RU2316834C1

RU2316834C1 - Sediment washout device

Info

Publication number: RU2316834C1
Application number: RU2006122602/06A
Authority: RU
Inventors: Борис Николаевич Бараков (RU); Борис Николаевич Бараков; Николай Николаевич Сергеев (RU); Николай Николаевич Сергеев; Игорь Борисович Калачев (RU); Игорь Борисович Калачев; Юрий Владимирович Киселев (RU); Юрий Владимирович Киселев
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат"
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2008-02-10

Abstract

FIELD: nuclear engineering; treatment of radioactively contaminated materials.

SUBSTANCE: proposed sediment washout device has electric drive, shaft, working liquid inlet pipe, housing, working chamber, and washing head with nozzle. Washing head with nozzle has facility for implantation into sediment and its crushing; it is also provided with pipe union disposed within working chamber and mounted therein coaxially with electric drive shaft. Facility for implementation into sediment and its crushing is essentially pipe-union mounted flange that carries cutting ribs controlled by electric drive disposed on movable platform which has guide posts. Electric drive shaft and washing head pipe union are joined together by means of ribs and mounted within working chamber through packing assemblies. Device is provided with control system that has personal computer, microcontroller, communication modems, and software. Proposed device can steadily operate in vessels as deep as up to 30 m.

EFFECT: enhanced coefficient of sparingly soluble pulp sediment extraction, reduced vibration and amount of working liquid and liquid radioactive waste.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной технике и технологии обработки материалов с радиоактивным заражением, в частности к устройствам для обработки и удаления твердых радиоактивных отходов высокого уровня активности, скопившихся на дне емкостей-хранилищ РАО, перевода осадка во взвешенное состояние с целью дальнейшего его извлечения на переработку.The invention relates to nuclear engineering and technology for processing materials with radioactive contamination, in particular to devices for the treatment and disposal of solid radioactive waste of a high level of activity accumulated at the bottom of RW storage tanks, transferring the sediment into suspension for its further extraction for processing.

На предприятиях атомной промышленности проводится вывод из эксплуатации реакторных и радиохимических производств, выработавших ресурс основного незаменяемого оборудования. Результатом их многолетней эксплуатации явились большие объемы накопленных радиоактивных отходов, хранящихся в виде радиоактивных пульп в емкостях-хранилищах жидких РАО. Емкости-хранилища изготовлены из нержавеющей стали и проведение диагностики их коррозионного состояния современными методами пока не представляется возможным. При выводе емкостей-хранилищ из эксплуатации накопленные в емкостях пульпы должны быть подвергнуты мобилизации и переработке, так как представляют собой реальную опасность для окружающей среды. В связи с этим извлекаемая пульпа подвергается различным видам обработки. В силу конструктивных особенностей емкостей хранилищ и используемого оборудования на дне емкости остается уплотненный осадок пульпы, составляющий от 5 до 10% объема исходной, проблемы иммобилизация которого для дальнейшего обращения с пульпой требуют проработки.At the enterprises of the nuclear industry, decommissioning of reactor and radiochemical productions that have exhausted the life of the main irreplaceable equipment is carried out. The result of their long-term operation was the large volumes of accumulated radioactive waste stored in the form of radioactive pulps in storage tanks of liquid radioactive waste. Storage tanks are made of stainless steel and the diagnosis of their corrosion state by modern methods is not yet possible. During decommissioning of storage tanks, the pulps accumulated in the tanks must be mobilized and processed, as they represent a real danger to the environment. In this regard, the extracted pulp is subjected to various types of processing. Due to the design features of the storage tanks and the equipment used, a compacted pulp residue remains at the bottom of the tank, amounting to 5 to 10% of the original volume, the problems of which are required to be immobilized for further treatment of the pulp.

Известна конструкция моечного устройства для размыва осадка емкостей-хранилищ РАО, включающая электродвигатель, корпус со штуцером, камеру подвода жидкости для размыва осадка, сопловый насадок и моечную головку (см. авторское свидетельство СССР № 1387731, кл. G 21 F 9/34, 1986).A known design of a washing device for washing out sediment of RW storage tanks, including an electric motor, a housing with a fitting, a fluid supply chamber for washing out sediment, nozzle nozzles and a washing head (see USSR author's certificate No. 1387731, class G 21 F 9/34, 1986 )

