Комплекс оборудования участка доизвлечения трансурановых элементов

Участок доизвлечения трансурановых элементов (ТУЭ) входит в состав модуля фабрикации-рефабрикации (МФР) опытно-демонстрационного энергетического комплекса АО «СХК». Для выполнения взаимосвязанных операций по доизвлечению ТУЭ из жидких радиоактивных отходов (ЖРО) технологическое оборудование участка объединено в комплекс (далее – установка). Установка предназначена для дополнительной обработки упаренных ЖРО с целью выделения содержащихся в них актинидов (уран, плутоний, америций) и снижения уровня активности ЖРО.

Входными продуктами установки являются:

• кислые и щелочные растворы, образующиеся при дезактивации боксов и технологического оборудования МФР;
• кубовые растворы выпарной установки участка обращения с ЖРО;
• отработанные технологические растворы из аналитической лаборатории;
• дезактивационные растворы из аналитической лаборатории.

В результате работы установки образуются следующие продукты:

• смешанный порошок оксидов урана, плутония и железа, направляемый на временное хранение;
• щелочной раствор ЖРО активностью не более 1,9·10⁶ Бк/л с содержанием плутония не более 15 мкг/л или содержанием америция не более 1,8 мкг/л, который направляется на установку цементирования.

Технологическая схема обращения с упаренными растворами ЖРО МФР включает щелочное осаждение ТУЭ, осветление растворов, сушку и прокаливание полученных осадков, направление механической смеси полученных порошков на хранение в ядерно безопасном виде. Предложенная схема позволяет сократить нетехнологические потери делящихся материалов при изготовлении СНУП-топлива до 0,1 % от их суммарного количества в производственном цикле.

В 2020 году НПФ «Сосны» разработала технический проект установки, в состав которой входит следующее технологическое оборудование:

• осадительная вертикальная центрифуга со шнековой выгрузкой осадка из ротора, которая предназначена для отделения твердых включений осадка;
• узел ультрафильтрации, предназначенный для отделения тонких взвесей твердой фазы из фугата после центрифуги на керамических фильтрах и получения концентрата методом осветления;
• емкостное и баковое оборудование, в том числе сосуды ядерно-безопасного исполнения, обеспечивающие прием, корректировку и осаждение исходных растворов, сбор фугатов и пермеатов;
• насосы, обеспечивающие дозирование растворов с установленным расходом;
• центробежные насосы, обеспечивающие перемешивание и транспортировку растворов;
• мерники для подачи необходимых реагентов;
• электропечь для сушки и прокалки полученного на центрифуге осадка;
• бокс обращения с осушенным осадком;
• бокс химпробоотбора;
• бункер приемный;
• шнек-холодильник;
• система локальной газоочистки;
• система видеонаблюдения;
• локальная система управления;
• электрооборудование;
• локализующая конструкция;
• трубопроводы и арматура, контрольно-измерительные приборы.

 

Основные характеристики установки:

Производительность (объемный расход) установки (по исходному раствору)	не более 50 м3/год
Установленная мощность	не более 230 кВт
Расход пара температурой 140 °С и давлением 0,4 МПа	не более 100 кг/ч
Расход охлаждающей воды	не более 10 м3/ч
Климатическое исполнение по ГОСТ 15150–69	УХЛ4.1
Условия эксплуатации оборудования:    - температура окружающей среды    - относительная влажность воздуха	от плюс10 °С до плюс 35 °С не более 80 %
Режим работы установки	круглосуточный, периодический,250 дней в году
Класс безопасности по НП-016-05:    - оборудование, контактирующее с радиоактивными продуктами    - оборудование, не контактирующее с радиоактивными продуктами	2Н, 3Н 4Н

 

В 2021 году на опытно-экспериментальном производстве НПФ «Сосны» было изготовлено оборудование, описание которого приведено ниже.

