CN114904842A - 一种针对放射性工器具的去污方法和去污装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针对放射性工器具的去污方法，包括如下步骤：对所述工器具先进行至少一次的干冰去污后再进行至少一次的超声波去污；所述干冰去污为向所述工器具的表面喷射去污气体，所述去污气体为含有干冰颗粒的气体；所述去污气体的压力5‑8bar，干冰流量20‑50kg/h，喷射距离为80‑120mm；所述超声波去污为将所述工器具放入去污介质中，并在超声波作用下进行去污；所述超声波的频率40‑60kHz，功率300‑500W；维持去污介质的温度30‑50℃。在一些实施例中，去污介质为柠檬酸。本发明的具有放射性的工器具的去污方法，结合干冰去污和超声波去污，能够实现对工器具表面放射性物质的有效去除。

Description

一种针对放射性工器具的去污方法和去污装置
技术领域
本发明涉及放射性物质去除技术领域，尤其涉及一种适用于核电厂中具有放射性工器具表面放射性物质的去污方法以及对应的去污装置。
背景技术
在核电站长期运行过程中，因放射性污染而报废的工器具、结构部件数量逐年增加，大量废物暂存在核电站厂房，导致储存压力增加，而且造成大量的资源浪费并增加后续放射性固体废物的处理费用。
为了减少核电站的储存压力和处置费用，可以对放射性工器具等进行去污处理，降低其剂量率。因工器具的尺寸结构原因，核电站目前采用化学法或机械打磨等手段，但存在去污效果差、产生大量二次废物、对部件有所损伤等缺陷，无法满足高效、环保的去污要求。
干冰去污作为一种新型去污手段，其原理是利用-78℃低温下二氧化碳凝结成的固态颗粒冲击待去污物体表面，高速运动的干冰颗粒对污染物有类似“喷砂”效果。同时，干冰颗粒在常温、常压下迅速升华，吸收大量热量，导致表层污染物骤冷收缩、脆化，由于污染物和基体间存在热膨胀系数等性能差异，温度差导致应力产生，污染物与基体间结合减弱，发生剥落。
但是现有技术中，干冰去污主要用于去除油漆、橡胶等物质，没有放射性的应用。且常规干冰去污技术对工器具进行去污时，放射性沾污和橡胶等等物质的附着状态存在差异，无法实现干冰去污的彻底和复用。
发明内容
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种具有放射性的工器具的去污方法，能够实现对工器具表面放射性物质的有效去除。
为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种针对放射性工器具的去污方法，包括如下步骤：
对所述工器具先进行至少一次的干冰去污后再进行至少一次的超声波去污；
所述干冰去污为向所述工器具的表面喷射去污气体，所述去污气体为含有干冰颗粒的气体；所述去污气体的压力5-8bar，干冰流量20-40kg/h，喷射距离为80-120mm；
所述超声波去污为将所述工器具放入去污介质中，并在超声波作用下进行去污；所述超声波的频率40-60kHz，功率300-500W；维持去污介质的温度 30-50℃。在一些实施例中，去污介质为柠檬酸。
根据本发明的一些优选实施方面，所述干冰颗粒的粒径为直径3mm，长度 4-8mm。
根据本发明的一些优选实施方面，采用喷枪喷射所述去污气体，所述喷枪的喷头与所述工器具表面的距离为80-120mm；所述喷枪的喷射方向与所述工器具表面的夹角为60-90°；所述喷枪的移动速度为100-400mm/min。
根据本发明的一些优选实施方面，对超声波去污后的所述工器具进行剂量率测量，若所述工器具的剂量率低于设定的标准剂量率，则去污结束；若所述工器具的剂量率等于或高于设定的标准剂量率，则再次进行所述干冰去污和/或超声波去污，直至所述工器具的剂量率低于设定的标准剂量率。
根据本发明的一些优选实施方面，所述设定的标准剂量率不超过0.4Bq/cm2。
本发明还提供了一种利用干冰去除工器具表面放射性物质的去污装置，包括干冰输送模块、去污平台模块以及净化模块，所述干冰输送模块包括料斗、位于所述料斗下方的振动机构和分料盘、与所述分料盘连通的供气机构以及用于向所述去污平台模块输送去污气体的输送机构，所述输送机构包括输送管道和喷枪，所述去污平台模块包括工作台、用于固定工器具的固定机构、用于带动所述喷枪移动的移动机构。
