Установка переработки высокосолевых низкоактивных жидких радиоактивных отходов

Полезная модель относится к области обращения с радиоактивными отходами и касается технологии переработки высокосолевых низкоактивных жидких радиоактивных отходов, образующихся при химической промывке трубопроводов и технологического оборудования нефтегазодобывающих морских платформ и терминалов.

Предлагаемая полезная модель установки переработки высокосолевых низкоактивных жидких радиоактивных отходов решает задачу повышения технической и экономической эффективности путем уменьшения материальных затрат при переработке образующихся высокосолевых жидких радиоактивных отходов непосредственно на морских платформах или терминалах с улучшением при этом радиационной обстановки на самой морской платформе или терминале и экологической обстановки в районе их расположения.

Полезная модель относится к области обращения с радиоактивными отходами и касается технологии переработки высокосолевых низкоактивных жидких радиоактивных отходов, образующихся при химической промывке трубопроводов и технологического оборудования нефтегазодобывающих морских платформ и терминалов.

Известна малогабаритная станция комплексной переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), образующихся в процессе эксплуатации и ремонта атомных энергетических установок (АЭУ) кораблей и судов непосредственно на месте их образования, размещенная в 40-футовом морском контейнере. (Ю.М.Вишняков, С.П.Малышев, В.М.Пчелинцев, В.Г.Хорошев. Малогабаритная станция переработки жидких радиоактивных отходов. «Судостроение», 1999 г., 3 - с.44).

Однако существенным недостатком технологического оборудования, входящего в состав малогабаритной станции, является его ориентация на выполнение задач по переработке на борту атомного судна радиоактивных бессолевых вод 1-го и 3-го технологических контуров АЭУ объемом более 80%, не содержащих механических и органических примесей. Переработка низкоактивных загрязненных судовых ЖРО на станции составляет менее 20% общего объема с низкой производительностью. В таблице представлен состав образующихся на морских платформах и терминалах высокосолевых ЖРО и допустимый состав низкоактивных загрязненных ЖРО судовых АЭУ, принимаемых на переработку в малогабаритную станцию. Как видно из приведенной таблицы, низкоактивные высокосолевые ЖРО (далее высокосолевые ЖРО) морских платформ и терминалов отличаются более высоким содержанием: механических примесей - в 600 раз; углеводородов - в 10000 раз; солесодержанием - в 30 раз. Кроме того, необходимо отметить большой объем высокосолевых ЖРО, получаемый при химической очистке трубопроводов и оборудования одной морской платформы (от 500 до 1000 м³).

Поскольку необходимы принципиальные изменения функциональных схем при использовании технологического оборудования малогабаритной станции для переработки большого количества высокосолевых ЖРО со значительными углеводородными и механическими примесями, образующихся на морских платформах и терминалах, требуются существенные затраты на доработку и модернизацию упомянутого оборудования. При этом получение необходимой производительности рассматриваемой станции существенно увеличивает объем измененного технологического оборудования, которое не может быть размещено в рамках малогабаритной станции.

Известна также стационарная установка большой производительности по переработке низкоактивных загрязненных судовых ЖРО, аналогичных по составу, приведенному в таблице, размещенная на несамоходном судне-заводе проекта 00500. Рассматриваемые ЖРО образуются путем смешения при их сборе в процессе эксплуатации, ремонта, вывода из эксплуатации и утилизации кораблей и судов с АЭУ. Указанная установка включает четыре последовательно соединенных между собой функциональных узла. На вход первого узла, содержащего последовательно соединенные блоки емкости отстоя и фазового сепаратора, подаются исходные ЖРО для удаления из них углеводородных примесей. С выхода первого узла частично очищенные ЖРО поступают на вход второго узла, содержащего последовательно соединенные блоки емкости отстоя, сепаратора грубых твердых включений и фильтров тонкой очистки от твердых примесей для удаления из ЖРО механических примесей. С выхода второго узла очищенный от примесей раствор ЖРО принимают на вход третьего узла, содержащего последовательно соединенные блоки емкости питания, обратного осмоса для предварительного концентрирования очищенного раствора ЖРО и испарительный блок для окончательного доведения раствора до состояния пастообразного концентрата ЖРО, снимаемого с его первого выхода на отверждение, и получения на вторых выходах рассматриваемых блоков дистиллята. Полученный дистиллят подается на вход четвертого узла, содержащего последовательно соединенные блоки фильтров тонкой очистки дистиллята, емкости контроля и емкости сбора очищенной технической воды, снимаемой с выхода указанного узла. Концентрат ЖРО цементируется и помещается в герметичные контейнеры (бочки), а очищенная техническая вода используется на судне-заводе для технических нужд. (Описание установки очистки жидких радиоактивных отходов с узлом цементации. B&W Nuclear Environmental Services Inc Документ B&W-10294 Редакция 01. - Владивосток.: B&W, 1999. - 12 с.) - прототип.