 

Аппарат приема исходного раствора предназначен для приема поступающих на участок растворов, их нагрева, перемешивания, охлаждения, формирования и выдачи партии рабочего раствора для извлечения ТУЭ. Аппарат представляет собой кольцевой сосуд типа К 1–80 по ОСТ 95 407–95 с рубашкой нагрева (охлаждения) и теплоизоляцией. Внутри сосуда установлена нейтронопоглощающая вставка. Рабочий объем аппарата 0,8 м³, высота 3040 мм, диаметр 1940 мм. Классификационное обозначение по НП-016−05 – 2Н.

Аппарат оснащен барботажным устройством для перемешивания, уровнемером, датчиком температуры, датчиками сигнализатора уровня и датчиком давления. Для контроля активности ионов водорода в растворах применяется промышленный pH-метр.

 

 

Центрифуга вертикальная отстойного типа предназначена для разделения полученной после осаждения суспензии на жидкую (фугат) и твердую (осадок) фазы под действием центробежной силы при вращении ротора. Твёрдая фаза осаждается на внутреннюю поверхность ротора и транспортируется шнеком к выгрузной горловине. Оставшаяся суспензия освобождается от мелких частиц твердой фазы путем их осаждения на тарелках. Конструкцией центрифуги предусмотрена возможность промывки технологической части путем подачи в ротор промывочного раствора и последующий отвод его в линию выдачи фугата.

Для контроля технического состояния во время работы центрифуга оснащена датчиками измерения виброскорости, частоты вращения ротора и шнека, температуры подшипников верхней опоры, а также датчиками измерения потребляемой двигателем мощности.

 

Технические характеристики центрифуги:

Классификационное обозначение по НП-016-05	2Н
Объемная производительность по суспензии	не более 0,01 м3/ч
Массовая производительность по влажному осадку	не более 1 кг/ч
Влажность осадка	не более 70 %
Максимальный фактор разделения	1085
Габаритные размеры (длина×ширина×высота)	915×600×1550 мм
Масса	550 кг
Основной конструкционный материал	Сталь 12Х18Н10Т

 

Печь непрерывного действия горизонтальная герметичная с верхним расположением привода предназначена для сушки и прокалки осадка, полученного на центрифуге. Влажный продукт выгружается непосредственно из ротора центрифуги на вращающуюся тарелку печи, где он предварительно подсушивается и измельчается скребками, а затем через отверстия проваливается на «под» печи. Перемещаясь по поверхности «пода» от центра к периферии, продукт прокаливается и затем ссыпается в шнек-холодильник. 

 

 

Технические характеристики печи:

Классификационное обозначение по НП-016-05	2Н
Габаритные размеры (длина×ширина×высота)	4660×2763×4273 мм
Температура сушки	не более 340 °С
Температура прокалки	не более 400 °С
Время проведения процесса	2…8 ч
Мощность нагревательного элемента	не более 20 кВт

 

Установка фильтрации. В состав установки фильтрации входят аппараты приема фугата, мембранные фильтры, центробежные насосы и другое оборудование. Фугат из центрифуги подается в аппарат приема фугата установки фильтрации. На мембранных фильтрах производится доочистка фугата от частиц ТУЭ. Осветленный раствор – пермеат – отводится с установки фильтрации в аппараты приема осветленного раствора, а полученный концентрат (щелочная радиоактивная пульпа) после фильтрации выдается в аппараты-осадители для проведения повторного осаждения. Циркуляция пульпы в аппаратах приема фугата, подача пульпы на мембранные фильтры и выдача пульпы осуществляется центробежным насосом.

 

 

Технические характеристики установки фильтрации:

Классификационное обозначение по НП-016-05	2Н
Суммарный объём переработки неосветлённого раствора	50 м3/год
Производительность по пермеату	не менее 10 дм3/ч
Объём исходного раствора, перерабатываемого за один технологический цикл	не более 200 дм3
Рабочая среда	щелочной радиоактивный раствор

 

 

Бокс обращения с осушенным осадком предназначен для приема осушенного порошка, отбора проб порошка, взвешивания пробы и выгрузки порошка на хранение.

