CN115762840B - 一种管道用电化学法去污装置及去污方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管道用电化学去污装置及去污方法，该电化学去污装置包括功能单元(4)、中轴(3)和导线(6)，所述功能单元(4)包括阴极板定位器(41)和阴极板(42)，阴极板(42)与电解液共同作用进行电化学去污，阴极板定位器用于调节阴极板与管壁之间的距离，从而提高去污效率和去污效果。导线(6)穿过中轴(3)，导线(6)中包括电解液管(66)、排料管(67)和排气管(68)，中轴接收从导线中传递的指令后，控制电解液管、排料管和排气管进行相应的操作，实现对去污装置的远端操控，避免在大范围拆解管道的前提下，实现无损伤高效连续精准去污，有效提高去污效率和去污效果，减少二次污染，降低次生操作风险，提高操作安全性。

Description

一种管道用电化学法去污装置及去污方法

技术领域

本发明属于核设施退役与辐射防护领域，具体涉及一种放射性污染管道内用电化学法去污装置及去污方法。

背景技术

现有的去污方法中，已发展形成物理去污、化学去污、电化学去污、微生物去污等一系列去污方法，物理去污法包括机械、喷砂、干冰、光活化、激光等方式，化学去污法包括有机、无机、凝胶等方式，在实际去污过程中，采用一种或多种方法的组合进行去污。

但对于核电站、反应堆等领域中，其设备设施表面因为各种原因沾染放射性核素造成放射性污染。该类污染将对下一步操作人员造成潜在辐射伤害。由于上述污染的特殊性，现有的去污方法存在如下问题：

1)相关设施或结构复杂、拆除、解体难度大，或空间狭小，原位无损去污难度大

从核设施放射性沾污调查结果来看，相关设施普遍存在结构复杂、拆除解体困难，特别是待退役管道存在内壁表面形貌多样、走向复杂、内径多变、放射性污染水平污染深度不一等突出特点，为下一步的去污退役处置带来了相当大的困难。管道退役过程中在拆解、切割、运输、贮存等过程随着外界氧化环境、温湿度等条件的变化强固定性污染可转变为松散污染层，存在造成放射性污染脱落转移等风险，必须在原位去污至可接受程度。

2)设施与设备放射性去污技术实践广泛但普遍集成度不高。

目前为止，设备与设施放射性污染去除各类单体技术开展了广泛的实践工作，但并没形成成熟的去污技术体系或去污规范。由于去污对象材质、结构与形态非常复杂，污染成因机理尚不清晰，污染形成的形态多元，所以单一，或者简单的几类技术组合并不能达到稳定高效去污目的。不同类型技术可以在一定程度上形成互补，但由于无法形成技术体系，所以技术效果往往不稳定。实践过程，为了达到特定的去污目标，通常将各类单体去污技术组合使用，比如先通过表面活性剂化学清洗，再通过干冰去污，之后再经过化学清洗等等。往往一套技术方法在某一现场操作可行，而在另一现场却表现不佳。造成去污经济成本、时间成本以及去污设备损害等一系列次生危害。

3)设施与设备放射性去污实践普遍存在成本高的问题。

放射性沾污设备与设施的去污实践由于污染形成机理不清，在实践过程通常是边研究边实践造成去污成本较高。在具体工程实施过程往往需要针对性验证某组分化学去污剂的有效性、验证某强化设备的有效性、优化去污控住参数等，从而造成研发性去污成本高。技术装备、药剂的非标准性也造成成本偏高，比如非标准装备、小批量生产的去污剂等造成去污成本提高；部分去污操作缺乏合理性也造成去污成本增加，例如在管道去污过程，采用化学去污剂全管段采用化学去污剂浸泡，浪费大量化学药剂，同时产生大量待处理放射性废液等。

4)去污过程二次污染物与次生危害。

去污过程所伴随的二次污染与新增生产安全隐患是放射性沾污设备去污过程的一大痛点。例如，在对弱结合态松散灰尘去污过程会伴随放射性灰尘与气溶胶的二次扬尘，会对操作人员造成危害；采用射流、干冰去污过程则会导致新增即系损伤与冻伤操作风险；激光去污过程会对场所内人员造成灼伤风险；采用酸性化学去污剂去污存在对结构件化学隐形损害以及携带有害离子进入系统的风险；采用机械刮擦等会造成结构件表面损伤，造成结构件公差不合格等风险；可剥离膜等存在脱膜不连续，残留物质损害系统内部，废弃膜的鉴别与废弃物处置等问题。总之，去污过程产生的二次污染与次生危害是去污过程的一大痛点。

