RU2807314C1 - Installation for drying radioactive ion exchange resins - Google Patents

Abstract

FIELD: liquid radioactive waste.

SUBSTANCE: devices for handling liquid radioactive waste. Invention is related to devices for handling radioactive ion exchange resins to obtain a product suitable for long-term storage. The installation for drying radioactive ion exchange resins includes a removable cylindrical container mounted on the bottom base and a heater. A stirrer is placed in the hermetically sealed lid of the cylindrical container. The heater tightly covers the cylindrical container. A condensate outlet line is connected to the hermetically sealed lid, on which a steam ejector is installed. The steam ejector is connected to a water vapor condenser. The water vapor condenser is connected to a condensate drain, which is connected to a condensate removal pump and a filter to remove radioactive aerosols. The condensate removal pump is connected to a special container for collecting liquid radioactive waste. The refrigerant circulation circuit consists of a heat exchanger connected to a heat source, a compressor, a condenser, designed in such a way that in the assembled position of the heater tightly covers the cylindrical container of the thermal reactor, a pressure reducing valve, and a refrigerant supply pump.

EFFECT: invention makes it possible to reduce energy consumption when drying radioactive ion exchange resins.

1 cl, 2 dwg

Description

Translated fromRussian

Заявляемое изобретение относится к устройствам обращения с жидкими радиоактивными отходами, в частности, с радиоактивными ионообменными смолами с получением продукта, пригодного для долговременного хранения.The claimed invention relates to devices for handling liquid radioactive waste, in particular, with radioactive ion exchange resins to produce a product suitable for long-term storage.

Известна установка для сушки радиоактивных ионообменных смол (Патент на изобретение 2735858 РФ МПК G21F 9/04 (2006.01). Установка для сушки радиоактивных ионообменных смол [Текст] / Мотыженкова Е.А., Пьянкова Е.Н., Соснина Ю.Н.; заявитель и патентообладатель Акционерное общество "Научно-исследовательское проектно-технологическое бюро "Онега" (АО "НИПТБ "Онега") - №2020118143; заявл. 02.06.2020; опубл. 09.11.2020, Бюл. №31), включающая в себя термореактор, включающий в себя цилиндрическую емкость и герметично закрывающуюся крышку, нагреватель, расположенный на наружной поверхности термореактора, конденсатор паров воды, соединенный магистралью с термореактором, конденсатоприемник, соединенный магистралью с конденсатором паров воды, вакуумный насос, вход которого соединен с конденсатоприемником, а выход - с магистралью для отвода воздуха, термореактор включает в себя мешалку, установленную на герметично закрывающейся крышке внутри термореактора и снабженную побудителем вращения, цилиндрическая емкость термореактора выполнена съемной, а нагреватель выполнен с возможностью разделения на две части и включает в себя нагревательный контур, заполненный хладагентом, и включает в себя теплообменник, соединенный с источником тепла, компрессор, конденсатор, редукционный клапан и инфракрасные нагреватели, причем конденсатор выполнен таким образом, что в собранном положении нагревателя он охватывает цилиндрическую емкость термореактора.A known installation for drying radioactive ion exchange resins (Patent for invention 2735858 RF IPC G21F 9/04 (2006.01). Installation for drying radioactive ion exchange resins [Text] / Motyzhenkova E.A., Pyankova E.N., Sosnina Yu.N.; applicant and patent holder Joint Stock Company Scientific Research Design and Technology Bureau Onega (JSC NIPTB Onega) - No. 2020118143; application 06/02/2020; published 11/09/2020, Bulletin No. 31), including a thermoreactor , which includes a cylindrical container and a hermetically sealed lid, a heater located on the outer surface of the thermoreactor, a water vapor condenser connected by a line to the thermoreactor, a condensate receiver connected by a line to the water vapor condenser, a vacuum pump, the input of which is connected to the condensate receiver, and the output to line for air removal, the thermoreactor includes a stirrer mounted on a hermetically sealed lid inside the thermoreactor and equipped with a rotation stimulator, the cylindrical container of the thermoreactor is removable, and the heater is designed to be divided into two parts and includes a heating circuit filled with refrigerant and includes it includes a heat exchanger connected to a heat source, a compressor, a condenser, a pressure reducing valve and infrared heaters, wherein the condenser is designed in such a way that in the assembled position of the heater it covers the cylindrical container of the thermoreactor.

