清洗;
(6)干燥
将清洗后的设备烘干,并将系统充氮气至0.05MPa;
(7)清洗废液的处理和排放
在废液收集罐(6)中加入工业纯浓硝酸,使废液的PH达到6—9后排放到工业下水道中。
2.根据权利要求1所述的一种清洗除钠的工艺,其特征在于,所述的水蒸汽为过热水蒸汽,其温度范围为120~155℃。
3.根据权利要求1所述的一种清洗除钠的工艺,其特征在于,所述步骤(3)中的系统预热,使清洗罐温度达到70~90℃,电热蒸汽发生器(2)与清洗罐(3)相连的管道温度达到100~120℃。
4.根据权利要求1所述的一种清洗除钠的工艺,其特征在于,所述步骤(4)是先通入氮气,使清洗罐中的压力为0.15MPa-0.45MPa后开启水蒸汽进口阀。
5.与除钠工艺相对应的一种清洗除钠系统,其特征在于,该系统主要包括液氮低温贮槽(1)、电热蒸汽发生器(2)、清洗罐(3)、废液收集罐(6)、氢分析仪(10);该系统还包括水蒸汽冷凝器(7)和气液分离器(9),该水蒸汽冷凝器(7)和气液分离器(9)可使水蒸汽完全冷凝变成水而与废气分离开来;所述的清洗罐(3)中设有清洗吊篮,待清洗的设备都置入清洗吊篮;清洗罐(3)一侧的上部和下部分别设有氮气和水蒸汽入口,并在另一侧中上部设有清洗后产生的混合气体的出口,清洗罐(3)的底部设有自来水入口。
6.根据权利要求5所述的一种清洗除钠系统,其特征在于,所述的氢分析仪(10)安装于气液分离器(9)之后。
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