5)去污过程对系统结构件损害程度不可控。

除最终退役处置外，去污操作在希望降低去污剂剂量的目标基础上，要求尽量降低去污过程中对系统结构件的损害。但是采用目前的各类技术或者几种技术的结合去污，都会对系统结构件产生一定的损害，比如采用干冰去污会对结构件造成冷热疲劳；采用超声去污手段会造成结构件的机械疲劳；采用化学去污手段会对结构件产生的损耗可以达到几十个微米等，去污过程往往伴随着被污染件由于去污操作而改变外观尺寸。这些损害通常是不可控的。

综上所述，目前放射性去污面临最大问题为管道系统通常含有致密氧化层污染程度较高，去污难度大；管道系统由于污染位置位于内表面，不具备开放作业面，难以开展作业，或者需要大量拆解工作，对管道和系统损害较大。强化条件下电化学法为最新去污方法，但是目前不具备针对较长的管道系统开展作业的条件。

发明内容

基于上述技术背景，本发明人进行了锐意进取，提供了一种管道用电化学去污装置及去污方法，该去污装置包括功能单元、中轴和导线，功能单元包括阴极板定位器和阴极板，导线穿过中轴，导线包括电解液管、排料管和排气管，导线与管外感应控制器相连，中轴接收从导线中传递的指令后，转化为操作指令，控制去污装置中各部件进行相应的操作，从而实现在避免大范围拆解管道的前提下，对去污装置的远端控制，有效减少二次污染，降低次生操作风险，提高操作安全性，减少对人体的辐射损害，同时通过远端控制可实现对去污管道的无损伤高效连续精准去污，去污效果和去污效率显著提高，从而完成本发明。

本发明第一方面在于提供一种管道用电化学法去污装置，该去污装置包括装置头1、装置头2、功能单元4、中轴3、导线6和拉线64，功能单元4沿中轴3的径向环绕中轴3安装，装置头1和装置尾2安装在中轴3的两端，导线6穿过装置头1、中轴3和装置尾2，与管外相通，拉线64位于导线6中；

所述功能单元4包括阴极板定位器41和阴极板42，阴极板42安装在阴极板定位器1上，阴极板定位器41位于阴极板42和中轴3之间；

所述导线6包括电解液管66，电解液管66位于中轴的部分具有相应的电解液支管，电解液支管伸出中轴与空气相通，在电解液支管上安装阀门。

本发明第二方面在于提供一种采用本发明第一方面所述管道用电化学法去污装置的去污方法，所述去污方法包括以下步骤：

步骤1、启动去污装置对管段内的污染物进行去污；

步骤2、将去污装置从管道内牵引出，对去污装置进行清洗。

附图说明

图1示出本发明一种优选实施方式的电化学法去污装置的结构示意图；

图2示出本发明一种优选实施方式的电化学法去污装置的截面示意图；

图3示出本发明一种优选实施方式的导线结构示意图；

图4示出本发明一种优选实施方式的螺旋定位器的结构示意图。

附图标号说明

1-装置头；

2-装置尾；

3-中轴；

4-功能单元；

41-阴极板定位器；

42-阴极板；

43-超声装置；

44-加热装置；

5-密封层；

6-导线；

61-外层；

62-内层；

63-抗辐射层；

64-拉线；

65-信号线；

66-电解液管；

67-排料管；

68-排气管；

69-电线；

7-导线连接口；

8-待处理管壁；

9-锁链。

具体实施方式

下面将对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

本发明第一方面在于提供一种管道用电化学去污装置，该去污装置包括装置头1、装置头2、功能单元4、中轴3、导线6和拉线64，功能单元4沿中轴3的径向环绕中轴3安装，装置头1和装置尾2安装在中轴3的两端，导线6穿过装置头1、中轴3和装置尾2，与管外相通。

所述功能单元4包括阴极板定位器41和阴极板42，阴极板42安装在阴极板定位器41上，阴极板定位器41位于阴极板42和中轴3之间。每个去污装置中可安装多组功能单元。