Эта конструкция наиболее близка к заявляемому техническому решению, поэтому принята в качестве прототипа.This design is closest to the claimed technical solution, therefore it was adopted as a prototype.

Недостатком прототипа является высокое энергопотребление при выполнении сушки радиоактивных ионообменных смол.The disadvantage of the prototype is the high energy consumption when drying radioactive ion exchange resins.

Суть заявляемого технического решения заключается в том, что в известной установке для сушки радиоактивных ионообменных смол, включающей в себя термореактор, включающий в себя цилиндрическую емкость и герметично закрывающуюся крышку, нагреватель, расположенный на наружной поверхности термореактора, конденсатор паров воды, соединенный магистралью с термореактором, конденсатоприемник, соединенный магистралью с конденсатором паров воды, вакуумный насос, вход которого соединен с конденсатоприемником, а выход - с магистралью для отвода воздуха, термореактор включает в себя также мешалку, установленную на герметично закрывающейся крышке внутри термореактора и снабженную побудителем вращения, цилиндрическая емкость термореактора выполнена съемной, а нагреватель выполнен с возможностью разделения на две части и включает в себя нагревательный контур, заполненный хладагентом, и включает в себя теплообменник, соединенный с источником тепла, компрессор, конденсатор, редукционный клапан и инфракрасные нагреватели, причем конденсатор выполнен таким образом, что в собранном положении нагревателя он охватывает цилиндрическую емкость термореактора, к магистрали между термореактором и конденсатором паров воды добавлен паровой эжектор, к нагревательному контуру, заполненному хладагентом, добавлена дополнительная отключаемая ветка, также заполненная хладагентом, и включающая в себя насос подачи хладагента и также соединенная с конденсатором паров воды таким образом, что в подключенном положении жидкий хладагент, находящийся в указанной ветке, является вторичным теплоносителем конденсатора паров воды.The essence of the proposed technical solution is that in a known installation for drying radioactive ion exchange resins, which includes a thermoreactor, including a cylindrical container and a hermetically sealed lid, a heater located on the outer surface of the thermoreactor, a water vapor condenser connected by a line to the thermoreactor, a condensate receiver connected by a line to a water vapor condenser, a vacuum pump, the inlet of which is connected to the condensate receiver, and the output is connected to a line for air removal; the thermoreactor also includes a stirrer mounted on a hermetically sealed lid inside the thermoreactor and equipped with a rotation stimulator; the cylindrical container of the thermoreactor is made removable, and the heater is designed to be divided into two parts and includes a heating circuit filled with refrigerant, and includes a heat exchanger connected to a heat source, a compressor, a condenser, a pressure reducing valve and infrared heaters, wherein the condenser is designed in such a way that In the assembled position of the heater, it covers the cylindrical container of the thermoreactor, a steam ejector is added to the line between the thermoreactor and the water vapor condenser, an additional switchable branch is added to the heating circuit filled with refrigerant, also filled with refrigerant, and including a refrigerant supply pump and also connected to the vapor condenser water in such a way that in the connected position, the liquid refrigerant located in the specified branch is the secondary coolant of the water vapor condenser.

Таким образом, заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что к магистрали между термореактором и конденсатором паров воды добавлен паровой эжектор, к нагревательному контуру, заполненному хладагентом, добавлена дополнительная отключаемая ветка, также заполненная хладагентом, и включающая в себя насос подачи хладагента и также соединенная с конденсатором паров воды таким образом, что в подключенном положении жидкий хладагент, находящийся в указанной ветке, является вторичным теплоносителем конденсатора паров воды.Thus, the claimed technical solution differs from the prototype in that a steam ejector is added to the line between the thermoreactor and the water vapor condenser, an additional switchable branch is added to the heating circuit filled with refrigerant, also filled with refrigerant, and including a refrigerant supply pump and also connected with a water vapor condenser in such a way that, in the connected position, the liquid refrigerant located in the specified branch is the secondary coolant of the water vapor condenser.

