CN1516880A - 消除位于一空心体内的一表面上的放射性污染的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法，这种方法在于使一种化学侵蚀溶液以加压喷射流(14)的形式与固定在空心体(1)内的表面上的放射性物质接触，并且在化学侵蚀溶液与放射性物质接触后在空心体(1)外回收并排出化学侵蚀溶液。放射性物质至少为下列形式之一：化学侵蚀溶液中的溶解相、被加压喷射流(14)从表面剥落的颗粒。本发明的方法和装置可以消除一个空心体的内表面或一个放在一个可以是一个清洗槽的空心体(1)内的部件的放射性污染。

Description

消除位于一空心体内的一表面上的放射性污染的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种除去位于一空心体内的一表面上，特别是一金属表面上的放射性污染的方法和装置。
背景技术
在核反应堆中，人们使用一些要与放射性元素接触的线路或部件，所述放射性元素例如在核反应堆运行期间被一种热交换流体输送。
例如，由加压水冷却的核反应堆包括一个主管道系统，反应堆的保证堆芯燃料冷却的加压冷却水在这个主管道系统中流动，以便相继在反应堆的外壳内与堆芯燃料组件接触，并且与蒸汽发生器的热交换管接触。加压冷却水在主管道系统中流动时携带了放射性元素，然后放射性元素至少沉积在主管道系统的某些部分上。
特别是，一些物质，如含有放射性元素的金属氧化物沉积在连接反应堆的主要部件的主要管线的内表面和核反应堆的外壳或蒸汽发生器的内壁或部件的表面上。
如果需要在一个部件附近，在主管道系统的一个污染表面上进行作业时，例如为了实施控制、维修或更换一个组件，负责作业的人员必须受到保护，防止来自污染表面的电离辐射。还需要使用昂贵的生物屏蔽，而生物屏蔽的安装可能需要很长时间。在接受辐射的区域进行的工作需要负责作业的人员穿戴特殊的装备，或者使用远距离控制的自动装置。
在所有情况下，作业的成本和时间都会增加。
在污染部件或管线上进行作业，如部件的拆卸或定期进行的维修作业以便消除沉积的放射性物质的情况下，提出使用通过污染表面与一种化学侵蚀溶液接触来消除污染的方法，例如FR-2,600,203中描述的一种含有高锰酸钾的硝酸溶液。
一般说来，被含有放射性元素的物质污染的表面是具有空心体形状的部件的内表面，如反应堆的外壳或蒸汽发生器的水箱或管线，例如大直径的主管线的内表面，或者位于一个空心体内的部件，如一个槽或一个泵体的表面。
因此把化学侵蚀溶液引入到空心体中，并且在一个足够的时间内与固定在污染表面上的物质接触，或者与这些物质循环接触，使这些物质处于溶解在侵蚀溶液中的状态，处理后，侵蚀溶液或者被排出或消除，或者在空心体内被更新，例如再生后重新循环。
这些作业一般需要一个很长的实施时间，以便足够完全、有效地消除污染。
在某些情况下，拆卸下来的主管道系统的零件的消除污染在一个清洗槽内进行，如管线的管段或弯头以及使冷却水循环的主泵的部件，如一个泵轮，把要消除污染的部件和一种化学侵蚀溶液放入到清洗槽中，可以在一个足够的时间内保持化学侵蚀溶液与部件接触，以便实现消除污染，然后将化学侵蚀溶液排出，或者可以进行化学侵蚀溶液的回收和再生循环。
在更换一个压水反应堆的一个或几个蒸汽发生器的作业的情况下，需要截断连接蒸汽发生器的主要连接管线，然后把更换的蒸汽发生器的管线焊接在已经切断、经过加工并处于等待的管线上。在这些作业之前需要认真消除某些管子的内表面的污染，这些管子一般只能从一端进入。
只有这些需要使用许多装置并需要根据一个准确的组织进行许多连续工作的更换作业伴随的核反应堆停止运行的时间尽可能短，这种作业才更令人满意。