所述阴极板定位器41优选为螺旋定位器，中轴1接收信号线的指令后，通过控制阴极板定位器41调节阴极板42与待处理管壁之间的距离，提高去污效果和去污效率。

所述螺旋定位器包括螺旋结构和中空螺杆，中空螺杆贯穿螺旋结构，位于螺旋结构的中间部位，如图4所示，中空螺杆一端与阴极板42相连，另一端安装在去污装置中，通过螺旋结构的延展或收缩，调节阴极板42与管内壁之间的距离。螺旋定位器的材质为不锈钢。

阴极板42用于电解，径向安装方式可保证待处理管道内壁的各部位均能受到电化学作用，中轴接收信号线传递的指令后，调节阴极板的电流密度和电压。

所述阴极板42整体呈瓦片状，上表面和下表面均具有一定弧度，其上表面和下表面的弧度相同，上表面和下表面的弧度与待处理管道内壁的弧度相近。

阴极板42上表面和下表面的弧度为π/2到π/8，优选为π/3。

所述导线6包括电解液管66，导线6中包含多条电解液管，可根据实际处理情况填充一种或多种电解液。电解液管、排料管和排气管通过中轴和装置尾与管外相通。

电解液管66通过中轴1和装置尾2与管外的电解液装置相连，为去污装置与管道之间形成的密闭空间输送电解液。

电解液管66位于中轴的部分具有相应的电解液支管，电解液支管伸出中轴与空气相通，在电解液支管上安装阀门。

拉线64位于导线6中，拉线64伸出装置头1的部分与小型管道机器人相连。

由于装置头和装置尾的直径大于管道直径，在装置行进过程中，装置头和装置尾会与管道形成较大的摩擦力，使其在行进过程中产生较大压力，本发明不采用电源作为行进动力，通过小型管道机器人牵伸拉线为该装置提供前进动力，保证装置稳定前进。机械牵引的方式可降低整个装置的复杂度，避免在核辐射环境中造成电源失效，导致去污无法进行。

中轴1为刚性结构，一方面用于连接各部件，另一方面其接收管外感应控制器由信号线传输的信号，并转化为操作参数控制阀门的开关、物料的进出，以及调节超声装置的超声频率、加热装置的加热温度、以及电解电压和电流等。

优选地，导线6还包括排料管67和排气管68，废料管67通过中轴1和装置尾2与管外的废料筒相连，将去污后产生的废料以及产生的电解气带走，避免二次污染的产生，同时有利于去污装置行进至下一去污段进行去污。

排气管67与管外相连，其在注入电解液的过程中打开，具有平衡密闭段压力的作用，避免空穴的产生，保证电解液充满待处理管道的密闭空间中，使电解液与待处理管壁充分接触，同时在电解过程气体富集情况下提供安全排气通道。

更优选地，电解液管66、废料管67和排气管68位于中轴的部分具有相应的电解液支管、废料支管和排气支管，电解液支管、废料支管和排气支管均伸出中轴与空气相通，在上述支管上均安装阀门，由中轴接收信号线发出的信号后控制阀门的开启或关闭。

电解液支管和排气支管由中轴伸出至超声装置之间，电解液支管提供电解液向密闭管段的释放通道，废料支管由中轴伸出至靠近管道内壁，可将去污过程产生的废料吸入，汇入废料管中后排出，排气管支管通过排气管为密闭管段排气或通气，保证电解液可以充满密闭管段，保证电极液与密闭管段内壁充分接触。

该去污装置还包括装置头和装置尾，装置头和装置尾分别位于去污装置的头部和尾部，装置头和装置尾对称安装在中轴的两端。

装置头1和装置尾2呈子弹头状，其材质为具有一定弹性的高分子材料，优选为聚氨酯材料，更优选弹性模量为0.1～0.2MPa、摩擦系数为0.15～0.25、泊松比为0.3～0.5的聚氨酯。