根据本发明的一些优选实施方面，所述移动机构包括分别用于驱动所述喷枪沿相互垂直的X、Y、Z方向移动的第一驱动器、第二驱动器和第三驱动器，所述第三驱动器上设置有固定板，所述喷枪固定在所述固定板上。
根据本发明的一些优选实施方面，所述分料盘正反转动设置，所述分料盘上开设有输料口和卸料口。所述分料盘正方向转动时，输料口与所述输送机构连通，所述分料盘经振动结构左右将干冰输送至供气机构，通过输送管道输送至喷枪，完成喷射；所述分料盘分料盘反方向转动时，与卸料口连通，所述分料盘在振动机构作用下进行卸料。
根据本发明的一些优选实施方面，所述固定机构包括固定轨、可沿所述固定轨滑动的支撑板以及设置在所述支撑板上的夹具，所述夹具用于固定所述工器具。
根据本发明的一些优选实施方面，所述夹具包括设置在所述支撑板上的夹板、设置在所述夹板上的转杆以及位于所述转杆端部的固定头，所述转杆用于带动所述固定头移动以夹住所述工器具。
根据本发明的一些优选实施方面，所述工作台上开设有多个抽风口，所述抽风口与过滤器连通，所述净化模块与所述过滤器之间通过管道连通。
由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本发明的有益之处在于：本发明的具有放射性的工器具的去污方法，结合干冰去污和超声波去污，能够实现对工器具表面放射性物质的有效去除。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明优选实施例中去污装置的立体图；
图2为本发明优选实施例中干冰输送模块的立体图；
图3为本发明优选实施例中干冰输送模块隐藏壳体后的结构示意图；
图4为本发明优选实施例中去污平台模块隐藏部分壳体后的结构示意图；
图5为本发明优选实施例中固定机构和移动机构的立体图；
图6为本发明优选实施例中固定机构的立体图；
图7为本发明优选实施例的去污案例中纯金属板手的图片；
图8为本发明优选实施例的去污案例中老虎钳的图片；
图9为本发明优选实施例的去污案例中力矩扳手的图片；
附图中，净化模块-1，干冰输送模块-2，料斗-21，振动机构-22，分料盘-23，供气管道-24，输送管道-25，喷枪-26，卸料口-27，去污平台模块-3，工作台-31，固定机构-32，固定轨-321，支撑板-322，夹板-323，转杆-324，固定头-325，移动机构-33，第一驱动器-331，第二驱动器-332，第三驱动器-333，管道-4，控制模块-5。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1去污装置
如图1-6所示，本实施例中的利用干冰去除工器具表面放射性物质的去污装置，包括干冰输送模块、去污平台模块以及净化模块。干冰输送模块用于向去污平台模块内输送去污气体，去污平台模块用于操作具体的去污过程，净化模块用于对去污平台模块内抽风并进行过滤，以排出合格的气体。去污气体为含有干冰颗粒的气体。
如图1-3所示，干冰输送模块包括料斗、位于料斗下方的振动机构和分料盘、与分料盘连通的供气机构以及用于向去污平台模块输送去污气体的输送机构，供气机构包括供气管道和高压气源，输送机构包括输送管道和喷枪。振动机构采用振动马达、气锤和气动触发棒三重装置，防止干冰凝结在料斗内壁。高压气源可设置为压缩机，以适用各类压缩空气源。
分料盘正反转动设置，分料盘上开设有输料口，输料口与输送机构连通时，经振动机构将干冰输送至供气系统，模块向喷枪输送去污气体；干冰清洗模块上设置有卸料口，输料口与卸料口连通时，干冰输送模块进行卸料。
干冰输送模块的工作原理为：向料斗内添加已经分散好的设定粒径的干冰颗粒，通过振动机构将料斗内的干冰颗粒振动至分料盘中，高压气源通过供气管道与分料盘连通，通过向分料盘内输送高压气体并使得分料盘的输料口与输送管道连通，在高压气体的流动下带动干冰颗粒通过喷枪向外喷射，形成类似于喷砂的形式，且通过干冰的冷却，使得工具器本体与其上的放射性物质在冷缩和膨胀作用下降低其结合力，达到一定的去除效果。