因此非常希望最大程度地缩短进行不同工作的时间，特别是消除污染的时间。
一般说来，对于各种应用，为了消除空心体内的表面或部件的污染，如核反应堆的管线、槽、水箱或清洗槽，最好提出一些快速有效的方法，使用便于实现的和核反应堆现场一般具备的装置。
发明内容
因此本发明的目的是提出一种消除位于一空心体内的一表面上，特别是金属表面上的放射性污染的方法，在该表面上固着有至少一种物质——其含有至少一种放射性元素，通过使固定在该表面上的放射性物质与一种化学侵蚀溶液的接触消除污染，这种方法可以用简单实用并且在一个核中心的现场容易得到的装置有效、快速地消除污染。
为此，使化学侵蚀溶液以高压喷射的形式在空心体内与该表面上的物质接触，并且在与放射性物质接触后在空心体外将化学侵蚀溶液和放射性物质回收或排出，放射性物质至少为以下一种形式：化学侵蚀溶液中的溶解相、从金属表面脱落的放射性物质的颗粒。
本发明还涉及一种实施本发明所述方法的除污染装置。
附图说明
为了更好地了解本发明，现在作为例子并参照附图描述本发明所述方法和装置的几个实施例，这些实施例用于消除一个压水反应堆的主管道系统的管道和部件的污染。
图1是一个可以使用本发明所述方法的清洗装置示意图。
图2是一个反应堆管道系统管道的一个弯头在通过本发明所述方法并根据第一实施例进行除污染作业的轴向剖面图。
图3是管道系统管道的一个弯头在通过本发明所述方法并根据第二实施例进行除污染作业的轴向剖面图。
图4是用本发明所述方法消除一个主泵的一个泵轮的污染的装置的立面示意图和局部剖面图。
具体实施方式
在图1中表示出一个空心体1，在空心体1中实现至少一个表面的除污染，例如这个表面可以是空心体本身的内表面。例如空心体1可以是一段管线或一个容器——如一个应该在作业前消除其内表面污染的槽。
空心体1内要除污染的表面也可以是一个留在空心体内的很难拆卸或不能拆卸的部件的表面。空心体1包括一个封闭的端部或底部，和一个开放的端部，开放端部上有一个可以密封固定在空心体1的开放端上的板子或封闭带2。一个喷淋管位于空心体内，例如沿空心体的轴向，喷淋管3包括多个指向要清洗的表面、例如空心体1的内表面的喷嘴。
通过一个管线4给喷淋管3提供清洗和消除污染的流体，管线4与一个高压泵5的出口部分连接，使一种加压清洗流体沿箭头6指出的方向在管线4中流动。
高压泵5的入口部分通过一个连接管7与一个装有除污染流体的储罐8连接。
储罐8的下部与连接管7连接，它的上部与一个连接储罐和一个加速泵10的出口部分的管道9连接，加速泵10的入口部分通过一个连接管11在空心体1的一个低点附近与空心体1的内体积连接。例如可以是一个隔膜泵的泵10可以回收空心体1底部的除污染流体，并且将其送到储罐8中，以便可以回收除污染流体并通过高压泵5重新用于空心体的除污染。
也可以在储罐8内实现除污染流体的再生，除污染流体一般是一种化学侵蚀溶液。
封堵塞2的上部包括一个管接头，一个压力计，如一个水柱压力计13在这个管接头处通过一个管子与空心体1的内体积连接。压力计13可以测量空心体1内的压力，并且给加速泵10的一个控制装置10a提供一个压力信号，以便调节加速泵10与高压泵5的流量比。
例如是一个隔膜泵的加速泵可以无损害地干运行，因此可以随意调节加速泵10与高压泵5的流量比。
高压注入泵5使一种流体到达喷淋管3，流体的压力高于大气压，例如在2到400bars之间，使包括喷嘴15的喷淋管3形成加压喷射流14，每个喷射流指向空心体1内要清洗表面的一个区域。
除污染流体是一种可以是液体、凝胶或气态形式的化学反应剂。