Однако существенным недостатком высокопроизводительного технологического оборудования указанного судна-завода проекта 00500 является то, что оно не может быть напрямую использовано для переработки образующихся высокосолевых ЖРО на морских платформах и терминалах, имеющих повышенное содержание нефтепродуктов, механических примесей, поверхностно активных веществ и хелатообразующих компонентов (столбец 2 таблицы), а также содержащих природные радионуклиды семейств ²³⁸ U, ²³⁸Th и природный радионуклид ⁴⁰К, так как имеются жесткие ограничения на допустимое наличие в перерабатываемых ЖРО содержания углеводородных примесей, механических примесей, поверхностно активных веществ и хелатообразующих компонентов, а также необходимы дополнительные средства для удаления природного радионуклида ⁴⁰К. Поэтому требуются существенные затраты на доработку и модернизацию оборудования переработки ЖРО судна-завода проекта 00500 при использовании его для переработки высокосолевых ЖРО, образующихся на морских платформах и терминалах. Кроме того, конструкция несамоходного судна-завода проекта 00500 обеспечивает его перегон в одном ограниченном районе плавания с последующей установкой судна для функционирования завода в закрытых от штормового воздействия бухтах, оборудованных причальными стенками. Выше изложенное делает невозможным доставку и использование плавучего завода проекта 00500 на морских платформах и терминалах нефтегазовых месторождений, расположенных в неограниченных районах плавания на шельфе России и подверженных достаточно сильным штормовым и другим природным воздействиям.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение технической и экономической эффективности путем уменьшения материальных затрат при переработке образующихся высокосолевых ЖРО непосредственно на морских платформах или терминалах с улучшением при этом радиационной обстановки на самой платформе или терминале и улучшением экологической обстановки в районе их расположения.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке переработки высокосолевых низкоактивных жидких радиоактивных отходов нефтегазодобывающих морских платформ и терминалов, включающей четыре, последовательно соединенных между собой функциональных узла. Первый из которых предназначен для удаления из исходных жидких радиоактивных отходов углеводородных примесей. Второй - для удаления из очищенных в первом узле жидких радиоактивных отходов механических примесей, содержащий блок фильтров тонкой очистки от твердых примесей. Третий - для окончательного доведения, очищенных в первом и втором узлах жидких радиоактивных отходов до пастообразного состояния в виде концентрата жидких радиоактивных отходов и получения дистиллята, включающий блок емкости питания, и четвертый узел предназначенный для очистки дистиллята, содержащий последовательно соединенные блок емкости контроля и блок емкости сбора очищенной технической воды, снимаемой с выхода указанного узла, по полезной модели первый функциональный узел оснащен последовательно соединенными блоками вибрационного сепаратора, двухфазного декантера и трехфазной центрифуги для удаления из исходных жидких радиоактивных отходов грубых механических и углеводородных примесей. Во второй функциональный узел после блока фильтров тонкой очистки от твердых примесей последовательно включен блок коалесцентного сепаратора для тонкой очистки предварительно очищенного в первом узле раствора жидких радиоактивных отходов от оставшихся углеводородных примесей. В третий функциональный узел введен блок вакуумного выпаривания для непосредственного получения на его первом выходе концентрата жидких радиоактивных отходов, а на втором выходе - дистиллята. Четвертый функциональный узел оснащен блоком ионообменных фильтров для удаления из очищенной воды природного радионуклида ⁴⁰ K. При этом выход блока трехфазового сепаратора первого узла соединен с входом блока фильтров тонкой очистки от твердых примесей, а выход блока коалесцентного сепаратора второго узла связан с входом блока емкости питания, размещенном в третьем узле, который последовательно соединен с блоком вакуумного выпаривания, второй выход которого соединен с входом блока ионообменных фильтров, размещенном в четвертом узле, а выход упомянутого блока ионообменных фильтров связан с входом блока емкости контроля.