采用具有一定弹性的材料一方面可对管道封闭，另一方面在管道内行进时，不会对管道内壁产生损伤，同时在行进过程中还可刮擦管道内壁的污染物，对管道内壁进行机械去污。

装置头1和装置尾2尾端(直径最大处)的直径大于管道直径的5％～20％，优选大于管道直径的8％～15％，更优选大于管道直径的10％～12％。

装置头1和装置尾2的直径大于管道直径的范围为上述范围时，可将管道段进行良好密封，并在对去污部位进行去污过程中，不对管外其它部位产生二次污染。

所述装置头1和装置尾2均呈子弹头状，装置头1和装置尾2的直径较大的一端相对安装，直径较小的一端均朝向装置外部，整个去污装置呈哑铃状，不对去污装置进行封装，待去污装置进入管道后，装置头1和装置尾2密封待处理管段，与待处理管壁87构成密闭空间，在密闭空间中释放电解液进行电化学去污。

装置头和装置尾的形状和材质使该装置更易于进入待处理管道中，并实现径向压缩，同时该装置进入管道中后，对待处理管道段进行密封，更精准的对待处理管道段释放电解液并进行电化学去污。

根据本发明一种优选的实施方式，所述功能单元4还包括超声装置43和加热装置44，超声装置43和加热装置44位于阴极板定位器41和中轴3之间，加热装置44位于超声装置和阴极板定位器之间。

超声装置在中轴的控制下产生超声强化电场，加热装置用于控制密闭管道的电解液温度，通过超声装置和加热装置的设置，可实现超声电场与电解液共同作用，通过超声强化电场的作用，强化电解液在密闭管段的电化学去污作用，使电解液在去污过程中保持循环，同时在超声强化电场的作用下，还有利于电解气体排出，并输送至外部环境中解析，实现对管道内壁的精准强化去污。进一步提高去污效率和去污效果。

优选地，每个电化学去污装置包括1～7组功能单元，优选包括2～6组功能单元；每组功能单元包括4～8个阴极板定位器41、阴极板42和超声装置43，以及8～16个加热装置44，优选包括5～7个阴极板定位器41、阴极板42和超声装置43，以及10～14个加热装置44。

在多组功能单元的共同作用下，对待处理管段内壁各方位各角度全面去污，有效提高去污效果和去污效率。

根据本发明进一步优选地实施方式，每组功能单元4和中轴3构成一个功能体，每个电化学去污装置中包括1～7个依次串联的功能体，功能体之间的连接方式优选通过锁链9连接，锁链9安装在功能体中中轴3的两端，如图1所示。

将每组功能单元构成一个功能体，并通过锁链方式串联，方便根据待处理管段的长度调节功能体的个数，以此提高去污效率和去污效果，同时锁链连接的方式使各功能体之间可弯折成任意角度，方便去污装置行进至管道弯头、阀门等复杂管道结构中进行去污。

当每个电化学去污装置包括2个或以上功能体时，位于两端的功能体通过中轴分别安装在装置头1和装置头2上，密封层5位于装置头1和装置头2之间，两密封层5分别位于两端的功能体上，功能体为两个以上时，位于两端功能体之间的功能体通过中轴3两端的锁链9与相邻的功能体相连，如图1所示。该锁链相对较短，仅有2～3节构成，既可使功能体之间形成一定的角度，便于通过弯管，同时具有一定的支撑作用，还可避免位于两端功能体之间的功能体发生大幅度上下晃动。

在本发明一种优选地实施方式中，该电化学去污装置还包括密封层5和导线连接口7，导线连接口7位于装置头1和装置尾2的中间位置，导线6从装置头1和装置尾2的导线连接口7中伸出。

所述密封层5位于装置头1和装置尾2之间，密封层呈盘状，其凹陷部朝向装置内部，凸起部位与装置头1和装置尾2直径较大的一端相接，对称安装在中轴上。盘状的密封层和上述安装方式对待处理管道进一步密封，避免处理过程中电解液释放至管道的其它部位产生二次污染，同时提高电解液的利用率。

该密封层的材质选自具有弹性并可抗酸碱腐蚀性材料，包括全氟化乙丙烯共聚物(FEB)、聚四氟乙烯(PTFE)等，优选为PTFE。

所述导线6还包括外层1、内层2以及位于内层和外层之间的抗辐射层3，电解液管66、排料管67、排气管68和拉线64均位于内层，内层对电解液管66、排料管67、排气管68和拉线64起到支撑固定的作用，避免上述管道在去污过程中相互缠结，影响去污过程。

导线的外层为整个导线的保护层，抗辐射层主要为在核电领域中保护内层各管路避免被辐射，抗辐射层的材质为PVA(聚乙烯醇)、CMC(羟甲基纤维素钠)、MMA(甲基丙烯酸甲酯)中的一种或几种制得的共聚物，优选为聚乙烯醇基共聚物。