Сравнительный анализ данного технического решения с другими показал, что совокупность признаков заявляемого технического решения позволит сократить энергопотребление при выполнении сушки радиоактивных ионообменных смол.A comparative analysis of this technical solution with others showed that the combination of features of the proposed technical solution will reduce energy consumption when drying radioactive ion exchange resins.

Применение парового эжектора позволит собирать пар, выделяемый при сушке радиоактивных ионообменных смол.The use of a steam ejector will allow collecting steam released during the drying of radioactive ion exchange resins.

Дополнительная отключаемая ветка, также заполненная хладагентом, и также соединенная с конденсатором паров воды таким образом, что в подключенном положении жидкий хладагент, находящийся в указанной ветке, является вторичным теплоносителем конденсатора паров воды производить нагрев хладагента за счет тепловой энергии пара, выделяемого при сушке радиоактивных ионообменных смол.An additional disconnected branch, also filled with refrigerant, and also connected to the water vapor condenser in such a way that in the connected position, the liquid refrigerant located in the specified branch is the secondary coolant of the water vapor condenser to heat the refrigerant due to the thermal energy of the steam released during the drying of radioactive ion exchangers resin

Насос подачи хладагента позволит прокачивать хладагент через дополнительную отключаемую ветку.The refrigerant supply pump will allow you to pump refrigerant through an additional switchable branch.

На фиг. 1 изображена схема установки для сушки радиоактивных ионообменных смол при выполнении циклов циркуляции с дополнительной отключаемой веткой в отключенном положении, с подачей низкопотенциального тепла.In fig. Figure 1 shows a diagram of an installation for drying radioactive ion-exchange resins when performing circulation cycles with an additional switchable branch in the off position, with the supply of low-grade heat.

На фиг. 2 изображена схема установки для сушки радиоактивных ионообменных смол при выполнении циклов циркуляции с дополнительной отключаемой веткой в подключенном положении, без подачи низкопотенциального тепла.In fig. Figure 2 shows a diagram of an installation for drying radioactive ion exchange resins when performing circulation cycles with an additional switchable branch in the connected position, without supplying low-grade heat.

Устройство включает в себя съемную цилиндрическую емкость 1, установленную на донном основании 2, и нагреватель 3. В герметично закрывающейся крышке цилиндрической емкости 1 размещена мешалка 4, которая приводится в движение побудителем вращения 5. На герметично закрывающейся крышке установлен вакуумный насос 6.The device includes a removablecylindrical container 1 installed on thebottom base 2, and a heater 3. The hermetically sealed lid of thecylindrical container 1 contains astirrer 4, which is driven by a rotation stimulator 5. A vacuum pump 6 is installed on the hermetically sealed lid.

На каждой части нагревателя 3 с внутренней стороны проложен конденсатор 7, выполненный таким образом, что в собранном положении нагревателя он плотно охватывает цилиндрическую емкость 1, входящий в состав контура циркуляции хладагента.On each part of the heater 3, on the inside there is acondenser 7, designed in such a way that in the assembled position of the heater it tightly covers thecylindrical container 1, which is part of the refrigerant circulation circuit.

К герметично закрывающейся крышке подведена магистраль вывода конденсата, на которой установлен паровой эжектор 8. Паровой эжектор 8 соединен с конденсатором паров воды 9. Конденсатор паров воды 9 соединен с конденсатоотводчиком 10, который соединен с насосом вывода конденсата 11 и фильтром для очистки от радиоактивных аэрозолей 12. Насос вывода конденсата 11 соединен со специальной емкостью для сбора жидких радиоактивных отходов 13.A condensate outlet line is connected to the hermetically sealed lid, on which a steam ejector 8 is installed. The steam ejector 8 is connected to a water vapor condenser 9. The water vapor condenser 9 is connected to acondensate drain 10, which is connected to acondensate outlet pump 11 and a filter for cleaning fromradioactive aerosols 12 Thecondensate removal pump 11 is connected to a special container for collecting liquidradioactive waste 13.