Оснащение первого функционального узла последовательно соединенными блоками вибрационного сепаратора, двухфазного декантера и трехфазового сепаратора позволяет обеспечить необходимый диапазон грубой и средней очистки для удаления механических и углеводородных примесей из исходных высокосолевых ЖРО с получением на выходе блока трехфазового сепаратора предварительно очищенного раствора ЖРО, подаваемого на вход второго функционального блока, а также сократить объем технологического оборудования первого функционального узла с возможностью его размещения в 40-футовом морском сухогрузном контейнере.

Включение во второй функциональный узел после блока фильтров тонкой очистки от твердых примесей блока коалесцентного сепаратора позволяет получить требуемый диапазон тонкой очистки предварительно очищенного раствора высокосолевых ЖРО от механических и углеводородных примесей с получением на выходе второго узла окончательно очищенного от примесей высокосолевого раствора ЖРО, кроме того удаление из этого узла последовательно соединенных блока емкости отстоя и блока сепаратора грубых твердых включений уменьшает объем технологического оборудования второго узла с возможностью его размещения в упомянутом выше морском сухогрузном контейнере.

Введение в третий функциональный узел блока вакуумного выпаривания, на вход которого подается очищенной от примесей раствор высокосолевых ЖРО, позволяет исключить накипеобразование на элементах блока выпаривания, устранить кубовой остаток и обеспечить оптимальное отделение концентрата высокосолевых ЖРО, в котором остаются природные радионуклиды ²²⁶ Ra, ²²⁸Ra, ²³⁸U, ²²⁸Th в необходимом пастообразном виде от паровой фракции - дистиллята, в котором конденсируется только природный радионуклид ⁴⁰К, а также уменьшить объем технологического оборудования третьего узла с возможностью его размещения в рассмотренном выше морском сухогрузном контейнере.

Оснащение четвертого функционального узла блоком ионообменных фильтров позволяет удалить из дистиллята, поступающего из блока вакуумного выпаривания природный радионуклид ⁴⁰К и сократить объем оборудования этого узла с возможностью его размещения в упомянутом выше морском сухогрузном контейнере.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется рисунком, на котором представлена блок - схема установки переработки высокосолевых низкоактивных жидких радиоактивных отходов.

Установка включает четыре последовательно соединенных функциональных узла 1, 2, 3, 4, на первый из которых подаются исходные высокосолевые ЖРО, поступающие на Вход блока вибрационного сепаратора 5 для удаления из них грубых взвешенных механических примесей по Выходу А. Выход блока вибрационного сепаратора соединен с входом блока двухфазного центробежного декантера 6 для очистки высокосолевых ЖРО от осадка твердых примесей по Выходу Б. Выход блока двухфазного декантера связан с входом блока трехфазового сепаратора 7 для удаления из высокосолевых ЖРО грубых углеводородных примесей по Выходу В и остатков твердых примесей по Выходу Г.

Выход блока трехфазового сепаратора соединен с входом блока тонкой очистки от твердых примесей 8, размещенном в функциональном узле 2, для тонкой очистки высокосолевых ЖРО от механических примесей по Выходу Д. Выход блока тонкой очистки от твердых примесей связан с входом блока коалесцентного сепаратора 9, обеспечивающего удаление из высокосолевых ЖРО остатков органических примесей по Выходу Е.