所述导线6还包括信号线65、电线69，信号线65、电线69均位于导线内层中。

信号线65与管外的感应控制器相连，信号线65接收管外感应控制器发出的信息，并将该信息传递至中轴3上，使中轴控制各设备进行相应的操作，实现在远端遥操作下控制去污装置在管道中去污。

电线69与管外的电源相连，可为去污装置中的超声装置和加热装置等提供电力，保证装置运行。

本发明所述的电化学去污装置可包含一至多个通过导线依次串联的去污装置单元，可根据待处理管道的长度，依次串联多个去污装置单元。

本发明第二方面在于提供一种采用本发明第一方面所述管道用电化学法去污装置的去污方法，优选先将探测机器人置于待处理管道中对要处理的管段进行探测标记，由小型管道机器人牵引去污装置的拉线拉动去污装置在管道中行进并到达已被标记的去污管段，两密封瓦密封待处理管段，形成密闭空间，所述方法包括以下步骤：

步骤1、启动去污装置对管段内的污染物进行去除。

信号线将从管外感应控制器发出的控制信号传递至中轴上，中轴接收到信号后打开电解液支管的阀门，将由管外电解液装置输送出的电解液通过电解液管到达电解液支管，由电解液支管释放至密闭管段中。

释放电解液的同时，中轴接收由信号线传递的信息后打开排气管支管的阀门，启动管外的排气装置，配合电解液释放过程，将密闭管段的气体排出，使电解液充满密闭管段。

电解液选自电化学去污过程中的常见电解液中的一种或几种，优选选自硝酸盐和硝酸电解液中的一种或几种。

从管外感应控制器发出的信号通过信号线传递至中轴，中轴接收指令后，打开并调节阴极板定位器41、阴极板42、超声装置43和加热装置44，控制阴极板42与管道内壁之间的最小距离为20～60mm，优选为25～55mm，更优选为30～50mm。

阴极板42与管道内壁之间的最小距离为上述范围时，去污装置对管道内壁的电化学去污能力强，去污效果好，去污效率高。

阴极板42的电流密度为0.1～1A/cm²，优选电流密度为0.15～0.7A/cm²，更优选电流密度为0.15～0.5A/cm²。

中轴控制超声装置43的超声频率为15～50kHz，优选为20～45kHz，更优选为23～40kHz。

加热装置44的加热温度为40～75℃，优选为45～70℃，更优选为50～70℃。

在电化学去污的同时调节超声装置的超声频率和电解液温度，超声强化电场流体交换，促进电解去污过程中电解液循环流动，加强电解液在密闭管段的电化学去污效果，并在电解液循环过程中不断携带电解气经排气支管和排气管排出管外，保证电解液与管壁之间的充分接触。

步骤2、将去污装置从管道内牵引出，对去污装置进行清洗。

若为非连续去污管道，去污完成后，信号线将从管外感应控制器发出的控制信号传递给中轴，中轴接收信号后打开废料支管的阀门，将废料由废料支管通过废料管排出至管外的废料筒中。

若为连续去污管道，先不排出密闭管段的废料，由小型管道机器人牵引去污装置的拉线行进至下一去污管段重复上述去污过程，直至全管段去污完成，然后再通过中轴打开废料支管的阀门，将密闭管段的废料通过废料支管和废料管输送至管外废料管中。

全管段去污完成后，将去污装置从管道中取出，并将导线外层剥离洗消，同时对电化学去污装置进行洗消。

本发明所具有的有益效果：

(1)采用本发明所述的去污超声装置和去污方法可实现对管道内的放射性沾污，在遥操作条件下进行无损伤高效连续去污，避免在大范围拆解管道的前提下，采用电化学方法高效连续去污；

(2)本发明所述去污装置可有效降低单位面积去污时间，提高去污效率，将单位面积去污时间从几十个小时降低至十几二十分钟，同时去污效果不低于常规去污方法，甚至去污效果提高，去污因子提高60％以上；

(3)采用本发明去污装置可有效降低电解液消耗量与液态二次污染物，电解液的消耗量及液态二次污染物的产生量降低80％以上，有效降低去污成本及污染物的产生量，去污成本降低40％以上；