Контур циркуляции хладагента состоит из теплообменника 14, соединенного с источником тепла (на схеме не показан), компрессора 15, конденсатора 7, выполненного таким образом, что в собранном положении нагревателя плотно охватывает цилиндрическую емкость термореактора, редукционного клапана 16, насоса подачи хладагента 17.The refrigerant circulation circuit consists of aheat exchanger 14 connected to a heat source (not shown in the diagram), acompressor 15, acondenser 7, designed in such a way that in the assembled position of the heater it tightly covers the cylindrical container of the thermoreactor, apressure reducing valve 16, and arefrigerant supply pump 17.

Заявляемая установка работает следующим образом. Для выполнения сушки радиоактивные ионообменные смолы загружаются в съемную цилиндрическую емкость 1, в качестве которой может быть использована, например, стандартная бочка типа Б31А-216,5. Съемную цилиндрическую емкость 1 устанавливают на донное основание 2 так, чтобы обе части нагревателя 3 охватывали боковые стенки съемной цилиндрической емкости, затем части нагревателя 3 фиксируют между собой, например замком. Со съемной цилиндрической емкости 1 снимают стационарную крышку, если она есть, и закрывают герметично закрывающейся крышкой.The inventive installation works as follows. To perform drying, radioactive ion exchange resins are loaded into a removablecylindrical container 1, which can be used, for example, a standard barrel of type B31A-216.5. A removablecylindrical container 1 is installed on thebottom base 2 so that both parts of the heater 3 cover the side walls of the removable cylindrical container, then the parts of the heater 3 are fixed together, for example with a lock. Remove the stationary lid, if any, from the removablecylindrical container 1 and close it with a hermetically sealed lid.

В начале процесса сушки радиоактивных ионообменных смол цикл циркуляции хладагента проходит в контуре, показанном на фиг.1, при этом дополнительная отключаемая ветка находится в отключенном положении. В теплообменник 14 поступает низкопотенциальное тепло, например, удаляемый из помещения вентиляционный воздух, подводимый при помощи компрессора. Теплообменник 14 заполнен хладагентом, например марки R114, который находится в жидком состоянии и имеет низкое давление.At the beginning of the drying process of radioactive ion exchange resins, the refrigerant circulation cycle takes place in the circuit shown in Fig. 1, with an additional switchable branch in the off position. Theheat exchanger 14 receives low-grade heat, for example, ventilation air removed from the room, supplied by a compressor.Heat exchanger 14 is filled with refrigerant, for example R114, which is in a liquid state and has low pressure.

Хладагент, проходя через теплообменник 14, нагревается до температуры кипения, которая, например, для хладагента R114 составляет плюс 3,6°С, переходит из жидкого состояния в газообразное, далее нагревается до температуры теплоносителя, в данном случае до плюс 6°С.The refrigerant, passing through theheat exchanger 14, is heated to the boiling point, which, for example, for the R114 refrigerant is plus 3.6 ° C, passes from a liquid state to a gaseous state, and is then heated to the temperature of the coolant, in this case to plus 6 ° C.

Далее хладагент в газообразном состоянии поступает в компрессор 15, где происходит сжатие хладагента, за счет резкого увеличения давления происходит повышение температуры хладагента до температуры, требуемой для начала парообразования радиоактивных ионообменных смол (плюс 50-60°С).Next, the refrigerant in a gaseous state enters thecompressor 15, where the refrigerant is compressed; due to a sharp increase in pressure, the temperature of the refrigerant increases to the temperature required for the start of vaporization of radioactive ion exchange resins (plus 50-60°C).

Затем хладагент в виде горячего газа поступает в конденсатор 7, где хладагент отдает свое тепло стенке съемной цилиндрической емкости 1 и переходит из газообразного состояния в жидкое.Then the refrigerant in the form of hot gas enters thecondenser 7, where the refrigerant gives up its heat to the wall of the removablecylindrical container 1 and passes from a gaseous state to a liquid one.

При прохождении охлажденным хладагентом редукционного клапана 16, его давление понижается, хладагент расширяется, вследствие чего его температура падает. Хладагент охлаждается до первоначальной температуры и в жидком состоянии поступает в теплообменник 14.When the cooled refrigerant passes through thepressure reducing valve 16, its pressure decreases, the refrigerant expands, as a result of which its temperature drops. The refrigerant is cooled to its original temperature and enters theheat exchanger 14 in a liquid state.

