CN109994241A - 百公斤级固体放射性废物固化处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是涉及放射性废物处理技术领域，为百公斤级固体放射性废物固化处理系统，水泥内罐放置于钢制密封外罐容器内部；钢制密封外罐使用耐高温Q345R锅炉用钢加工制成，包容反应产气及放射性气溶胶;钢制外罐容器上有6个DN25接口\一个DN80接口和一个DN125接口,其中一个DN25接口接电磁卸压阀以及放射性气溶胶过滤装置，另一个DN25接口接真空泵、取气装置以及放射性气溶胶过滤装置，另有四个DN25接口接压力传感器或者备用；一个DN80接口的外法兰板上安装的两个两芯航空插头转接点火线；一个DN125接口的外法兰板上安装的五个八芯航空插头转接测量信号线。本发明具有能耗低、工序少、操作简单等优点。
Description
技术领域
本发明是一种基于自蔓延铝热反应的百公斤级固体放射性废物固化处理系统，可满足固体放射性废物固化处理需求。
背景技术
核设施发使用和发展会产生大量的固化放射性废物，其中的α废物具有半衰期长以及毒性大等特点，必需将其固化在稳定的结构中才能进行地质处置。在α废物固化处理技术领域内，利用自蔓延 (Self-Propagating High-Temperature Synthesis, SHS) 技术高温合成技术制备人造岩石合成岩石法固化α废物是一种比较有前景的技术路线。与传统固化技术相比，SHS技术在反应过程中不需外部供能，反应可自持进行，对设备和保障条件（如供电）要求低，在α废物处理方面有独特的优势。作为一种高温合成技术，反应过程中必然会挥发出一定的气体或气溶胶，有可能对现场操作人员及设备造成二次污染，因此反应需在密封装置中进行。
发明内容
发明目的：本发明基于铝热自持反应，设计一种具有双层结构的百公斤级固体放射性废物固化处理系统，具有能耗低、工序少、操作简单等优点，具有较高的经济和社会价值。
技术方案：本发明是这样实现的：包括由水泥内罐、钢制密封外罐、直流点火装置、测量控制系统、电磁卸压阀、放射性气溶胶过滤系统、取气瓶、温度测量热电偶、压力传感器以及真空泵；水泥内罐放置于钢制密封外罐容器内部；钢制密封外罐使用耐高温Q345R锅炉用钢加工制成，包容反应产气及放射性气溶胶;钢制外罐容器上有6个DN25接口\一个DN80接口和一个DN125接口,其中一个DN25接口接电磁卸压阀以及放射性气溶胶过滤装置，另一个DN25接口接真空泵、取气装置以及放射性气溶胶过滤装置，另有四个DN25接口接压力传感器或者备用；一个DN80接口的外法兰板上安装的两个两芯航空插头转接点火线；一个DN125接口的外法兰板上安装的五个八芯航空插头转接测量信号线。
该系统主要由水泥内罐、钢制密封外罐、直流点火装置、测量控制系统、电磁卸压阀、放射性气溶胶过滤系统、取气瓶、温度测量热电偶、压力传感器以及真空泵组成。系统中的水泥内罐使高铝水泥浇注，用来放置放射性性固化废物及反应材料，反应时放置于钢制密封外罐容器内部，反应后与固化产物一同取出，作为废物包装容器与固化产物一起放置于废物处置库，内罐为一次性使用。钢制密封外罐使用耐高温Q345R锅炉用钢加工制成，用来包容反应产气及放射性气溶胶。钢制外罐容器上有6个DN25接口，一个DN80接口，和一个DN125接口。其中一个DN25接口接电磁卸压阀以及放射性气溶胶过滤装置，可以将实验后产生的放射性气体过滤处理；第二个DN25接口接真空泵、取气装置以及放射性气溶胶过滤装置，可对实验过程中产生的气体进行取样，同时使用真空泵可将卸压结束后残余的放射性气体进行无害化处理；另有4个DN25接口可接压力传感器或者备用。一个DN80接口的外法兰板上安装2个2芯航空插头，用来转接点火线；一个DN125接口的外法兰板上安装5个8芯航空插头，用来转接测量信号线。外罐可重复使用，其使用寿命不低于10年。测温热电偶及压力传感器用来对固化反应过程及容器安全参数持续进行监测。