В состав бокса входят:

• узлы приточной, вытяжной и ремонтной вентиляции;
• узлы крепления телекамер;
• светодиодные светильники;
• датчики для контроля разрежения и температуры в боксе;
• циклон-пылесборник;
• весы.

В комплект бокса входит оснастка для пробоотбора: пробоотборник, противень, скребок (шпатель), совок широкий и совок узкий, ступка с пестиком, воронка.

Осушенный порошок в стакане поступает в бокс из приемного бункера. После отбора пробы она в специальном контейнере отправляется в лабораторию по пневмопочте. После получения результатов анализа стакан с порошком выгружается через шлюзовой люк в герметично подсоединенный контейнер ТУК-30М2.

 

Бокс химпробоотбора предназначен для отбора и подготовки проб из аппаратов установки доизвлечения ТУЭ для передачи их в аналитическую лабораторию.

В состав бокса входят:

• узлы приточной, вытяжной и ремонтной вентиляции;
• стыковочный узел для соединения с боксом обращения с осушенным осадком;
• форкамера для загрузки оснастки и реагентов;
• датчики для контроля разрежения и температуры в боксе;
• светодиодный светильник;
• сливное устройство.

Отбор проб из аппаратов установки доизвлечения ТУЭ осуществляется дистанционно по команде оператора с АРМ локальной системы управления. Растворы из аппаратов по пробоотборной линии поступают в бокс, где оператор с помощью ручных кранов отбирает пробу для отправки в аналитическую лабораторию. 

 

 

Для защиты персонала от ионизирующего излучения перед боксами и приемным бункером устанавливается защитная стенка. Толщина биологической защиты составляет 40 мм стали и 20 мм полиэтилена. Смотровые окна выполнены из пластины марки ТФ 5 толщиной 36 мм и поликарбоната 10 мм. Высота защитной стенки составляет 2 м от уровня пола. Ниже уровня столешницы защита выполнена сдвижной для доступа в подбоксовое пространство.

 

 

Система локальной газоочистки предназначена для предварительной очистки сдувочных газов из аппаратов установки доизвлечения ТУЭ перед сбросом в централизованную систему газоочистки МФР.

В состав системы локальной газоочистки входит газоход, фильтр металлотканый, конденсатор-холодильник, фильтр аэрозольный, ресивер. Газоход оснащен системой электрообогрева и теплоизоляцией во избежание конденсации парогазовой смеси, поступающей из печи. Сдувки из всех аппаратов поступают в конденсатор-холодильник, где осушаются и охлаждаются, и после фильтрации сбрасываются в централизованную систему газоочистки МФР с контролем объемной активности золей.

 

Технические характеристики системы локальной газоочистки:

Класс безопасности по НП-016−05	3
Классификационное обозначение по НП-016−05	3Н
Производительность (объемный расход)	не более 30 м3/ч
Объемная активность газоаэрозольной смеси на выходе	не более 1 МБк/м3
Коэффициент очистки	не менее 99,9 %

 

 

Монжус дренажный предназначен для приема, хранения и выдачи любых технологических и нетехнологических растворов из основных технологических аппаратов установки доизвлечения ТУЭ, включая дренажные растворы и протечки из приямков. Монжус дренажный представляет собой кольцевой сосуд типа К 1–80 по ОСТ 95 407–95. В придонной части находится перемешивающее устройство. Внутри монжуса установлена нейтронопоглощающая вставка. Монжус оснащен барботажным устройством для перемешивания, уровнемером, датчиком температуры, датчиками сигнализатора уровня и датчиком давления.

 

Ловушка вакуумная предназначена для отделения жидкой фазы от вакуумированного газа. Рабочая среда – азотнокислые растворы, щелочные растворы. Ловушка вакуумная используется для улавливания рабочих растворов по вакуумной линии при вакуумировании технологических аппаратов в процессе перекачки рабочих растворов и слива в монжус дренажный.