После срабатывания редукционного клапана 16 циклы циркуляции проходят по контуру, представленному на фиг. 2, при этом дополнительная отключаемая ветка находится в подключенном положении. В теплообменник 14 перестает подаваться низкопотенциальное тепло, жидкий хладагент при помощи насоса подачи хладагента 17 попадает в конденсатор паров воды 9, где получает тепло пара, выделяемого при сушке радиоактивных ионообменных смол, и переходит из жидкого состояния в газообразное. Далее хладагент в газообразном состоянии поступает в компрессор 15, где происходит сжатие хладагента, за счет резкого увеличения давления происходит повышение температуры хладагента до температуры, требуемой для начала парообразования радиоактивных ионообменных смол (плюс 50-60°С).After thepressure reducing valve 16 is activated, circulation cycles pass along the circuit shown in FIG. 2, while the additional disconnected branch is in the connected position. Low-grade heat is no longer supplied to theheat exchanger 14, the liquid refrigerant, using therefrigerant supply pump 17, enters the water vapor condenser 9, where it receives the heat of the steam released during the drying of radioactive ion-exchange resins, and passes from the liquid state to the gaseous state. Next, the refrigerant in a gaseous state enters thecompressor 15, where the refrigerant is compressed; due to a sharp increase in pressure, the temperature of the refrigerant increases to the temperature required for the start of vaporization of radioactive ion exchange resins (plus 50-60°C).

Хладагент в виде горячего газа попадает в конденсатор 7, где вновь отдает тепло стенке съемной цилиндрической емкости 1, затем хладагент попадает в редукционный клапан 16, где давление хладагента падает, падает его температура и хладагент снова переходит из газообразного состояния в жидкое и попадает в теплообменник 14, затем цикл повторяется до завершения процесса сушки.The refrigerant in the form of hot gas enters thecondenser 7, where it again gives off heat to the wall of the removablecylindrical container 1, then the refrigerant enters thepressure reducing valve 16, where the refrigerant pressure drops, its temperature drops and the refrigerant again passes from a gaseous state to a liquid state and enters theheat exchanger 14 , then the cycle is repeated until the drying process is completed.

Влажный пар из съемной цилиндрической емкости 1 отводится при помощи парового эжектора 7, далее попадает в конденсатор паров воды 9, где отдает часть тепла хладагенту, и попадает в конденсатоотводчик 10. Конденсат собирается с помощью насоса вывода конденсата 11 в специальную емкость для сбора жидких радиоактивных отходов 13, а газообразная фаза проходит через фильтр для очистки от низкоактивных аэрозолей 12 и выбрасывается в атмосферу.Wet steam from a removablecylindrical container 1 is removed using asteam ejector 7, then enters the water vapor condenser 9, where it transfers part of the heat to the refrigerant, and enters thecondensate trap 10. The condensate is collected using acondensate output pump 11 into a special container for collecting liquidradioactive waste 13, and the gaseous phase passes through a filter to remove low-level aerosols 12 and is released into the atmosphere.

В съемной цилиндрической емкости 1, стенки которой нагреты до температуры, требуемой для выпаривания воды из радиоактивных ионообменных смол (плюс 50-60°С) происходит сушка радиоактивных ионообменных смол, с одновременным вращением мешалки 4, например, рамочного типа, для равномерного нагрева радиоактивных ионообменных смол по всему внутреннему объему съемной цилиндрической емкости 1. Одновременно с этим вакуумный насос 6 создает разрежение внутри съемной цилиндрической емкости 1.In a removablecylindrical container 1, the walls of which are heated to the temperature required to evaporate water from radioactive ion-exchange resins (plus 50-60°C), the radioactive ion-exchange resins are dried, with simultaneous rotation of thestirrer 4, for example, a frame type, for uniform heating of the radioactive ion-exchange resins resins throughout the entire internal volume of the removablecylindrical container 1. At the same time, the vacuum pump 6 creates a vacuum inside the removablecylindrical container 1.

Данный процесс сушки выполняется до тех пор, пока идет парообразование.This drying process is carried out as long as steam formation occurs.