(4)采用本发明的去污装置可降低次生操作风险，操作更安全。

实施例

以下通过具体实例进一步阐述本发明，这些实施例仅限于说明本发明，而不用于限制本发明范围。

实施例1

采用本申请所述电化学去污装置对核设施一回路管道进行去污，该管道的材质为碳钢，直径为300mm，整体呈L形，两个直管段分别为1.5m、1.5m，中间为120°弯头，内壁面基本平整，部分内表面覆盖平整氧化膜，去污作业段长度约为1米。去污前测量管道内壁表面污染水平为8.6Bq/cm²，γ剂量率水平为474nGy/h。

电化学去污装置：装置头1和装置尾2的材质为改性HB35聚氨酯，弹性模量为0.12MPa，摩擦系数为0.18，泊松比为0.42，行进阻力平均为1.5MPa，装置头1和装置尾2呈子弹头状，其直径最大处为325mm，该电化学去污装置包括三组功能体，位于两端的功能体通过中轴分别安装在装置头1和装置头2上，装置头1和装置尾2直径较大的一端相对安装，两密封层5分别安装在两端的功能体上，位于装置头1和装置尾2之间，密封层5的凸起部分与装置头1和装置尾2相接，密封层5的材质为PTFE，位于两端功能体之间的功能体通过中轴3两端的锁链9与两端的功能体相连，锁链9由两节组成，每组功能体包括6个阴极板定位器41、6个阴极板42、6个超声装置43和12个加热装置44，功能单元4沿中轴3的径向环绕安装在中轴3上，超声装置43的额定功率为1kW，电解液采用HNO₃(40g/L)+NaNO₃(120g/L)的混合电解液，阴极板定位器41为螺旋定位器，包括螺旋结构和中空螺杆，中空螺杆贯穿螺旋结构，位于螺旋结构的中间部位，中空螺杆一端与阴极板42连接，另一端安装在加热装置44上，阴极板42呈瓦片状，其上表面和下表面的弧度为π/3。导线6依次穿过装置尾2、中轴3和装置头1，由装置头1伸出的拉线64与小型管道机器人相连，由装置尾2伸出的导线6与管外相应的装置连通，导线6包括外层61、内层62和位于外层61和内层62之间的抗辐射层63，抗辐射层63的材质为PVA基共聚物(参见113480896A实施例1)，拉线64、信号线65、电解液管66、排料管67、排气管68和电线69均位于内层62中，电解液管66与管外的电解液装置相连，排料管67与管外的废料桶相连，排气管68与管外的排气装置相连，位于中轴3中的电解液管66、排料管67和排气管68具有相应的电解液支管、排料支管和排气支管，在支管上均安装有阀门，电解液支管和排气支管伸出中轴至超声装置之间，排料支管伸出中轴至靠近管内壁处，信号线65与管外的感应控制器相连，为中轴传递指令，中轴接收指令控制支管上阀门的开关，并调节功能单元。

将小型探测机器人放入管道中对待处理管段进行探测标记，由小型管道机器人牵引电化学装置上的拉线64牵引电化学去污装置至去污管段，首先对1.5m直管段去污，分两步对弯管段重复去污，最后移动到末端1m直管段去污。

小型管道机器人牵引电化学去污装置至指定位置后，两密封层5与待处理管段内壁形成密闭管段，管外的感应控制器发出指令由信号线65传递至中轴3上，中轴3打开电解液支管的阀门，电解液由管外通过电解液管66经电解液支管释放至密闭管段，同时中轴3打开排气支管，通过排气支管和排气管将密闭管段的空气排出至管外，配合电解液注满整个密闭管段，中轴接收信号线65传递的信息启动功能单元，控制超声装置43的频率为25.5kHz，加热装置44的温度为63℃，调节阴极板定位器41，使阴极板与管壁之间的间距为35mm，控制阴极板42的电流密度为0.3A/cm²，去污时间为15分钟；去污完成后，中轴3接收信号线65传递的信息，打开排料支管的阀门，将产生的废料由排料支管和排料管67排出至管外的废料桶，排出废料后，牵引去污装置到达弯头管段，到达指定位置后，装置头1到达弯头管段弯折部分的一侧，装置尾2到达弯头管段弯折部分的另一侧，将弯管段密封，功能体之间通过锁链9形成一定的角度，使功能体能够处于弯管段中，中轴打开电解液支管的阀门和排气支管的阀门，使电解液注满整个密闭管段，并启动功能单元，控制超声装置、加热装置、间距和电流密度，去污完成后在该管段重复上述步骤进行去污，结束后中轴3接收信号线65的信号打开排料支管的阀门，将该弯管段的废料排出至管外的废料桶中，去污完成后功能体之间通过形成一定的角度通过管道弯头段，最后移动到末端1m的直管段，重复上述去污过程，直至全管段去污作业完成；将电化学去污装置从管道中取出，将从去污管道出口段出来的5m导引线外保护层洗消，并对去污装置进行洗消。