化学反应剂可以是酸性、碱性或中性以及氧化剂或还原剂，并且可以在环境温度或高于环境温度的温度下使用。反应剂可以在储罐8内进行计量和再生；储罐8可以包括加热装置，如电阻，以便把除污染流体加热到一个可以提高流体活性的高于常温的温度。
在使用由一种液体化学溶液构成的除污染流体的情况下，或者用一个加速泵，如图1所示的泵10，或者通过重力流动从空心体1的一个低点排出液体，回收罐位于一个低于空心体1的地点。
在一种由凝胶状反应剂构成的除污染流体的情况下，凝胶反应剂在空心体1中通过喷淋管3的喷嘴15雾化成射流14，然后通过雾化，冲洗已经除污染的表面，一般用水雾化，并且通过泵排出冲洗液。
反应剂的雾化和高压射流形式的冲洗产物可以通过射流的机械作用和反应剂的化学侵蚀作用除去含有放射性元素的污染物质。
可以根据使用的反应剂类型通过注入泵5使用位于上面给出的压力间隔内所需压力处的喷淋管的喷射压力。
为了开始一次除污染作业，在储罐8内实现一种化学溶液的制备，调节化学溶液的反应剂浓度。把溶液搅拌均匀，并或许加热到需要的温度，以便在与要除污染的表面接触时得到最好的活性。
在除污染期间，回收的溶液可以在储罐8内再生。
储罐8与在其中进行除污染的空心体1之间的连接可以通过一些软管或刚性管得到，或通过由软管段和硬管段组成的管线得到。
雾化喷淋管3可以由一个具有某种形状(例如圆形、方形或六边形)截面的空心剖面零件构成。喷淋管的形状与空心体内要除污染的表面的几何形状相适应。喷淋管由一种对除污染使用的反应剂和喷射压力具有良好耐受力的材料制成。
喷淋管3的雾化喷嘴15可以设置为使喷射流14完全覆盖要除污染的表面，从喷嘴15喷出的喷射流14可以部分重叠，这对除污染的效果完全没有损害。
现在参照图2、3描述清洗由反应堆管道系统管道的一个弯头构成的空心体的内表面的二个特殊情况。
图1和图2、3中，对应的零件用相同的标记表示。
在图2所示的符合第一变种的实施例的情况下，空心体1由管道系统的一个已经切割并且端部经过加工的弯头构成，它的第一端被一个封堵塞2封闭，一个开口穿过封堵塞2的中心部分，一个连接喷淋管3和给喷淋管3提供加压除污染液体的管线4的管接头16安装在开口中。管形喷淋管3通过一个接头3’与流体到达的第一端连接，接头3’与管接头16在空心体1内的端部连接。构成空心体1的管道系统的弯头与被封堵塞2封闭的一端相反的一端被一个与封堵塞2类似的封堵塞2’封闭，并且不包括一个管接头通过的中心开口。
封堵塞2和2’贴靠弯头1的对应端部的一个经过加工的表面，并通过一个机械装置，例如螺钉和螺母锁紧，并插入一个密封垫，如夹在封堵塞和弯头1的第一端之间的密封垫17。
一个第二管接头18在一个位于空心体1下部的区域穿过封堵塞2。
给喷淋管3提供加压流体时，喷嘴15形成覆盖弯头1内表面的每个部分的喷射流14。
喷淋管3可以具有与弯头1的曲线相似的曲线，使喷淋管的轴与弯头的曲线轴重合。喷嘴15沿喷淋管3的长度上分布，并且它们的方向使喷射流14能够覆盖弯头1的整个内表面，邻近的喷射流可以具有不同的覆盖区域。
撞击空心体1的内表面的加压喷射流通过机械作用和化学侵蚀作用使沉积在弯头1内表面上的放射性物质，即含有至少一种放射性元素的物质脱离。
一部分放射性物质的沉积还可以溶解在侵蚀性反应剂中。
含有剥落颗粒和溶解物的侵蚀性反应剂聚集在空心体1的下部，以便通过管接头18和与加速泵连接的排泄管11排出。
在清洗一个主管道的弯头1的第二个实施变种的情况下，只能通过一个已经加工的开口才能进入弯头，封堵塞2固定在进入口和与管接头16连接的喷淋管3上，管接头16穿过封堵塞2的中心部分。沿弯头1的轴的喷淋管3包括一个外管3a和一个与外管3a同轴的内管3b，喷淋喷嘴15固定在外管3a上。