Затем выполняют отбор пробы влагосодержания радиоактивных ионообменных смол, находящихся в съемной цилиндрической емкости 1. Если влагосодержание радиоактивных ионообменных смол выше значения, допустимого по нормативу, то проводится досушивание ионообменных смол до требуемого влагосодержания, например, при помощи инфракрасных нагревателей, после чего проба проводится повторно.Then a sample of the moisture content of radioactive ion exchange resins located in a removablecylindrical container 1 is taken. If the moisture content of radioactive ion exchange resins is higher than the value allowed by the standard, then the ion exchange resins are dried to the required moisture content, for example, using infrared heaters, after which the sample is repeated.

Если проба для определения влагосодержания показала влагосодержание радиоактивных ионообменных смол, равное или ниже допустимого значения, то со съемной цилиндрической емкости 1 снимается герметично закрывающаяся крышка вместе с мешалкой, далее съемная цилиндрическая емкость 1 закрывается стационарной крышкой и герметично запечатывается.If the sample to determine the moisture content shows a moisture content of radioactive ion exchange resins equal to or below the permissible value, then the hermetically sealed lid is removed from the removablecylindrical container 1 along with the stirrer, then the removablecylindrical container 1 is closed with a stationary lid and hermetically sealed.

Запечатанная съемная цилиндрическая емкость 1 передается на хранение в специализированную организацию.The sealed, removablecylindrical container 1 is transferred for storage to a specialized organization.

Заявляемое изобретение позволит уменьшить энергопотребление при проведении сушки радиоактивных ионообменных смол.The claimed invention will reduce energy consumption when drying radioactive ion exchange resins.

Claims (1)

Translated fromRussian

Установка для сушки радиоактивных ионообменных смол, включающая в себя термореактор, включающий в себя цилиндрическую емкость и герметично закрывающуюся крышку, нагреватель, расположенный на наружной поверхности термореактора, конденсатор паров воды, соединенный магистралью с термореактором, конденсатоприемник, соединенный магистралью с конденсатором паров воды, вакуумный насос, вход которого соединен с конденсатоприемником, а выход - с магистралью для отвода воздуха, термореактор включает в себя также мешалку, установленную на герметично закрывающейся крышке внутри термореактора и снабженную побудителем вращения, цилиндрическая емкость термореактора выполнена съемной, а нагреватель выполнен с возможностью разделения на две части и включает в себя нагревательный контур, заполненный хладагентом, и включает в себя теплообменник, соединенный с источником тепла, компрессор, конденсатор, редукционный клапан и инфракрасные нагреватели, причем конденсатор выполнен таким образом, что в собранном положении нагревателя он охватывает цилиндрическую емкость термореактора, отличающаяся тем, что к магистрали между термореактором и конденсатором паров воды добавлен паровой эжектор, к нагревательному контуру, заполненному хладагентом, добавлена дополнительная отключаемая ветка, также заполненная хладагентом и включающая в себя насос подачи хладагента и также соединенная с конденсатором паров воды таким образом, что в подключенном положении жидкий хладагент, находящийся в указанной ветке, является вторичным теплоносителем конденсатора паров воды.An installation for drying radioactive ion exchange resins, including a thermoreactor including a cylindrical container and a hermetically sealed lid, a heater located on the outer surface of the thermoreactor, a water vapor condenser connected by a line to the thermoreactor, a condensate receiver connected by a line to the water vapor condenser, a vacuum pump , the inlet of which is connected to a condensate receiver, and the outlet is connected to a line for air removal, the thermoreactor also includes a stirrer mounted on a hermetically sealed lid inside the thermoreactor and equipped with a rotation stimulator, the cylindrical container of the thermoreactor is removable, and the heater is designed to be divided into two parts and includes a heating circuit filled with refrigerant, and includes a heat exchanger connected to a heat source, a compressor, a condenser, a pressure reducing valve and infrared heaters, wherein the condenser is designed in such a way that in the assembled position of the heater it covers the cylindrical container of the thermoreactor, characterized in that , that a steam ejector has been added to the line between the thermoreactor and the water vapor condenser; an additional switchable branch has been added to the heating circuit filled with refrigerant, also filled with refrigerant and including a refrigerant supply pump and also connected to the water vapor condenser in such a way that in the connected position the liquid refrigerant located in the specified branch is the secondary coolant of the water vapor condenser.

Images