检查去污效果，结果显示：去污全过程用时85min，操作完成后，壁面消耗约45μm，测量γ剂量率为255nGy/h，管道内壁表面污染水平降低至0.2Bq/cm²，满足GB18871要求，去污因子达到43，去污效果良好。

实施例2

采用本申请所述电化学去污装置对我国东南部核电站检修一回路管道进行去污，该管道的材质为316不锈钢，两端已经打开，竖直放置长度为3.5m，上部1.5m直径为300mm，下部变径部分直径280mm长度2m。内壁面平整，部分区域存在钝化氧化膜。去污作业段长度约为1米，去污前测量管道内壁表面污染水平分别为71.2Bq/cm²，表面γ剂量率范为4874nGy/h。

电化学去污装置：装置头1和装置尾2的材质为改性HB35聚氨酯，弹性模量为0.10-0.13MPa，摩擦系数为0.21-0.23，泊松比为0.42-0.53，行进阻力平均为2.0MPa；装置头1和装置尾2层子弹头状，其直径最大处为315mm，装置头1和装置尾2直径较大的一端相对安装在中轴1的两端，密封层5安装在中轴1上，位于装置头1和装置尾2之间，密封层5的凸起部分与装置头1和装置尾2相接，密封层5的材质为PTFE，采用三组功能体串联，每组功能体包括6个阴极板定位器41、6个阴极板42、6个超声装置和12个加热装置44，功能单元4沿中轴3的径向环绕安装在中轴3上，超声装置43的额定功率为1kW，电解液采用HNO₃(40g/L)+NaNO₃(120g/L)的混合电解液，阴极板定位器41为螺旋定位器，包括螺旋结构和中空螺杆，中空螺杆贯穿螺旋结构，位于螺旋结构的中间部位，中空螺杆一端与阴极板42连接，另一端安装在加热装置44上，阴极板42呈瓦片状，其上表面和下表面的弧度为π/3。导线6依次穿过装置尾2、中轴3和装置头1，由装置头1伸出的拉线64与小型管道机器人相连，由装置尾2伸出的导线6与管外相应的装置连通，导线6包括外层61、内层62和位于外层61和内层62之间的抗辐射层63，抗辐射层63的材质为PVA基共聚物(参见113480896A实施例1)，拉线64、信号线65、电解液管66、排料管67、排气管68和电线69均位于内层62中，电解液管66与管外的电解液装置相连，排料管67与管外的废料桶相连，排气管68与管外的排气装置相连，位于中轴3中的电解液管66、排料管67和排气管68具有相应的电解液支管、排料支管和排气支管，在支管上均安装有阀门，电解液支管和排气支管伸出中轴至超声装置之间，排料支管伸出中轴至靠近管内壁处，信号线65与管外的感应控制器相连，为中轴传递指令，中轴接收指令控制支管上阀门的开关，并调节功能单元。

将小型探测机器人放入管道中对待处理管段进行探测标记，由小型管道机器人牵引电化学装置上的拉线64牵引电化学去污装置至去污管段，从上部开始，依次对1m直管段、变径管段、下部细管段去污，下部细管段分两步去污。

