Способ герметизации металлических водоохлаждаемых элементов трубопроводных конструкций термических установок переработки радиоактивных отходов
Владельцы патента RU 2301937:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" (RU)
Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов от регенерации облученного ядерного топлива. Готовят водную суспензию с массовой долей аэросила от 1,0% до 9,0%, выдерживают ее и затем запускают в проточном режиме в герметизируемый элемент термической установки переработки отходов. При герметизации элемента установка продолжает находиться в режиме эксплуатации, а герметик выполняет одновременно функцию охлаждающей и герметизирующей жидкости. Изобретение позволяет проводить герметизацию и последующую эксплуатацию в условиях высоких значений радиоактивного излучения, температуры и токовых нагрузок.
Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных растворов радионуклидов, образующихся при регенерации облученного ядерного топлива, и может быть использовано в радиохимической промышленности и атомной энергетике.
Известен способ герметизации и внутреннего ремонта систем трубопроводов, выбранный в качестве прототипа [Патент RU 2103590 C1, 27.06.1991], который, в частности, заключается в замешивании мелкоизмельченного инертного вещества в воду и непрерывном прокачивании полученной смеси через трубопровод. В качестве герметика использовали, например, смесь, состоящую из 100 массовых частей по весу воды, порядка 8-18 массовых частей твердых частиц эпоксидного пенопласта (ЕР) с размером 2-4 мм, а также 1 части аэросилаR-90.
Недостатками этого способа являются:
- невозможность применения способа на технологических установках без остановки основного технологического процесса из-за сложной последовательности вспомогательных операций,
- невозможность применения смеси одновременно в качестве герметика и в качестве охлаждающей жидкости, поскольку смесь не соответствует предъявляемым требованиям к охлаждающим жидкостям,
- невозможность применения смеси в высоких радиационных и высокотемпературных полях и при высоких токовых нагрузках вследствие имеющихся в составе смеси нестойких органических веществ.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании такого способа, который позволит продлить срок эксплуатации установки по переработке отходов путем проведения герметизации металлических водоохлаждаемых элементов трубопроводных конструкций в условиях высоких величин радиоактивного излучения и температуры, находящихся под высокой токовой нагрузкой, и без остановки основного технологического процесса, когда герметик используется одновременно как герметизирующая и как охлаждающая жидкость.
Поставленная задача решается таким образом, что в качестве герметика используется водная суспензия аэросила с массовой долей аэросила от 1,0 до 9,0%, которая одновременно является охлаждающей жидкостью, причем процесс герметизации ведут без вывода из работы объекта герметизации по следующей схеме:
в отдельной емкости в воду засыпают порошок аэросила до создания его массовой доли от 1,0 до 9,0%,
полученную водную суспензию аэросила выдерживают до созревания в течение 6-24 ч при температуре до 90°С (данная операция в экстренных случаях может быть исключена, водная суспензия сразу передается в работу, во время которой и происходит созревание; однако отсутствие операции выдержки увеличивает время герметизации),
переключают подачу охлаждающей воды на подачу подготовленной водной суспензии аэросила и зацикловывают прокачивание суспензии в проточном режиме через элемент до его полной герметизации,
проводят обратное переключение на подачу охлаждающей воды.
Заявляемый способ позволяет проводить процесс герметизации дистанционно в условиях высоких величин радиоактивного излучения, температуры и токовых нагрузок (поскольку водная суспензия аэросила не подвержена радиолизу, воздействию высокой температуры и не проводит электрический ток), использовать герметик одновременно в качестве герметизирующей и охлаждающей жидкости, а также не выводить из работы герметизируемый элемент.
Примеры осуществления способа.
