Устройство для фильтрации жидких радиоактивных отходов, приспособленное для дистанционного обслуживания

Полезная модель относится к области обращения с радиоактивными растворами, в частности, к переработке радиоактивных отходов. Устройство предназначено для фильтрационного разделения радиоактивных суспензий. Содержит крышку, две вставки, корпус, фильтрующий элемент в кожухе, защиту, винт. Конструктивные особенности устройства позволяют реализовать весь рабочий цикл, включая монтаж и демонтаж, в полностью дистанционном режиме. Тем самым, обеспечивается безопасность операций, снижаются радиационные нагрузки на обслуживающий персонал, а также затраты на дезактивацию оборудования и помещений и количество образующихся при этом вторичных радиоактивных отходов. Таким образом, указанное устройство относится к оборудованию, выполненному в радиационно-химическом исполнении.

Полезная модель относится к области обращения с радиоактивными растворами и суспензиями, в частности, к переработке радиоактивных отходов.

Известны устройства для фильтрации радиоактивно загрязненных растворов и суспензий плоскорамного типа, в которых плоская металлокерамическая мембрана установлена в виде набора из неподвижных двусторонних мембранных «сэндвичей», внутри которых расположены дренажные сетки для отвода фильтрата, разделенные дистанционирующими прокладками, а для интенсификации перемешивания суспензии в примембранном слое на вращающейся оси закреплены тур-булизаторы. Мембранный блок снаружи закрыт герметичным корпусом (разработка ООО «Гелла-ТЭКО») [Свитцов А.А. Применение мембранных процессов в технологии переработки жидких радиоактивных отходов // Экология промышленного производства. - 2002. - С. 32-38]. Недостатком известного устройства является наличие вращающихся частей в зоне контакта с радиоактивно загрязненным раствором, что потенциально может приводить к протечкам через уплотнения. Аналогичный недостаток присущ конструкции, в которой турбулизатор выполнен неподвижным, а сам мембранный блок - вращающимся (аппарат «Золушка») [Слюнчев О.М. Баромембранные методы очистки ЖРО // Вопросы радиационной безопасности, 3, 2013. - С. 49-64].

Другим вариантом обеспечения необходимого перемешивания суспензии в примембранном слое является существенное увеличение скорости раствора в межмембранном пространстве, как это реализовано в мембранной установке Ассоциации «Аспект» [Гелис В.М. Разработка и внедрение сорбционно-мембранной технологии очистки жидких радиоактивных отходов от альфа-излучающих радионуклидов // Тез. докл. междунар. рабоч. семинара «Мембранные беседы-2006» Мембранные технологии в энергетике. СПб, 17-20 октября 2006. - М.: НПФ «Гелла-Тэко», 2006. - С. 32; Милютин В.В. Опытно-промышленные испытания технологии очистки от радионуклидов вод промышленных водоемов ПО «Маяк» // Тез. докл. междунар. рабоч. семинара «Мембранные беседы-2006» Мембранные технологии в энергетике. СПб, 17-20 октября 2006. - М.: НПФ «Гелла-Тэко», 2006. - С. 34]. Однако подобное решение требует больших затрат энергии.

Альтернативным вариантом реализации микро- и ультрафильтрационной очистки радиоактивных растворов, содержащих взвеси и коллоиды, является использование трубчатых мембранных элементов, установленных в цилиндрический корпус со штуцерами ввода исходного раствора и вывода продуктов переработки, внутри которого фильтрующие элементы крепятся в трубных досках [Слюнчев О.М. Баромембранные методы очистки ЖРО // Вопросы радиационной безопасности, 3, 2013. - С. 49-64]. Открытые части фильтрующих элементов герметизируются и уплотняются прокладками. По концам корпуса располагаются камеры, гидравлически соединенные с внутренними полостями трубок. Исходный раствор подается в концевую камеру, а из нее распределяется вовнутрь трубок, проходит по ним и в виде концентрата выводится с противоположного конца модуля, а фильтрат отводится снаружи из полости между трубчатым модулем и корпусом.

Наиболее близким по технической сущности является установка для фильтрации вод спецканализации химико-металлургического производства, содержащих альфа-излучающие радионуклиды, изготовленная ЗАО «Альянс-Гамма» [Лагунова Н.Ю., Бобылева Н.В., Сайфуллин И.Г. и др. Опытно-промышленные испытания образца установки концентрирования твердой фазы в технологической схеме переработки низкоактивных ЖРО химико-металлургического завода // Вопросы радиационной безопасности, 1, 2012. - С. 16-21]. Указанная установка включает два трубчатых мембранных фильтра, соединенных параллельно и установленных в вертикальном положении. Фильтрующие элементы в количестве 28 штук посредством уплотнителей, обеспечивающих герметичность соединения, фиксируются в цилиндрическом корпусе двумя фланцами.