Выход блока коалесцентного сепаратора сопряжен с входом блока емкости питания 10, размещенном в функциональном узле 3, выход блока емкости питания соединен с блоком вакуумного выпаривателя 11, осуществляющего разделение высокосолевых ЖРО на две фракции, первая из которых - концентрат высокосолевых ЖРО пастообразного вида удаляется из процесса по первому Выходу Ж на отверждение.

Второй выход блока вакуумного выпаривателя связан с входом блока ионообменных фильтров 12 для очистки второй фракции - дистиллята от природного радионуклида ⁴⁰К, размещенном в функциональном узле 4. Выход блока 12 соединен с входом блока емкости контроля 13, выход которого связан с входом блока емкости сбора очищенной технической воды 14, с Выхода 3 которого снимается очищенная вода для технических нужд.

Установка переработки высокосолевых низкоактивных ЖРО работает следующим образом.

На Вход блока вибрационного сепаратора, размещенного в первом функциональном узле, подаются высокосолевые ЖРО, образующиеся в процессе химической очистки трубопроводов и оборудования морской платформы или терминала. Вибрационный сепаратор блока удаляет из раствора высокосолевых ЖРО все механические примеси размером более 1 мм, которые собираются по Выходу А в шнековом контейнере блока 5 (не показан), где осуществляется радиационный контроль указанных примесей. По результату контроля грубые механические примеси отправляются либо на отверждение, либо в резервуар сбора отходов морской платформы или терминала. Жидкая фаза очищаемого раствора высокосолевых ЖРО с выхода вибрационного сепаратора собирается в промежуточный резервуар (не показан) блока 5 для последующего направления на вход блока двухфазного центробежного декантера.

В двухфазном центробежном декантере блока осуществляется обработка раствора высокосолевых ЖРО в форме слякоти для оптимального удаления из раствора ЖРО твердой фазы в виде влажного осадка по Выходу Б. Влажный осадок механических примесей поступает в выше упомянутый шнековый контейнер, где выполняется радиационный контроль осадка. По результату контроля влажный осадок отправляются либо на отверждение, либо в резервуар сбора отходов морской платформы или терминала. Раствор очищаемых высокосолевых ЖРО с выхода двухфазного центробежного декантера направляется в промежуточный резервуар (не показан) блока 6, с выхода которого подается на вход трехфазового сепаратора.

Трехфазовый сепаратор блока 7 осуществляет центробежное отделение от очищаемых высокосолевых ЖРО двух видов примесей:

- по Выходу В остатков твердых примесей в виде высоковлажного осадка, который поле уплотнения подается в выше упомянутый шнековый контейнер, где выполняется радиационный контроль уплотненного осадка. По результату контроля уплотненный влажный осадок отправляются либо на отверждение, либо в резервуар сбора отходов морской платформы или терминала;

- по Выходу Г углеводородных примесей, которые накапливаются в отдельном резервуаре (не показан) для радиационного контроля. По результату контроля углеводородные примеси подаются на отверждение, либо на сжигание.

Очищаемый раствор высокосолевых ЖРО накапливается в промежуточном резервуаре (не показан) блока 7, с выхода которого этот раствор отправляется на вход блока тонкой очистки от твердых примесей, размещенного в функциональном узле 2.

Блок тонкой очистки от твердых примесей выделяет из очищемого раствора высокосолевых ЖРО микронную составляющую твердых примесей с тонкостью фильтрации 250 мкм, которые по Выходу Д передаются на отверждение. С выхода блока 8 очищаемый раствор высокосолевых ЖРО поступает в блок коалесцентного сепаратора.

В блоке коалесцентного сепаратора оставшиеся углеводородные примеси отделяются гравитационным способом. Мелкие частицы углеводородных примесей, проходя через коалесцентный вкладыш, прилипают к нему. После скопления достаточного количества капелек они соединяются в крупные конгломераты, отрываются от поверхности коалесцентного фильтра и всплывают на поверхность в верхней части сепаратора, где остаются до тех пор, пока их не удалят во время периодической очистки по Выходу Е для контроля. По результату радиационного контроля углеводородные примеси подаются либо на отверждение, либо на сжигание. Очищенный в коалесцентном сепараторе блока высокосолевой раствор ЖРО с его выхода подается на вход блока емкости питания.