К недостаткам описанного выше известного устройства относится то, что, размывая осадок, обработку на дне емкости, произвести обработку возможно только равномерными струями всей поверхности. Для подземных емкостей-хранилищ РАО диаметром от 12 до 35 м размыв осадка отдельных мест на дне емкости указанным устройством выполнить невозможно. Наличие на сопловой головке конического зубчатого зацепления и золотника внутри нее значительно снижает надежность устройства, так как брызги жидкости с нерастворимой твердой фазой (песком) при размыве могут привести к заклиниванию зубчатого зацепления.The disadvantages of the above-described known devices include the fact that, eroding sediment, processing at the bottom of the tank, it is possible to process only uniform streams of the entire surface. For underground RW storage tanks with a diameter of 12 to 35 m, the erosion of precipitation of certain places at the bottom of the tank cannot be performed by the indicated device. The presence on the nozzle head of a bevel gear and a spool inside it significantly reduces the reliability of the device, since splashes of liquid with an insoluble solid phase (sand) during erosion can lead to jamming of the gear.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является устройство для размыва осадка, включающее электропривод, вал, патрубок ввода рабочей жидкости, корпус, рабочую камеру и моечную головку с соплом (см. патент RU 2249868, опубл. 10.04.2005, кл. G21 F9/28), которое принято заявителем за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a device for sediment erosion, including an electric drive, a shaft, a nozzle for introducing a working fluid, a housing, a working chamber and a washing head with a nozzle (see patent RU 2249868, publ. 10.04.2005, C. G21 F9 / 28), which is accepted by the applicant for the prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что сопло постоянно осуществляет медленный поворот вокруг горизонтального патрубка цилиндрического корпуса при одновременном вращении всего устройства вокруг вертикальной оси. Включение-выключение и реверс в управлении устройством позволяет производить размыв осадка по расходящейся или сходящейся спиралям, но при больших геометрических размерах емкостей-хранилищ между спиралями могут оставаться не размытые участки осадка. Выбор зон размыва в известном устройстве осуществляется переустановкой конечных выключателей на корпусе устройства, находящемся над емкостью-хранилищем, что приводит к повышенному радиационному воздействию на обслуживающий персонал.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device include the fact that the nozzle constantly rotates slowly around the horizontal pipe of the cylindrical body while rotating the entire device around the vertical axis. Switching on / off and reverse in device control allows washing out sediment along diverging or converging spirals, but with large geometric dimensions of storage tanks, non-blurred sections of sediment may remain between the spirals. The choice of erosion zones in the known device is carried out by reinstalling the limit switches on the device body, located above the storage tank, which leads to increased radiation exposure to maintenance personnel.

Размыв осадка, осуществляемый постоянно перемещающимися струями, не эффективен, т.к. для разрушения прочных осадков необходимо более длительное воздействие струй, направленных в одну область.Sludge erosion carried out by constantly moving jets is not effective, because for the destruction of solid precipitation requires a longer exposure to jets directed in the same area.

В некоторых емкостях-хранилищах глубиной до 30 м высота слоя осадка достигает 20 м и его нижние слои, содержащие в основном гидроокись алюминия, при длительном хранении под действием радиолиза и давления вышележащих слоев приобрели высокую плотность и прочность. Осуществить растворение реагентами такого осадка и иммобилизацию возможно лишь при постоянном максимально приближенном воздействии струй жидкости непосредственно на осадок, что известное устройство обеспечить не может. Но воздействие на осадок через слой жидкости над ним снижает эффективность размыва и приводит к увеличению объемов рабочей жидкости, объема жидких радиоактивных отходов и затрат на их переработку.In some storage tanks with a depth of up to 30 m, the sediment layer reaches a height of 20 m and its lower layers, which contain mainly aluminum hydroxide, acquired high density and strength during long-term storage under the influence of radiolysis and pressure of the overlying layers. To carry out the dissolution by reagents of such a precipitate and immobilization is possible only with a constant maximum approximate effect of liquid jets directly on the precipitate, which the known device cannot provide. But the impact on the sediment through the liquid layer above it reduces the erosion efficiency and leads to an increase in the volume of the working fluid, the volume of liquid radioactive waste and the cost of their processing.

Изобретение нацелено на повышение надежности и эффективности работы устройства по размыву осадка.The invention is aimed at improving the reliability and efficiency of the device for erosion of sediment.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении коэффициента извлечения труднорастворимых осадков пульпы, снижении вибрации и повышении устойчивости устройства при работе в емкости глубиной до 30 м. Кроме того, технический результат выражается в сокращении объемов рабочей жидкости и жидких радиоактивных отходов, а также в снижении радиологической опасности.The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to increase the recovery rate of insoluble pulp sediments, reduce vibration and increase the stability of the device when working in tanks up to 30 m deep. In addition, the technical result is a reduction in the volume of working fluid and liquid radioactive waste as well as in reducing the radiological hazard.

Для достижения указанного технического результата в устройстве для размыва осадка, включающем электропривод, вал, патрубок ввода рабочей жидкости, корпус, рабочую камеру и моечную головку с соплом, моечная головка с соплом содержит приспособление для внедрения в осадок и его измельчения, а также снабжена штуцером, который размещен внутри рабочей камеры и соосно смонтирован там с валом электропривода.To achieve the specified technical result in a device for washing out sediment, including an electric drive, a shaft, a nozzle for introducing a working fluid, a housing, a working chamber and a washing head with a nozzle, the washing head with a nozzle contains a device for incorporation into the sediment and its grinding, and is also equipped with a fitting, which is placed inside the working chamber and coaxially mounted there with an electric drive shaft.