 

Насос дозирующий предназначен для перекачки и дозированной выдачи пульпы из аппарата-осадителя в центрифугу. Основными рабочими органами являются гидроцилиндр и плунжер. Принцип работы дозирующего насоса основан на периодическом создании разрежения в рабочей камере с последующим нагнетанием давления. При этом плунжер совершает одновременно вращательное и возвратно-поступательное движения, обеспечиваемые магнитной муфтой и профильным кулачком.

Расход пульпы регулируется частотой вращения и возвратно-поступательных движений плунжера с помощью частотного преобразователя, подключенного к мотор-редуктору дозирующего насоса.

 

Техническая характеристика насоса дозирующего:

Классификационное обозначение по НП-016−05	3H
Класс безопасности по НП-016−05	3
Рабочая среда	щелочные растворы
Подача объемная номинальная	10 л/ч
Высота самовсасывания по воде при температуре 20 °С	не менее 4 м
Содержание твердой фазы в рабочей среде	не более 30 г/л
Мощность электродвигателя	0,25 кВт
Габаритные размеры (длина×ширина×высота)	320×280×1055 мм
Масса	85,3 кг

 

 

Система видеонаблюдения предназначена для удаленного наблюдения за помещением установки, действиями персонала и работой оборудования участка. В состав оборудования системы видеонаблюдения входят шкаф контроля и управления и 12 IP телекамер.

Программное обеспечение системы видеонаблюдения позволяет выполнять следующие основные операции:

• визуальное удаленное наблюдение в режиме реального времени;
• запись видеоизображений со всех телекамер одновременно и по выбору;
• отображение видеоизображений в полноэкранном и мультиэкранном режимах;
• цифровое увеличение/уменьшение масштаба видеоизображения для каждой телекамеры;
• переключение в режим просмотра архива и обратно.

 

 

Система освещения участка ТУЭ включает в себя светильники рабочего и аварийного освещения, шкаф освещения и распределительные коробки. Электропитание (230 В, 50 Гц) шкафов осуществляется от двух независимых внешних источников, соответствующих рабочему и аварийному освещению.

При штатной работе электрооборудования участка ТУЭ освещение обеспечивается светильниками рабочего освещения, установленными в следующих зонах:

• зона 1 – объем локализующей конструкции участка ТУЭ;
• зона 2 – помещения саншлюза участка ТУЭ;
• зона 3 – помещение боксов участка ТУЭ.

В шкафу освещения предусмотрено независимое управление включением/выключением светильников для каждой из вышеуказанных зон.

Предусмотрено автоматическое включение светильников аварийного освещения в случае отключения или неисправности основной линии электропитания и выключения вследствие этого светильников рабочего освещения.

 

Локальная система управления предназначена для измерения и контроля технологических параметров, управления исполнительными механизмами следующего оборудования участка ТУЭ:

• насосы аппаратов-осадителей;
• бокс обращения с осушенным осадком;
• конденсатор-холодильник;
• печь сушки-прокалки;
• центрифуга;
• установка фильтрации;
• аппарат приема исходного раствора;
• бокс химпробоотбора;
• насосы аппаратов приема осветленного раствора;
• монжус дренажный;
• ловушка вакуумная;
• сборник;
• система локальной газоочистки.

Конструктивно ЛСУ состоит из 10 шкафов (секций) серии VX Rittal и двух шкафов серии MPS производства ГК «Провенто» сейсмостойкого исполнения, одностороннего обслуживания, с верхним способом ввода сигнальных и силовых кабелей с использованием кабельных вводов.

Сигналы от технических средств нижнего уровня поступают на средний уровень ЛСУ участка ТУЭ. В качестве аналоговых сигналов, передаваемых на СУ, применяются унифицированные сигналы 4…20 мА, Pt100. Для передачи данных используется физический интерфейс RS-232/485 с протоколами передачи данных Dibus и Modbus RTU.

В ЛСУ реализована локальная вычислительная сеть по стандарту Industrial Ethernet (протокол S7\ProfiNet) на промышленных Ethernet коммутаторах SimaticNET серии Scalance X100 производства Siemens.

 

 

 

Количество просмотров: 800