Результат интеллектуальной деятельности: Способ извлечения жидких высокоактивных отходов из емкостей-хранилищ

Изобретение относится к области обращения с радиоактивными растворами и суспензиями, в частности, к переработке высокоактивных отходов.

Известен способ раскачки жидких радиоактивных отходов путем врезки на необходимой высоте емкости трубопровода с соответствующей запорной арматурой и побудителем для обеспечения требуемого расхода жидкости [Никифоров А.С., Куличенко В.В., Жихарев М.И. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. - М.: Атомиздат, 1985. - 184 с.]. Недостатком этого способа является возможность выдачи раствора только до уровня врезки трубы, а также отсутствие возможности установки подобного устройства на заполненной емкости. Частным случаем реализации подобного решения является размещение линии опорожнения в донной части аппарата, в самой нижней его точке. Однако такой вариант также реализуем только до заполнения емкости. Кроме того, он неработоспособен в случае заполнения емкостей гетерогенными отходами – суспензиями, при хранении которых со временем образуется значительный слой плотного осадка, имеющего минимальную подвижность и проницаемость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ извлечения пульпообразных отходов с использованием в составе комплекта оборудования погружного насоса разработки ФГУП «ГХК» [И.А. Пронь, Д.Н. Колупаев, М.Б. Ремизов, П.В. Козлов, В.К. Колтышев, М.В. Логунов / Переработка высокоактивных гетерогенных отходов ФГУП "ПО "Маяк" / Безопасность ядерных технологий и окружающей среды, 2013, №1, стр. 22-28]. Указанный метод заключается в размещении в освобождаемой емкости специализированного погружного пульсационного насоса совместно с пульпоразмывочным оборудованием после проведения перфорирования перекрытия емкости-хранилища. Крепление устанавливаемого оборудования осуществляется на специальной площадке, установленной на перекрытие емкости-хранилища вместе с биологической защитой. При попеременной подаче в камеру разрежения и давления воздухораспределителем насос осуществляет выдачу суспензии [Патент на изобретение № 2097605, F04F 1/02 (1995.01)].

Недостатками данного способа являются:

- значительные габариты погружного пульсационного насоса, которые не позволяют вводить его через относительно компактные технологические отверстия в емкости (проходки);

- необходимость нарушения целостности перекрытия емкости-хранилища и, как следствие, снижение его несущей способности;

- увеличение нагрузки на конструкции перекрытия за счет размещения большого количества дополнительной аппаратуры и биологической защиты;

- необходимость оценки текущего состояния строительных конструкций и обоснования устойчивости емкости при одновременном воздействии указанных факторов, а также реализации компенсирующих мер (усиление конструкции, распределение нагрузки и т.д.), что является весьма затратным.

Следствием указанных выше недостатков является ограничение области применения способа только емкостями, находящимися в хорошем техническом состоянии, конструкция которых имеет значительный запас прочности, измеряемый современными методами диагностирования.

Техническим результатом изобретения является извлечение жидких и пульпообразных высокоактивных отходов из заполненных емкостей-хранилищ в отсутствие возможности осуществления данной операции штатными системами раскачки, без выполнения существенного объема изыскательских и строительных работ.

Технический результат достигается за счёт использования для извлечения необходимого объема жидких высокоактивных отходов из заполненных емкостей-хранилищ имеющихся технологических отверстий (проходок), например, под контрольно-измерительные приборы. После освобождения проходки (удаления прибора) в нее опускается труба на необходимую глубину и за счет воздействия (например, создания разряжения в трубе) внешнего побудителя (вакуумного насоса, эжектора и т.д.) производится откачка жидких радиоактивных отходов. Вновь проложенные линии трубопровода, проходящие за пределами существующего контура биологической защиты емкости-хранилища, экранируются локальной легковозводимой биологической защитой для предотвращения превышения дозовой нагрузки на персонал. Объем, а соответственно, и масса биологической защиты, определяется главным образом двумя факторами: удельной активностью извлекаемых высокоактивных отходов и внутренним объемом вновь проложенной линии трубопровода, находящейся за пределами существующего контура биологической защиты емкости-хранилища. Использование существующих весьма компактных проходок обуславливает небольшой диаметр опускаемой трубы и прокладываемого трубопровода, что ограничивает необходимую массу биологической защиты. Дополнительно, при необходимости выполняется непрерывный дистанционный дозиметрический контроль радиационной обстановки в указанной зоне в процессе разгрузки емкости. Возврат извлеченных жидких ВАО в емкость-хранилище на поверхность слоя осадка (при его наличии) через промежуточную емкость позволяет осуществить размывку основной его части путем многократной циркуляции раствора. Накапливающийся в донной части промежуточной емкости слой извлеченного осадка периодически выводится на последующие стадии переработки ВАО, например, отдавливанием через донное сливное устройство. Использование жидких ВАО в качестве рабочей среды для размывки осадка позволяет минимизировать объем вторичных жидких отходов при опорожнении емкости-хранилища.