外管3a在第一个开放端与一个通过管接头16和管线4提供的除污染流体总管连通，并且与之相反的封闭端有一个弯头1的第二端的封堵组件19。
封堵组件19包括一个膨胀堵塞器20，通过一个沿喷淋管3的管子21从弯头1的外部给膨胀堵塞器20提供加压气体。
喷淋馆3的内管3b包括一个在封堵塞2处与一个排泄管连接的第一个端部和一个邻近堵塞装置19的上表面的第二开放端，堵塞装置19包括一个支撑膨胀堵塞器20的刚性组件。
为了把喷淋管3放到可以从第一开放端进入的主管道的弯头内，把处于放气状态堵塞器20与就位后膨胀的堵塞装置19结合。然后把喷淋管3放到弯头内，直到贴靠弯头1的第一端上的封堵塞2。
通过机械装置把封堵塞固定在弯头1的第一端上，并且使膨胀堵塞器膨胀，直到以密封的方式封闭弯头1的第二端，弯头内表面的清洗通过在弯头的第一端和第二端之间的喷淋管3进行，第一端被封堵塞2封闭，第二端被膨胀堵塞器20封闭。
送到喷淋管3的管子3a和3b之间的环形空间中的除污染流体被喷嘴15分配为覆盖弯头1的整个表面的加压清洗喷射流14。含有从弯头的内表面脱落的放射性物质颗粒或溶解物的除污染流体被管子3b回收，管子3b与一个吸入装置，如一个加速泵连接。
图2、3所示的装置也可以用于上面描述的弯头的除污染以及主管道系统的直管段的除污染。
图4表示一个用于一个前置真空泵水力部分消除污染的除污染装置，这个泵包括一个由泵轮22a、一个泵轮传动轴和一个接受密封垫的热屏组成的可拆卸组件22。
泵轮22a和反应堆运行期间与核反应堆的一回路水接触的热屏外套可能被放射性物质覆盖，如核反应堆运行期间沉积在泵轮或一部分支座上的氧化物。
应该检修泵的水力部分，并且为了进行作业，应该在核反应堆的主管道系统上运行一定时间后消除水力部分的污染。由于不能在泵体中放入一个或几个雾化喷淋管，这种通过本发明所述方法进行的除污染不能在泵体内使用。
图4表示可以消除泵的水力部分污染的装置。图4所示装置和图1-3所示装置中有类似功能的零件用同样的标记表示。
该装置特别包括一个由一个槽构成的空心体1，一个喷淋管组件3位于其中，喷淋管3的喷嘴15朝向清洗槽1的中心部分，泵的轴位于中心部分。
槽1包括一个上边缘，热屏22可以放在这个边缘上，使泵的要清洗的部分朝向喷淋管3的喷嘴15，泵的要清洗的部分包括泵轮22a和热屏外套。
可以使用一个包括多个喷淋管零件的喷淋管组件3，这些喷淋管零件位于一些与泵轮的旋转轴平行的装置中，在泵轮以及热屏外套的周围。
还可以只使用一个喷淋管组件3的一个或二个喷淋管，并且在清洗期间使泵轮和热屏围绕泵轮的轴转动。
除污染装置包括一个除污染反应剂的储罐8、一个可以把储罐8的加压的除污染流体注入到喷淋管组件3中的高压泵5和一个加速泵10，加速泵10通过一个管线11与槽1排空装置的下部连接，并通过一个返回管9与储罐8连接。
该装置的运行方式与前面描述的装置相同。
如箭头6所示，加压除污染流体被高压泵5送到喷淋管组件3中，使喷淋管组件形成的喷射流14与泵轮22a和热屏外套的整个外表面接触。加压喷射流14通过机械作用使泵轮外表面不同部分的放射性物质的颗粒的脱落，并通过化学溶解使放射性物质溶解。
通过排泄管11在清洗槽1底部回收的除污染流体含有放射性物质的颗粒和某些溶解在除污染流体中的溶解形式的放射性物质。
在清洗槽1的底部回收的除污染流体可以被过滤，然后再重新进入到储罐8中。
喷淋管组件3的喷淋管的位置使得可以达到泵轮和热屏外套外表面的所有部分。
当然，图4所示的装置可以用于实现一个核反应堆的不同类型的主要部件的除污染。
可以或者更换喷淋管，使它们适应要除污染的部件的形状，或者更换整个清洗槽。