本实施例中，采用马达带动分料盘发生顺时针旋转，与输送管道连通，进而将干冰传送到喷枪处；喷枪配备不同尺寸和口径的喷嘴，设置开关按钮、气压/流量调节按钮等，实现干冰喷射。即分料盘由高强度的高分子材料(如烯碳复合耐低温高分子材料)制成，耐低温，强度高，同时设计两个出口，当顺时针旋转时，干冰进入喷射口；当逆时针旋转时，干冰进入卸料口，可以实现自动清冰。
如图4所示，去污平台模块包括工作台、用于固定工器具的固定机构、用于带动喷枪移动的移动机构。工作台上开设有多个抽风口，抽风口与过滤器连通，净化模块与过滤器之间通过管道连通进行负压抽风。去污平台模块的正面设计为手套箱结构，提供铅玻璃观察去污过程。
如图4-5所示，本实施例中的移动机构包括分别用于驱动喷枪沿相互垂直的X、Y、Z方向移动的第一驱动器、第二驱动器和第三驱动器，第三驱动器上设置有固定板，喷枪固定在固定板上。如图4-6所示，固定机构包括可拆卸的固定在工作台上的固定轨、可沿固定轨滑动或固定的支撑板以及设置在支撑板上的夹具，夹具用于固定工器具。夹具包括设置在支撑板上的夹板、设置在夹板上的转杆以及位于转杆端部的固定头，转杆用于带动固定头移动以夹住待去污的工器具。本实施例中的夹板为(类似于)C型设置，包括两端平行设置的两个延伸板和中间的连接板，连接板转动连接在支撑板上，转杆螺纹连接在其中一个延伸板上，通过转杆转动，带动固定头移动，使固定头与另一个延伸板之间的距离减小，进而将工器具固定。
即本实施例中的干冰去污喷枪安装在XYZ轴驱动器上，实现自动化去污；风道回收口(抽风口)设计在底面和侧面，可完全回收喷射产生的干冰粉尘；抽风口的下方设置初效过滤器，可以吸收0.3μm的粉尘颗粒，起到初滤作用，同时具有全自动清灰功能，延长滤芯使用寿命。同时，出于屏蔽需求，外壳上有1mm左右的屏蔽钨合金涂层。净化模块内设置有高效过滤器，该过滤器安装有浸渍活性炭，吸收放射性气溶胶，保证净化效率达到99.9％以上。在尾气排放处设置剂量率测量仪，实时监测排放尾气的剂量率。同时，在净化模块上设置压差表和报警装置，当滤芯功能失效时，压差表指针升高，进行报警，提示滤芯更换。
本实施例中为了减少人员的受照剂量率，将控制装置分为远程和本地。本地控制装置设置在干冰输送模块上，远程控制以手持式人机界面控制，均可以可以控制开关、气压和流量等调节。
实施例2去污方法
本实施例中的针对放射性工器具的去污方法，包括如下步骤：
1)对工器具进行至少一次的干冰去污
干冰去污为采用实施例1中的去污装置向工器具的表面喷射去污气体。
去污气体为含有干冰颗粒的气体。干冰颗粒的粒径为直径3mm，长度4-8mm。去污气体的喷射压力5-8bar，干冰喷射流量20-40kg/h，喷射距离为80-150mm。
采用喷枪喷射去污气体，喷枪的喷头与工器具表面的距离为80-150mm；喷枪的喷射方向与工器具表面的夹角为60-90°；喷枪的移动速度为 100-400mm/min。净化模块的风量设置为3000m3/h。
2)进行至少一次的超声波去污
超声波去污为将工器具放入去污介质中，并在超声波作用下进行去污；超声波的频率40-60kHz，功率300-500W；维持去污介质的温度30-50℃。在一些实施例中，去污介质为柠檬酸。
3)对超声波去污后的工器具进行剂量率测量，若工器具的剂量率低于设定的标准剂量率，则去污结束；若工器具的剂量率等于或高于设定的标准剂量率，则再次进行干冰去污和/或超声波去污，直至工器具的剂量率低于设定的标准剂量率。本实施例中设定的标准剂量率不超过0.4Bq/cm2。
具体的，在一些实施例中，采用干冰去除放射性污染的步骤如下：
(1)将去污平台模块和净化模块连接，干冰输送模块的供气管道与压缩空气源接通。
(2)将待去污的工器具通过固定机构固定在工作台上。
(3)将输送机构的喷枪固定在第三驱动器的固定板上，并调整喷枪与工器具表面的距离和角度，使得距离为80-120mm，角度90°。
(4)通过控制装置设置气体压力、干冰流量、移动速度等参数。
(5)对于剂量率较大的工器具，表面主要是较为平整的金属材质时，调节气6-8bar，干冰流量35-50kg/h，移动速度100-200mm/min，通过高压和高量干冰，快速去除污染物；