Преимуществом предлагаемого способа является то, что он может быть реализован практически на любой емкости, имеющей хотя бы одну технологическую проходку. Отсутствует необходимость нарушения целостности перекрытия, а также размещения на его поверхности значительного количества дополнительных конструкций и аппаратов, в отличие от способа, описанного в прототипе. Соответственно, исключается необходимость выполнения существенного объема изыскательских и строительных работ для проведения опорожнения емкости-хранилища. Устанавливаемая и эксплуатируемая указанным способом в емкости-хранилище труба совмещает в себе две функции: коммуникации для отведения из емкости жидких ВАО и сопла для размывки слоя осадка, демонстрируя свою многозадачность, в отличие от прототипа.

Возможность осуществления заявляемого технического решения подтверждается следующим примером.

Пример. Предложенный метод использован для освобождения емкости-хранилища гетерогенных высокоактивных отходов, имеющей полный объем 1300 м³, рабочий объем 1180 м³, размеры (ширина×длина×высота) 9,5×19,5×7 м, представляющего собой бетонный отсек, облицованный нержавеющей сталью. Емкость (см. фиг.1) имеет девять технологических отверстий для размещения термометров 1. Объем хранящихся ВАО составляет 908 м³, что соответствует заполнению на 4,9 м от дна емкости. Высота слоя плотного осадка на дне 2 равна 0,9 м. Уровень декантации емкости 3, заложенный конструктивно при создании емкости, составляет 4,9 м от дна, что исключает возможность дальнейшего ее опорожнения по штатной схеме разгрузки. Размещение на перекрытии системы извлечения суспензии, представленной в прототипе, затруднено вследствие отсутствия возможности диагностирования состояния строительных конструкций емкости-хранилища в необходимом объеме.

Для извлечения подвижной части суспензии 4, находящейся над уровнем плотного осадка, но ниже уровня декантации, из одной проходки под размещение термометра, имеющей чехол в виде металлического цилиндра, был извлечен прибор. Чехол заглублен в емкость до требуемого уровня и подключен через дополнительный трубопровод к штатному насосу, предназначенному для раскачки емкости.

Вновь проложенные линии трубопровода 5, проходящие за пределами существующего контура биологической защиты емкости-хранилища, экранированы локальной легковозводимой биологической защитой для предотвращения превышения дозовой нагрузки на персонал (см. фиг.2). Внутренний диаметр трубопровода составляет 36 мм. Биологическая защита выполнена в виде двух цилиндрических разъемных защитных кожухов 6 с крышкой 7 и защитного цилиндрического лотка 8, проходящего через проем в стене 9 и опирающегося дополнительно на металлическую опорную конструкцию 10. К трубопроводу подведена линия подачи воды 11 для промывки тракта после передачи ВАО с целью улучшения дозовой обстановки вокруг узла разгрузки емкости. Материал биологической защиты – свинец, толщина варьируется от 45 до 55 мм. Общая масса биологической защиты составляет около 6 т (у прототипа – 95 т). Дополнительно организован непрерывный дистанционный дозиметрический контроль радиационной обстановки в указанной зоне в процессе разгрузки емкости.

Накопление извлеченных жидких ВАО 12 в промежуточной емкости 13 с последующим возвратом их в емкость-хранилище 14 на поверхность слоя плотного осадка 2 позволяет осуществить размывку основной его части путем многократной циркуляции раствора (см. фиг.3) с последующей передачей на переработку 15. Жидкие ВАО выступают в данном случае в качестве рабочей среды для размывки плотного осадка, что позволяет избежать чрезмерного увеличения объема жидких отходов при опорожнении емкости-хранилища.

Разработанная система разгрузки позволила извлечь из емкости-хранилища уже на этапе проверки работоспособности 50 м³ жидких ВАО, находившихся ниже уровня декантации штатной системы. Указанные работы осуществлены с минимальными издержками, без проведения специальной диагностики состояния строительных конструкций и выполнения работ по их усилению.

Таким образом, применение заявляемого способа позволит повысить надежность и безопасность операций извлечения жидких высокоактивных растворов и подвижных суспензий из большинства емкостей-хранилищ, а также снизить финансовые и временные затраты на их проведение, что весьма важно для радиохимической промышленности.