本发明所述方法和装置的主要优点如下：
—由于机械作用和化学作用的结合，提高了除污染的效率。化学反应剂可以通过使放射性物质层的组成元素溶解而使放射性物质层，例如氧化物层变得脆弱。加压喷射流的机械作用可以使被化学侵蚀变得脆弱的放射性物质层脱落。因此可以使毗邻的氧化物层可以接触化学侵蚀溶液。
—与要除污染的表面接触的除污染化学溶液经常更新可以提高除污染的效率。实际上，除污染的效率与侵蚀溶液扩散层的厚度有关，因此与流体的速度有关。
—减少了所用溶液的体积，因此减少了清洗时产生的排放物。所需的侵蚀溶液的体积是足以使高压泵运行而不停泵或形成空腔的体积。这个体积一般比完全充满要除污染的表面所在的空心体所需的体积小得多。
—由于除污染化学溶液与空心体外表面之间没有接触，一个要在它的内表面除污染的空心体的外部保持完全没有来自要除污染的表面的放射性元素。
—工具的装卸和就位都更容易，并且需要较少的清洗装置。
—容易通过较少的转换把一个包括一个线路的传统类型的除污染装置转换成化学反应液体的流动。一般只要安装一个保证化学反应液体雾化的高压泵以及一个加速泵就可以了，加速泵是为了排出在其中实现除污染的空心体中的流体。
—由于空心体的封闭可以保证密封，因此没有溶液溢出的危险。
—由于迅速安装除污染所需的工具，负责除污染的人承受的剂量率很低。
—可以以简单的方式实现位于空心体上的封堵塞的密封。
本发明不局限于已经描述的实施例。
在某些情况下，可以使用可以到达要除污染的表面的远离空心体入口的部分的伸缩喷淋管、端部带有一个旋转头的喷淋管或者包括一些臂和喷嘴的装置，这些臂和喷嘴通过喷嘴喷射的高压流体的反应而转动。还可以与要除污染的表面相切的方式实现化学反应剂的雾化。
可以设置一些活动的喷淋管，以便实现不同形状部件的除污染。
在空心体不具备围绕一个轴的对称性的情况下，可以使用几个安装在同一个封堵塞上的喷淋管，以便可以在除污染的部件的几何形状复杂的表面上进行喷射流的雾化。
总之，本发明可以用于核工业的许多部门。

Claims (14)

1.消除放射性污染方法，其用于位于一空心体(1)内的一表面上、特别是一金属表面上，在所述表面上固着有至少一种物质——其含有至少一种放射性元素，通过使固着在所述表面上的物质与一种化学侵蚀溶液的接触来消除污染，所述方法的特征在于，使所述化学侵蚀溶液以高压喷射流(14)的形式在所述空心体(1)内与固着在所述表面上的物质接触，并且在所述空心体(1)外回收并排出与所述放射性物质接触后的化学侵蚀溶液和至少为以下形式之一的放射性物质：在所述化学侵蚀溶液中的溶解相、从金属表面脱落的颗粒放射性物质。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使与所述放射性物质接触后回收的化学侵蚀溶液——可能在再生后——再循环使用。
3.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，所述要除污染的表面是空心体(1)的一个内表面，所述高压喷射流(14)覆盖所述要除污染的空心体(1)的整个内表面，所述喷射流(14)之间可能有重复覆盖。
4.如权利要求1、2和3中任一项所述的方法，其特征在于，所述要除污染的表面是压水核反应堆的主管道系统的一个管段或弯头的内表面，可以从一端或二个相反端进入该管段或弯头。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空心体(1)是一个清洗槽，并且所述要除污染的表面是一个位于所述清洗槽(1)内的部件(22、22a)的外表面。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述化学侵蚀溶液含有下述化学反应剂中的至少一种：酸性反应剂、碱性反应剂、中性反应剂、氧化反应剂、还原反应剂。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，把所述化学反应剂的温度提高到一个可以提高化学侵蚀溶液的活性的温度。