Недостатками данного устройства являются:

- отсутствие возможности дистанционного монтажа/демонтажа фильтрующих элементов из-за конструктивных особенностей корпуса фильтра;

- необходимость глубокой дезактивации оборудования перед заменой фильтрующих элементов, особенно при работе установки на высоко- и среднеактивных суспензиях, загрязненных гамма-излучающими радионуклидами;

- образование большого объема вторичных отходов в процессе дезактивации, требующих дальнейшей переработки и локализации;

- в случае недостижимости достаточной степени дезактивации оборудования восстановление работоспособности установки возможно либо за счет повышенных дозовых нагрузок на персонал, либо путем демонтажа всего фильтра в сборе.

Следствием указанных выше недостатков является ограничение области применения установки очисткой низко- и среднеактивных жидких радиоактивных отходов, содержащих преимущественно альфа- и бета-излучающие радионуклиды.

Техническим результатом полезной модели является обеспечение фильтрационного разделения радиоактивных суспензий с дистанционной реализацией монтажа и демонтажа фильтрующих модулей в условиях высоких радиационных полей (в частности, по гамма-излучению).

Технический результат достигается за счет того, что фильтрующий элемент, закрепленный в специальном кожухе, имеет дополнительные вставки, адаптированные под специальный захват, используемый на радиохимическом производстве для перемещения вентилей в радиохимическом исполнении, который подвешивается к крюку грузоподъемного механизма. Фильтрующий элемент с кожухом и вставками с помощью захвата перемещают из корпуса в защитный контейнер без прямого контакта персонала с загрязненными элементами оборудования. Указанные вставки помимо этого выполняют функции фиксатора фильтрующего элемента в корпусе и биологической защиты. При этом фиксация фильтрующего элемента и уплотнение соединений выполняется с помощью крепежных элементов, расположенных вне зоны возможного радиоактивного загрязнения и отделенных от нее биологической защитой.

Для осуществления указанного результата предлагается устройство, представленное на фиг. 1. Устройство представляет собой составную конструкцию, состоящую из следующих частей: 1 - крышка, 2 и 5 - вставки, 3 - корпус, 4 - кожух фильтрующего элемента, 6 - защита, 7 - винт, 8 - фильтрующий элемент, 9 и 10 - полости.

Корпус (поз. 3) предназначен для установки фильтрующего элемента в кожухе (поз. 8 и 4), при прохождении через фильтрующую поверхность которого происходит очистка радиоактивного раствора (суспензии) от загрязняющих компонентов. Корпус имеет следующие штуцера:

- вход сжатого воздуха - а;

- вход исходного раствора (суспензии) - б;

- выход концентрата (сконцентрированной суспензии) - в;

- выдача фильтрата - г.

Сжатый воздух подается в полость 9 для создания противодавления суспензии, находящейся в полости 10 и обеспечивая чистоту поверхностей вставки (поз. 2).

Движение исходного раствора может осуществляться как снизу-вверх так и сверху-вниз, что обеспечивается соответствующей обвязкой фильтрующего модуля. При этом назначение штуцеров входа и выхода исходного раствора и концентрата соответствующим образом изменяется.

Вставка (поз. 2) с закрепленной на ней вставкой (поз. 5) предназначены для установки кожуха с фильтрующим элементом (поз. 8 и 4) в корпус (поз. 3) при помощи захвата.

Защита (поз. 6) предназначена для обеспечения биологической защиты от гамма-излучения.

Крышка (поз. 1) предназначена для обеспечения физической защиты.

Принцип работы фильтрационного модуля основан на проведении проточной (или тангенциальной) фильтрации, которая не предполагает накопления загрязняющих компонентов (твердой фазы, коллоидов) на фильтрующей поверхности фильтра, так как они смываются потоком исходного раствора, движущегося параллельно мембране. По мере продвижения вдоль фильтра поток исходного раствора (суспензии) теряет часть жидкой фазы и трансформируется в концентрат. При многократном прохождении через фильтрующий элемент радиоактивный раствор (суспензия) теряет значительную часть несвязанной жидкости, при этом концентрация загрязняющих компонентов (твердой фазы, коллоидов) в ней возрастает, равно как и такие характеристики, как вязкость и плотность. Получаемый при этом концентрат передается на последующие технологические операции по обращению с отходами. Очищенный раствор (фильтрат), прошедший через фильтрующую поверхность фильтра, отводится в отдельный поток.

Подготовка фильтрующего модуля к работе осуществляется в соответствии с последовательностью, приведенной ниже.