对于工器具表面的橡胶把手和狭小缝隙处，调节气压7-8bar，干冰流量20-30 kg/h，移动速度200-400mm/min，减少干冰冲击，凭借干冰冷缩作用和高压气体吹扫，快速去除污染物的同时，不会对橡胶造成损坏。
(6)1次干冰去污后，剂量率下降较少时，重复进行干冰去污操作，去污次数可定为3-8次左右；
(7)对于具有狭小缝隙或者材质疏松的橡胶把手处，多次干冰去污对其剂量率的减少有限，且具有时效性，时间一长，剂量率又会持续增加。对于这种情况，继续采用超声波去污。将剂量率高的一处放入装有柠檬酸溶液的超声波去污槽中，调节超声波频率40-60kHz，功率300-500W，温度30-50℃，超声时间5-20min。槽类设置24个震头和循环过滤系统。通过超声换能器进行机械振荡，在液体中产生超声波振动进行去污。
(8)干冰去污和超声波去污后，用干净的布将工器具表面擦干，进行剂量率测量，污染水平低于0.4Bq/cm2，说明工器具满足清洁解控标准，能够复用。
若工器具的剂量率等于或高于设定的标准剂量率，则再次进行干冰去污和/ 或超声波去污，直至工器具的剂量率低于设定的标准剂量率。本实施例中设定的标准剂量率为0.4Bq/cm2。
为了更好的理解本申请中的技术方案，以下以四个具体的实施案例做进一步的说明：
实施案例1：纯金属板手，如图7所示
①干冰去污参数为：气体压力7bar，干冰流量30kg/h，移动速度200mm/min，去污次数3次。
②干冰去污前后，进行工器具不同位置污染水平测量。
干冰去污次数 整体污染水平(Bq/cm<sup>2</sup>)
0次 5.06
1次 1.78
2次 0.95
3次 0.15
实施案例2：老虎钳(软橡胶保护套)和力矩扳手(狭小缝隙)工器具，分别如图8和9所示
①干冰去污参数设计为：气体压力8bar，干冰流量20kg/h，移动速度 300mm/min，去污次数3次。
②干冰去污前后，进行工器具不同位置污染水平测量。
Figure BDA0003666209330000071
③将橡胶端和狭小缝隙端放入超声波去污槽内，槽内为10％质量浓度的柠檬酸溶液，设置超声波频率50kHz，功率400W，温度40℃，超声时间5min一次；进行3次。
Figure BDA0003666209330000072
Figure BDA0003666209330000081
实施案例3：纯金属板手，如图7所示
①采用三种不同的干冰去污参数：
1)气体压力4bar，干冰流量30kg/h，移动速度200mm/min，去污次数3 次；
2)气体压力6.5bar，干冰流量30kg/h，移动速度200mm/min，去污次数3 次。
3)气体压力9bar，干冰流量30kg/h，移动速度200mm/min，去污次数3次。
②干冰去污前后，进行工器具不同位置污染水平测量。
Figure BDA0003666209330000082
实施案例4：纯金属板手，如图7所示
1)气体压力7bar，干冰流量15kg/h，移动速度200mm/min，去污次数3 次；
2)气体压力7bar，干冰流量30kg/h，移动速度200mm/min，去污次数3 次。
3)气体压力7bar，干冰流量55kg/h，移动速度200mm/min，去污次数3次。
②干冰去污前后，进行工器具不同位置污染水平测量。
Figure BDA0003666209330000083
根据上述实施案例，可以发现，干冰去污过程中干冰流量和喷射压力是最重要的两个工艺参数。喷射压力过大，干冰对工器具表面冲击越强，污染物容易去除，但表面粗糙度会增加吗，导致放射性污染深入聚集；喷射压力过小，放射性污染物难以完全去除。干冰流量越多，干冰喷射时反弹增多，飞溅的污染物会返回堆积在表面；干冰流量越少，干冰产生的冷却催化效果低，污染物难以完全去除；
同时，根据实施案例的结果可以发现，针对狭小缝隙或橡胶的工器具，如只进行干冰去污，可以实现金属部分剂量率下降，多次干冰去污后，狭小缝隙或橡胶处剂量率下降有限，无法满足清洁解控标准，反而会对橡胶表面产生“打毛”现像，损伤工器具表面质量。
目前，核电站报废的放射性工器具表面的污染物主要为油漆、油污等，干冰去污的原理可以很好的去除污染物，并没有二次废物产生。对于某些缝隙、细孔等区域，干冰去污通过干冰的冷缩，导致污染物结合强度降低，然后可以结合超声去污法，保证工器具满足清洁解控标准(污染水平＜0.4Bq/cm2)。