8.消除位于一空心体(1)内的一表面上、特别是一金属表面上的放射性污染的装置，在所述表面上固着有至少一种物质——其含有至少一种放射性元素，通过使固着在所述表面上的物质与一种化学侵蚀溶液的接触来消除污染，所述装置包括一个与所述空心体内连通的化学侵蚀溶液的循环线路(4、7、9、11)连接的储罐(8)；所述装置还包括一个喷淋管(3)，所述喷淋管(3)包括多个形成形成喷射流(14)的喷嘴(15)，并且所述线路(4、7、9、11)包括一个管线(4)和至少一个管线(11、9)，所述管线(4)通过一个高压泵(5)把加压化学侵蚀溶液从所述储罐(8)提供给所述喷淋管(3)，所述管线(11、9)在化学侵蚀溶液与放射性物质接触后通过一个加速泵(10)把化学侵蚀溶液排到所述储罐(8)中。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述加速泵(10)通过一个控制装置(10a)进行控制，所述控制装置(10a)接受一个测量空心体(1)内压力的压力计(13)的信号。
10.如权利要求8和9中任一项所述的装置，在所述空心体(1)是一个压水核反应堆的主管道系统的一个管段或弯头的情况下，该装置的特征在于包括一个在主管道系统的一个管段或弯头的第一端密封该管段或弯头的封堵塞(2)，所述喷淋管(3)固定在所述封堵塞(2)上，所述喷淋管(3)通过穿过所述封堵塞(2)的管接头(16)与所述提供高压化学侵蚀溶液的管线(4)连接，所述喷淋管(3)基本上沿主管道系统的管段或弯头(1)的轴延伸，并且所述喷淋管(3)包括一些指向主管道系统的管段或弯头(1)的内表面的喷嘴(15)。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该装置包括一个主管道系统的管段或管线弯头(1)的第二端的封堵塞(2’)。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述喷淋管(3)在与穿过第一封堵塞(2)的管接头(16)连接的一端相反的第二端有一个堵塞装置(19)，该堵塞装置(19)包括一个膨胀堵塞器(20)和一个从所述空心体(1)外给所述膨胀堵塞器提供加压气体的管子(21)。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述喷淋管(3)由二个同轴管子(3a、3b)组成，一个带有形成加压化学侵蚀溶液喷射流(14)的喷嘴(15)的外管(3a)和一个与所述外管(3a)形成一个环形空间的内管(3b)，所述环形空间在所述喷淋管(3)远离所述封堵塞(2)的第二端封闭，并且与提供加压侵蚀液体的总管连接；并且所述喷淋管(3)的内管(3b)相对于所述喷淋管(3)的环形空间的封闭的第二端突出，以便通过一个邻近的开放端通向堵塞装置(19)。
14.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述空心体(1)是一个用于在它的内部接受一个部件(22、22a)的清洗槽，该部件(22、22a)至少面对一个化学侵蚀溶液喷射流的喷淋管(3)。
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