点火前，在固体放射性废物中掺入一定比例的铝热剂，由直流电火装置可直接触发，点火装置采用铅蓄电池供电，供电电压不超过36V，点火线采用Φ10mm以上铜钱，点火电流不超过30A。使用电磁卸压阀和放射性气溶胶过滤系统用可以对反应产气进行自动化无害处理。如有气体成份监测需要，可通过切换电磁阀使用取气瓶对反应产气进行取样。可使用真空泵及后续配套的放射性气溶胶过滤系统对钢制外罐容器内残存的废气进行再处理，确保外罐容器不放射性被污染，实现外罐容器重复使用。系统集成有测量控制系统同，可以对反应点火、反应过程中温度压力测量、卸压阀及真空泵启停进行远程测量及控制（通讯距离不低于1km），确保人员安全。
该系统钢制外容器的工作压力为1.6MPa，工作温度为400℃，卸压压力为1.6MPa，反应过程中，如容器内部压力超过工作压力，或者容器外壁温度超过工作温度，立即开启电磁卸压阀，开始卸压，确保系统安全。
有益效果：本发明基于铝热自持反应，在进行废物固化处理过程中无需外部供能，具有能耗低、工序少、操作简单等优点；其水泥内罐用来包容处理后的固化产物，无需再增加包容装置，降低固化成本；钢制密封外罐可包容放射性产气并可重复使用，固化总体成本低；使用蓄电池直流点火，安全可靠，对电源保障要求低，环境适应性好。
附图说明
图1是百公斤级固体放射性废物固化处理系统原理简图；
图2是水泥内罐的相互对应的主视与俯视结构图。
具体实施方式
百公斤级固体放射性废物固化系统如图1所示：该系统主要水泥内罐、钢制密封外罐、直流点火装置、测量控制系统、电磁卸压阀、放射性气溶胶过滤系统、取气瓶、温度测量热电偶、压力传感器以及真空泵组成。在进行固化反应前，在固体放射性废物中掺入一定比例的铝热剂，装入水泥内罐后在材料上部固定安装好点火丝及点火导线；将内罐和放射性废物一起吊装至钢制密封外罐，完成外罐密封装配；依次完成点火线及测量信号线转接，卸压阀、取气瓶以、真空泵以及放射性气溶胶过滤系统安装；完成外罐容器密封性检查后开启直流点火系统，固化反应开始，同时实时监测外罐容器内气压及容器壁温度，如罐内气压及罐外壁温度开始下降则判定为反应结束；待罐外壁温度低于100℃（放射性气溶胶过滤系统工作温度）后使用测量控制系统打开国1左侧电磁卸压阀，开始卸压；待罐内压力等于或者小于大气压，关闭图1左侧电磁卸压阀。依次打开图1右侧真空泵及主管道上的电磁卸压阀，真至罐内压力降至50Pa以下，完成卸压及放射性尾气处理，依次关闭图1右侧电磁卸阀及真空泵，并打开图1左侧电磁卸压阀使罐内压力恢复到大气压；打开外罐容器，吊装出内罐容器及其包容的固化产物，完成固体放射废物固化处理。
水泥内罐结构如图2所示：该桶有使用高铝耐高温水泥一次浇铸成型，其结构为圆形带底直桶，桶上部开口，底部有效厚度不低于10cm,桶壁有效厚度不低于6cm，固化反应前用来盛放固化放射性废物和铝热剂的混合物，反应后用来包容固化产物，该桶为一交使用。
Claims (1)
1.一种百公斤级固体放射性废物固化处理系统，其特征在于：包括由水泥内罐、钢制密封外罐、直流点火装置、测量控制系统、电磁卸压阀、放射性气溶胶过滤系统、取气瓶、温度测量热电偶、压力传感器以及真空泵；水泥内罐放置于钢制密封外罐容器内部；钢制密封外罐使用耐高温Q345R锅炉用钢加工制成，包容反应产气及放射性气溶胶;钢制外罐容器上有6个DN25接口\一个DN80接口和一个DN125接口,其中一个DN25接口接电磁卸压阀以及放射性气溶胶过滤装置，另一个DN25接口接真空泵、取气装置以及放射性气溶胶过滤装置，另有四个DN25接口接压力传感器或者备用；一个DN80接口的外法兰板上安装的两个两芯航空插头转接点火线；一个DN125接口的外法兰板上安装的五个八芯航空插头转接测量信号线。
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Application publication date: 20190709 |