Пример 1. Для проверки способа герметизации трубопроводов была создана опытная установка (терморегулируемая емкость с аэросилом, насос, трубопроводные коммуникации и оборудование контроля). В качестве образца водоохлаждаемых металлических элементов конструкции электропечи использовали отрезок трубы из нержавеющей стали. Искусственные дефекты представляли собой сквозные отверстия диаметром 1 мм. Расход протечки через такие отверстия составлял до 270 л/ч, избыточное давление в системе - до 0,2 МПа, а температура не превышала 90°С. Для герметизации готовили водную суспензию аэросила с массовой долей аэросила от 1,0 до 9,0% и выдержкой от 6 до 24 ч при температуре до 90°С. Затем суспензию в проточном зациклованном режиме подавали в герметизируемый образец. После герметизации установку переводили на прокачивание воды.
Время полной герметизации от начала подачи суспензии аэросила изменялось в большей степени в зависимости от содержания аэросила и в меньшей степени - от давления, расхода и температуры и составляло от 5 мин до 48 ч. Использование водной суспензии аэросила с массовой долей аэросила свыше 9% невозможно, поскольку отсутствуют технические средства для ее прокачивания через элемент (при содержании аэросила менее значения его массовой доли 1,0% в воде не существует суспензии аэросила из-за величины его растворимости). Последующие ресурсные испытания прочности полученной пробки показали, что при пропускании через загерметизированный элемент дистиллированной воды с расходом 1,2 м3/ч и избыточном давлении до 0,2 МПа целостность образца не нарушалась в течение месяца непрерывной подачи.
Пример 2. Проведена опытная герметизация токоподводов промышленной электропечи остекловывания высокоактивных отходов. Токоподвод представляет собой сложную сварную стальную конструкцию. На токоподводе установлены молибденовые электроды, обеспечивающие прямой нагрев расплава стекла. Через токоподвод постоянно подается дистиллированная вода для охлаждения мест контакта токоподвода и электродов (прекращение подачи охлаждающей воды более чем на несколько минут приведет электропечь к выходу из строя). После длительной эксплуатации на токоподводах образовались коррозионные поражения, и охлаждающая вода стала поступать в электропечь, снижая ее производительность до 50%.
Для герметизации токоподводов были выполнены следующие операции. Без остановки электронагрева расплава стекла подачу охлаждающей воды через токоподвод заменили на подачу предварительно выдержанной в течение 24 ч водной суспензии аэросила с массовой долей аэросила 3%. Давление в системе составляло 0,2 МПа, температура на герметизируемых частях токоподвода колебалась в диапазоне от 30 до 90°С. С начала подачи герметизирующего раствора течь стала постепенно уменьшаться и через 40 ч полностью прекратилась. Гидравлическое сопротивление самого токоподвода не изменилось. Токоподвод переведен на штатный режим охлаждения и повышена производительность электропечи.
Пример 3. Опытную герметизацию другого токоподвода проводили водной суспензией аэросила с массовой долей аэросила 3% без предварительной выдержки. Другие параметры процесса герметизации соответствовали примеру 2. Полная герметизация наступила через 57 ч.
Таким образом, работоспособность способа подтверждена опытной проверкой на промышленной установке остекловывания жидких высокоактивных отходов. Герметизация проведена дистанционно без прямого контакта с объектом герметизации и без его вывода из работы, а также в условиях полей радиоактивного излучения и температуры и при высоких токовых нагрузках. Герметик одновременно выполнял функции герметизирующей и охлаждающей жидкости.
Способ герметизации металлических водоохлаждаемых элементов трубопроводных конструкций, включающий приготовление герметика и прокачивание герметика через внутреннее пространство элементов, отличающийся тем, что в качестве герметика используется водная суспензия аэросила с массовой долей аэросила от 1,0 до 9,0%, одновременно являющаяся охлаждающей жидкостью, причем процесс герметизации проводят при температуре водоохлаждаемых элементов и герметика не более 90°С в условиях полей радиационного излучения и токовых нагрузок без вывода из работы объекта герметизации, а в качестве охлаждаемой жидкости используется дистиллированная вода.