Фильтрующий элемент в кожухе (поз. 8 и 4) устанавливается на стол специальной подставки. В посадочное гнездо специальной подставки устанавливается вставка (поз. 2) с закрепленной на ней вставкой (поз. 5). Толкатель фильтра вводится в отверстие вставки (поз. 2), при этом метка на опоре фильтра должна совпадать с меткой на фланце вставки. Вращая винт (поз. 7) фильтр скрепляется с вставкой (поз. 2). Вставка с фильтром при помощи захвата, подвешенного на крюк грузоподъемного устройства, помещается в контейнер. При установке паз на фланце вставки (поз. 2) должен совместиться с направляющей контейнера.

На модуле снимается крышка (поз. 1), защита (поз. 6) и устанавливается переходная плита. У плиты откидываются рельсы. На плите размещается контейнер. Выкатывается выдвижная плита у переходной плиты и выдвижное днище у контейнера, откуда фильтр опускается в корпус модуля. Закатывается выдвижная плита у переходной плиты и выдвижное днище у контейнера, после чего они убираются. Вставка (поз. 2) поджимается 12 болтами, фильтр поджимается винтом (поз. 7), устанавливается крышка (поз. 1). Фильтрующий модуль готов к работе.

Устройство работает следующим образом:

1. Суспензия поступает в фильтр в направлении снизу вверх (либо сверху вниз, в зависимости от конфигурации обвязки). В фильтре суспензия проходит по каналам фильтрующего керамического элемента. При этом происходит фильтрация раствора через мембранный слой фильтрующего керамического элемента. В каналах фильтра остается раствор, содержащий загрязняющие компоненты (твердую фазу, коллоиды), концентрация которых увеличивается, а снаружи фильтрующего керамического элемента находится фильтрат.

2. При завершении работы (из-за достижения определенной концентрации загрязняющих компонентов в концентрате, появлении признаков закупорки пор фильтрующего элемента и т.д.) процесс фильтрации останавливают.

3. Фильтр опорожняют для удаления остатков концентрата.

4. Подают моющий раствор. Осуществляют фильтрацию с зацикловкой фильтрата и концентрата в исходный поток.

5. Фильтр опорожняют для удаления остатков моющего раствора.

6. Подают техническую воду на отмывку. Осуществляют фильтрацию с зацикловкой фильтрата и концентрата в исходный поток.

7. Фильтр опорожняют для удаления остатков отмывочного раствора.

8. После этого процесс фильтрации можно повторять.

В этом случае если операции по пп. 4-7 не приводят к восстановлению эксплуатационных характеристик фильтрующего элемента, проводится его замена.

Замена (демонтаж) фильтра осуществляется следующим образом.

Перед извлечением отработавшего фильтра с модуля снимается крышка (поз. 1), удаляется болтовое соединение вставки (поз. 2), извлекается биологическая защита (поз. 6). На модуль устанавливается переходная плита, у которой откидываются рельсы. На плите размещается контейнер. Затем у контейнера и переходной плиты расфиксируется выдвижное днище и выдвижная плита, соответственно. На крюк грузоподъемного устройства подвешивается захват, который опускается внутрь контейнера и захватывает вставку (поз. 2). Затем вставка (поз. 2) с фильтрующим элементом в кожухе (поз. 8 и 4) втягивается внутрь контейнера и фиксируется в нем. Выдвижное днище и выдвижная плита у контейнера и переходной плиты закатывается и фиксируется. Контейнер перемещается грузоподъемным устройством на транспортное средство для транспортировки к месту захоронения.

Заявляемые конструктивные отличия устройства позволяют реализовать весь рабочий цикл, включая монтаж и демонтаж, в полностью дистанционном режиме, тем самым, обеспечивая достижение поставленной задачи.

Применение заявляемого устройства позволит повысить производительность, надежность и безопасность операций, а также снизить затраты на дезактивацию оборудования и помещений, что весьма важно для радиохимической промышленности.

1. Устройство для фильтрации жидких радиоактивных отходов, загрязненных взвесями и коллоидами, с вертикально расположенным в корпусе фильтрующим элементом, отличающееся тем, что содержит фиксирующие вставки, адаптированные, с одной стороны, под захват, подвешенный на крюк грузоподъемного устройства, соединяемые, с другой стороны, с фильтрующим элементом, заключенным в кожух, посредством винта, при этом фиксация фильтрующего элемента в корпусе и уплотнение соединений выполняется с помощью крепежных элементов, расположенных вне зоны возможного радиоактивного загрязнения и отделенных от нее биологической защитой, что обеспечивает, таким образом, дистанционное обслуживание на всех стадиях эксплуатации.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтрующий элемент имеет трубчатую конструкцию.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтрующий элемент имеет половолоконную конструкцию.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтрующий элемент имеет рулонную конструкцию.