Учитывая особые условия эксплуатации, устройство отличается тем, что приспособление для внедрения в осадок и его измельчения представляет собой смонтированный на штуцере фланец с установленными на нем режущими ребрами, которое управляется приводом поворота (электроприводом), размещенным на подвижной площадке, снабженной направляющими стойками. Кроме того, вал электропривода и штуцер моечной головки смонтированы между собой посредством ребер и установлены внутри рабочей камеры через узлы уплотнения, а также устройство снабжено системой управления, включающей персональный компьютер, микроконтроллер, модемы связи и программное обеспечение.Given the special operating conditions, the device is characterized in that the device for introducing into the sediment and grinding it is a flange mounted on the nozzle with cutting ribs mounted on it, which is controlled by a rotation drive (electric drive) placed on a movable platform equipped with guide racks. In addition, the electric drive shaft and the nozzle of the washing head are mounted between themselves by means of ribs and installed inside the working chamber through the seal nodes, and the device is equipped with a control system including a personal computer, microcontroller, communication modems and software.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, являются: наличие приспособления для внедрения в осадок и его измельчения, а также то, что моечная головка с соплом снабжена штуцером, сообщающимся с электроприводом.Distinctive features of the proposed device from the above known, closest to it, are: the availability of devices for incorporation into the sediment and its grinding, as well as the fact that the washing head with a nozzle is equipped with a fitting that communicates with the electric drive.

Благодаря наличию этих признаков при работе заявленного устройства в условиях, когда конструкцию моечной головки необходимо опускать на глубину свыше 5 метров, происходит постоянное заглубление в осадок режущих ребер, что помогает не только механически воздействовать и измельчить труднорастворимый осадок, но дополнительно создает точку опоры и предотвращает раскачивание штуцера, вала и в целом устройства при воздействии реактивной силы струи рабочей жидкости на твердый осадок.Due to the presence of these signs during operation of the claimed device in conditions when the design of the washing head must be lowered to a depth of more than 5 meters, cutting edges are constantly deepened into the sediment, which not only helps to mechanically act and grind the insoluble sediment, but additionally creates a fulcrum and prevents swaying the nozzle, the shaft and the device as a whole when the reactive force of the jet of working fluid on the solid sediment.

Кроме того, конкретная форма выполнения устройства позволяет использовать оборотный раствор при размыве осадка и снятии отложений со стенок емкости и снизить таким образом объем жидких радиоактивных отходов. Радиологическая опасность снижается за счет того, что управление устройством осуществляется дистанционно, посредством персонального компьютера, микроконтроллера, модемов связи и специального программного обеспечения, позволяющего производить передвижение моечной головки в непрерывном или дискретном режиме и ориентировать сопло в необходимом направлении.In addition, the specific form of the device allows you to use a circulating solution for erosion of sediment and removal of deposits from the walls of the tank and thus reduce the volume of liquid radioactive waste. The radiological hazard is reduced due to the fact that the device is controlled remotely by means of a personal computer, a microcontroller, communication modems and special software that allows the washing head to be moved in continuous or discrete mode and to orient the nozzle in the required direction.

Предлагаемое устройство для размыва осадка иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2.The proposed device for erosion of sediment is illustrated by the drawings shown in figures 1 and 2.

На фиг.1 показан общий вид устройства для размыва осадка, установленного в освобождаемую емкость.Figure 1 shows a General view of the device for erosion of sediment installed in the released capacity.

На фиг.2 приведен поперечный разрез приспособления для внедрения в осадок и его измельчения.Figure 2 shows a cross section of a device for introduction into the sediment and its grinding.

Предлагаемое устройство содержит корпус 1, камеру 2 подачи рабочей жидкости с боковым патрубком 3. В нижней части камеры 2 через узел уплотнения 4 установлен штуцер 5 с моечной головкой 6, снабженной соплом 7, и приспособлением 8 для внедрения в осадок и его измельчения, содержащим фланец 9 и приваренные к нему конусные ребра 10 с режущими кромками 11. В верхнем отделе камеры 2 через узел уплотнения 12 установлен вал 13, соединенный при помощи ребер 14 со штуцером 5.The proposed device includes a housing 1, a chamber 2 for supplying a working fluid with a side nozzle 3. In the lower part of the chamber 2, a nozzle 5 is installed with a washing head 6 equipped with a nozzle 7 and a device 8 for introducing into the sediment and grinding it containing a flange 9 and conical ribs 10 welded to it with cutting edges 11. In the upper section of the chamber 2, a shaft 13 is mounted through the seal assembly 12 and connected via ribs 14 to the fitting 5.