С выхода блока емкости питания, размещенного в функциональном узле 3, высокосолевой раствор ЖРО подают на вход блока вакуумного выпаривания, в котором происходит разделение поступившего высокосолевого раствора ЖРО на высокосолевой концентрат ЖРО пастообразного вида и условно чистую паровую фракцию - дистиллят, в котором возможна конденсация природного радионуклида ⁴⁰К. Высокосолевой концентрат ЖРО, содержащий природные радионуклиды ²²⁶Ra, ²²⁸Ra, ²³⁸U, ²²⁸Th, удаляется по первому Выходу Ж на отверждение, а дистиллят поступает со второго выхода блока выпаривания на вход блока ионообменных фильтров, размещенного в функциональном узле 4.

Блок ионообменных фильтров обеспечивает удаление природного радионуклида ⁴⁰ К из дистиллята. После очистки в блоке ионообменных фильтров с его выхода очищенная вода поступает в блок емкости контроля, где выполняется ее радиационный контроль. По результатам радиометрического контроля очищенная вода с рабочего выхода блока емкости контроля либо подается в блок емкости очищенной технической воды, с Выхода З которого используется для технических нужд, либо возвращается по вспомогательному выходу на доочистку в блок ионообменных фильтров, после которого вновь поступает в блок емкости контроля.

Размещение предлагаемого технологического оборудования установки переработки высокосолевых ЖРО нефтегазодобывающих морских платформ и терминалов в сорокафутовом морском контейнере позволяет обеспечить ее транспортабельность, доставить ее на морскую платформу или терминал и осуществить переработку получаемых после химической очистки ЖРО непосредственно на платформе или терминале. Это существенно повышает эффективность предлагаемой установки в связи с уменьшением материальных затрат по обращению с радиоактивными отходами, улучшением радиационной обстановки на самой платформе или терминале и улучшением экологической обстановки в районе их расположения.

Установка переработки высокосолевых низкоактивных жидких радиоактивных отходов, включающая четыре последовательно соединенных между собой функциональных узла, первый из которых предназначен для удаления из исходных жидких радиоактивных отходов углеводородных примесей, второй - для удаления из очищенных в первом узле жидких радиоактивных отходов механических примесей, содержащий блок фильтров тонкой очистки от твердых примесей, третий - для окончательного доведения очищенных в первом и втором узлах жидких радиоактивных отходов до пастообразного состояния в виде концентрата жидких радиоактивных отходов и получения дистиллята, включающий блок емкости питания, и четвертый узел, предназначенный для очистки дистиллята, содержащий последовательно соединенные блок емкости контроля и блок емкости сбора очищенной технической воды, снимаемой с выхода указанного узла, отличающаяся тем, что первый функциональный узел оснащен последовательно соединенными блоками вибрационного сепаратора, двухфазного центробежного декантера и трехфазового сепаратора для удаления из исходных жидких радиоактивных отходов грубых механических и углеводородных примесей, во второй узел после блока фильтров тонкой очистки от твердых примесей последовательно включен блок коалесцентного сепаратора для тонкой очистки предварительно очищенного в первом узле раствора жидких радиоактивных отходов от оставшихся углеводородных примесей, в третий узел введен блок вакуумного выпаривания для непосредственного получения на его первом выходе концентрата жидких радиоактивных отходов, а на втором выходе - дистиллята, четвертый узел оснащен блоком ионообменных фильтров для удаления из очищенной воды природного радионуклида ⁴⁰К, при этом выход блока трехфазного сепаратора первого узла соединен с входом блока фильтров тонкой очистки от твердых примесей, а выход блока коалесцентного сепаратора второго узла связан с входом блока емкости питания, размещенном в третьем узле, который последовательно соединен с блоком вакуумного выпаривания, второй выход которого соединен с входом блока ионообменных фильтров, размещенном в четвертом узле, а выход упомянутого блока ионообменных фильтров связан с входом блока емкости контроля.