小型管道机器人牵引电化学去污装置至指定位置后，两密封层5与待处理管段内壁形成密闭管段，管外的感应控制器发出指令由信号线65传递至中轴3上，中轴3打开电解液支管的阀门，电解液由管外通过电解液管66经电解液支管释放至密闭管段，同时中轴3打开排气支管，通过排气支管和排气管将密闭管段的空气排出至管外，配合电解液注满整个密闭管段，中轴接收信号线65传递的信息启动功能单元，控制超声装置的超声频率为25.5kHz，加热装置的加热温度为63℃，调节阴极板定位器41，使阴极板与管壁之间的间距为40mm，控制阴极板42的电流密度为0.2A/cm²，去污时间为20分钟；去污完成后，中轴3接收信号线65传递的信息，打开排料支管的阀门，将产生的废料由排料支管和排料管67排出至管外的废料桶，排出废料后，牵引去污装置到变径管段，重复上述去污步骤，抽出废料后，移动至下部细管段，重复上述去污步骤，直至全管段去污作业完成；去污完成，中轴3接收信号线65的信号打开排气支管的阀门，将该管段产生的废料排出至废料桶中，废料排出后，将电化学去污装置移出管道，将从去污管道出口段出来的4.3m导线外层洗消，并将电化学去污装置进行洗消。

对去污后的管道进行检测，去污结果显示：去污全过程用时150min，操作完成后，壁面消耗约10μm，测量γ剂量率范围为32-45nGy/h，管道内壁表面污染水平降低为0.4Bq/cm²。满足GB18871要求，去污因子达为178，去污效果良好。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种管道用电化学去污装置，其特征在于，该去污装置包括装置头(1)、装置头(2)、功能单元(4)、中轴(3)、导线(6)和拉线(64)，功能单元(4)沿中轴(3)的径向环绕中轴(3)安装，装置头(1)和装置尾(2)安装在中轴(3)的两端，导线(6)穿过装置头(1)、中轴(3)和装置尾(2)，与管外相通，拉线(64)位于导线(6)中；

所述功能单元(4)包括阴极板定位器(41)和阴极板(42)，阴极板(42)安装在阴极板定位器(1)上，阴极板定位器(41)位于阴极板(42)和中轴(3)之间；

所述导线(6)包括电解液管(66)，电解液管(66)位于中轴(3)的部分具有相应的电解液支管，电解液支管伸出中轴(3)与空气相通，在电解液支管上安装阀门；

所述功能单元(4)还包括超声装置(43)和加热装置(44)，超声装置(43)和加热装置(44)位于阴极板定位器(41)和中轴(3)之间；

每个电化学去污装置包括1～7组功能单元，每组功能单元包括4～8个阴极板定位器(41)、阴极板(42)和超声装置(43)，以及8～16个加热装置(44)；

装置头(1)和装置尾(2)呈子弹头状，装置头(1)和装置尾(2)尾端的直径大于管道直径的5％～20％；

导线(6)还包括排料管(67)和排气管(68)，废料管(67)和排气管(68)位于中轴(3)的部分具有相应的废料支管和排气支管，电解液支管、废料支管和排气支管均伸出中轴(3)与空气相通，在上述支管上均安装阀门。

2.根据权利要求1所述的电化学去污装置，其特征在于，

每组功能单元(4)和中轴(3)构成一个功能体，每个电化学去污装置中包括1～7个依次串联的功能体。

3.根据权利要求1所述的电化学去污装置，其特征在于，

装置头(1)和装置尾(2)尾端的直径大于管道直径的8％～15％。

4.根据权利要求1所述的电化学去污装置，其特征在于，

每个电化学去污装置包括2～6组功能单元，每组功能单元包括5～7个阴极板定位器(41)、阴极板(42)和超声装置(43)，以及10～14个加热装置(44)。

5.根据权利要求1所述的电化学去污装置，其特征在于，

该电化学去污装置还包括密封层(5)，所述密封层(5)位于装置头(1)和装置尾(2)之间，密封层呈盘状，其凹陷部朝向装置内部，凸起部位与装置头(1)和装置尾(2)直径较大的一端相接，对称安装在中轴(3)上。

6.根据权利要求1所述的电化学去污装置，其特征在于，

所述导线(6)还包括外层(1)、内层(2)以及位于内层(2)和外层(1)之间的抗辐射层(3)，电解液管(66)、排料管(67)、排气管(68)和拉线(64)均位于内层(2)。

7.根据权利要求6所述的电化学去污装置，其特征在于，

所述导线(6)还包括信号线(65)、电线(69)，信号线(65)、电线(69)均位于导线内层中。

8.一种采用权利要求1至7之一所述电化学去污装置进行去污的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、启动所述电化学去污装置对管段内的污染物进行去污；

步骤2、将所述电化学去污装置从管道内牵引出，对去污装置进行清洗。

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