Монтажный фланец 15 смонтирован на фланце 16 проходки 17 и находится в защитном боксе 18 над емкостью-хранилищем 19. Через подшипниковую опору 20 вал 13 установлен в электропривод 21, смонтированный на подвижной площадке 22, вертикально перемещающейся по направляющим 23.The mounting flange 15 is mounted on the flange 16 of the penetration 17 and is located in the protective box 18 above the storage tank 19. Through the bearing support 20, the shaft 13 is installed in the electric drive 21 mounted on a movable platform 22, vertically moving along the guides 23.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Вначале устройство для размыва погружается в емкость 19 до упора конусных ребер 10 в осадок.The work of the proposed device is as follows. Initially, the erosion device is immersed in the tank 19 until the conical ribs 10 abut against the sediment.

Подаваемая через боковой патрубок 3 рабочая жидкость поступает в камеру 2 подачи рабочей жидкости, и далее через полости между ребрами 14, соединяющими вал 13 и штуцер 5, рабочая жидкость поступает в сопло 7 моечной головки 6.The working fluid supplied through the side pipe 3 enters the working fluid supply chamber 2, and then through the cavities between the ribs 14 connecting the shaft 13 and the nozzle 5, the working fluid enters the nozzle 7 of the washing head 6.

Вращаясь, вал 13 приводит в движение конусные ребра 10, которые режущими кромками 11 измельчают осадок, и струей рабочей жидкости, вытекающей из сопла 7, осадок смывается к насосу (на чертеже не представлен). Опускаясь под действием собственного веса по направляющим 23, вал 13 вместе с площадкой 22 заглубляются в осадок и, таким образом, сопло 7 все время остается максимально приближенным к размываемому осадку. При полной выработке рабочего хода вала 13 по мере освобождения емкости от осадка осуществляют удлинение бокового патрубка 3 и вала 13 путем постановки трубных вставок в защитном боксе 18 над емкостью-хранилищем 19.Rotating, the shaft 13 drives the conical ribs 10, which grind the sediment with cutting edges 11, and the jet is washed off to the pump (not shown) by a jet of working fluid flowing from the nozzle 7. Falling under the influence of its own weight along the guides 23, the shaft 13 together with the platform 22 are buried in the sediment and, thus, the nozzle 7 all the time remains as close as possible to the eroded sediment. With the full development of the working stroke of the shaft 13 as the tank is free of sediment, the side pipe 3 and the shaft 13 are extended by setting the tube inserts in the protective box 18 above the storage tank 19.

Управление электроприводом осуществляется дистанционно компьютерной системой управления. Электрический сигнал от персонального компьютера поступает на программируемый микроконтроллер и далее на реле, осуществляющее подачу напряжения на электропривод. Наличие компьютерной системы управления позволяет не только изменять направление сопла указателем мыши на мониторе компьютера, но и осуществлять непрерывное или дискретное его перемещение по программе.The electric drive is controlled remotely by a computer control system. The electrical signal from a personal computer is fed to a programmable microcontroller and then to a relay that supplies voltage to the electric drive. The presence of a computer control system allows not only to change the nozzle direction with the mouse pointer on the computer monitor, but also to carry out its continuous or discrete movement in the program.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что при использовании заявленного устройства выполнена следующая совокупность условий:Thus, the above information indicates that when using the claimed device, the following set of conditions:

средство, воплощающее заявленное устройство для размыва осадка при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в атомной энергетике, в части технологии переработки и удаления из емкостей радиоактивных отходов;means embodying the claimed device for washing out the precipitate during its implementation, is intended for use in industry, namely in nuclear energy, in terms of technology for processing and removal of radioactive waste from containers;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;- for the claimed device in the form as described in the independent clause of the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application is confirmed;

- устройство для размыва осадка, воплощающее изобретение, при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- a device for erosion of sediment, embodying the invention, when implemented, is capable of achieving the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Claims

1. A device for washing away sludge, including an electric drive, a shaft, a nozzle for introducing a working fluid, a housing, a working chamber and a washing head with a nozzle, characterized in that the washing head with a nozzle contains a device for introducing into the sediment and grinding it, and is also equipped with a fitting, which is placed inside the working chamber and coaxially mounted there with an electric drive shaft.

2. The device according to claim 1, characterized in that the device for introduction into the precipitate and its grinding is a flange mounted on the nozzle with cutting ribs mounted on it, which is controlled by an electric drive located on a movable platform equipped with guide racks.

3. The device according to claim 1, characterized in that the electric drive shaft and the nozzle of the washing head are mounted to each other by means of ribs and are installed inside the working chamber through the seal nodes.

4. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a control system including a personal computer, a microcontroller, communication modems and software.