本发明提供了一种放射性工器具清洁解控工艺方法及干冰去污装置，基于干冰去污的原理，并部分结合超声去污，对放射性工器具进行去污处理，使其满足清洁解控标准。具体的，通过干冰的“喷砂”、冷缩和膨胀作用进行污染物去除，放射性污染随着污染物一起去除；对于狭小缝隙等地方，干冰去污不能直达，但通过冷缩的作用，导致污染物发生脆化，与工器具基体的结合减弱，然后将缝隙这部分放入超声波去污槽进行超声波去污，通过超声换能器进行机械振荡，在液体中产生超声波振动进行去污。
与现有技术相比，本发明的具有放射性的工器具的去污方法具有如下优势：取代传统机械打磨和化学清洗法，为放射性工器具提供一种去污新设备及工艺方法；实现工器具清洁解控，减少核电现场贮存和处置压和成本；可应用于核电现场其他大型沾污部件，如手拉葫芦、污染灌体等，去污效率高、环保无污染；干冰去污平台可以为核电站的固废减容和退役核设施处理提供新的解决方法。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种针对放射性工器具的去污方法，其特征在于，包括如下步骤：
对所述工器具先进行至少一次的干冰去污后再进行至少一次的超声波去污；
所述干冰去污为向所述工器具的表面喷射去污气体，所述去污气体为含有干冰颗粒的气体；所述去污气体的压力5-8bar，干冰流量20-50kg/h，喷射距离为80-120mm；
所述超声波去污为将所述工器具放入去污介质中，并在超声波作用下进行去污；所述超声波的频率40-60kHz，功率300-500W。
2.根据权利要求1所述的去污方法，其特征在于，所述干冰颗粒的粒径为直径3mm，长度4-8mm。
3.根据权利要求1所述的去污方法，其特征在于，采用喷枪喷射所述去污气体，所述喷枪的喷头与所述工器具表面的距离为80-120mm；所述喷枪的喷射方向与所述工器具表面的夹角为60-90°；所述喷枪的移动速度为100-400mm/min。
4.根据权利要求1所述的去污方法，其特征在于，对超声波去污后的所述工器具进行剂量率测量，若所述工器具的剂量率低于设定的标准剂量率，则去污结束；若所述工器具的剂量率等于或高于设定的标准剂量率，则再次进行所述干冰去污和/或超声波去污，直至所述工器具的剂量率低于设定的标准剂量率。
5.根据权利要求4所述的去污方法，其特征在于，所述标准剂量率不超过0.4Bq/cm2。
6.一种利用干冰去除工器具表面放射性物质的去污装置，其特征在于，包括干冰输送模块、去污平台模块以及净化模块，所述干冰输送模块包括料斗、位于所述料斗下方的振动机构和分料盘、与所述分料盘连通的供气机构以及用于向所述去污平台模块输送去污气体的输送机构，所述输送机构包括输送管道和连通在所述输送管道端部的喷枪，所述输送管道用于连通所述喷枪和分料盘，所述去污平台模块包括工作台、用于固定工器具的固定机构、用于带动所述喷枪移动的移动机构。
7.根据权利要求6所述的去污方法，其特征在于，所述移动机构包括分别用于驱动所述喷枪沿X、Y、Z方向移动的第一驱动器、第二驱动器和第三驱动器，所述第三驱动器上设置有固定板，所述喷枪固定在所述固定板上。
8.根据权利要求6所述的去污方法，其特征在于，所述分料盘正反转动设置，所述分料盘上开设有输料口和卸料口。所述分料盘正方向转动时，输料口与所述输送机构连通，所述分料盘经振动结构左右将干冰输送至供气机构，通过输送管道输送至喷枪，完成喷射；所述分料盘分料盘反方向转动时，与卸料口连通，所述分料盘在振动机构作用下进行卸料。
9.根据权利要求6所述的去污方法，其特征在于，所述固定机构包括固定轨、可沿所述固定轨滑动的支撑板以及设置在所述支撑板上的夹具，所述夹具用于固定所述工器具；所述夹具包括设置在所述支撑板上的夹板、设置在所述夹板上的转杆以及位于所述转杆端部的固定头，所述转杆用于带动所述固定头移动以夹住所述工器具。
10.根据权利要求6所述的去污方法，其特征在于，所述工作台上开设有多个抽风口，所述抽风口与过滤器连通，所述净化模块与所述过滤器之间通过管道连通。
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