放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法及其去污装置

摘要

本发明公开放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法及其去污装置，包括储气罐、增压泵、混合器、预热器、去污室、分离室、过滤器、去污剂携剂泵、去污剂容器、制冷装置、恒温加热装置、废物收集器、计量泵、阀门、管道、仪表、安全装置和控制系统。本发明的放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法，利用超临界二氧化碳流体具有扩散性和溶解力的特质，采用超临界二氧化碳流体作为溶剂溶解化学去污剂，可用于设备或构件的内腔表面、微小孔隙、高精度表面去污，具有可达性好、损伤小、去污介质可循环使用、二次污染少等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及核设施和放射性设施去污技术领域，具体涉及放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法及其去污装置。

背景技术

放射性污染去污是指采用机械物理或化学方法去除目标对象表面放射性物质的方法。去污对对核设施运行、预防性维修、退役等环节有重要作用。然而传统方法对回路系统或构件去污时，或多或少存在劳动强度大、人员受照风险大、二次废物多等问题。例如回路系统污染主要集中在容器、管道、泵、阀等内壁或内腔，现有机械物理去污方法很难到达污染部位实施去污，且容易损伤设备表面。常用化学去污要求在高温下进行，保温条件比较苛刻，且容易产生大量废水，处理成本高。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术存在的问题，提供了放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法及其去污装置，利用超临界二氧化碳流体具有类似气体的扩散性和液体的溶解能力，溶解去污剂后可快速携带去污试剂到达构件内表面和微小孔隙中，与放射性污染发生作用形成去污产物，然后通过系统卸压将二氧化碳与污染物分离，进而去除放射性污染，保护人员、设施和环境，同时二氧化碳可重复利用，实现废物最小化。

本发明通过下述技术方案实现：

放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法，包括如下步骤：1)将含放射性污染构件放入去污室中；2)启动增压泵将存储的二氧化碳加压送入去污室中，启动携剂泵将去污剂加压送入去污室中，使去污室内达到设定压力，同时启动去污室外部安装的恒温加热装置，使去污室内达到设定温度，保证二氧化碳处于超临界状态；3)超临界二氧化碳与去污剂共同作用于含放射性污染构件表面，放射性污染从构件表面脱离，进入超临界二氧化碳流体中；4)含放射性污染的超临界二氧化碳流体通过阀门进入分离室容器内降压，放射性污染与二氧化碳分离，沉淀在分离室容器底部，进入废物收集器；二氧化碳经过滤器过滤进入储气罐，用于下一去污循环使用。

本发明的放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法，利用超临界二氧化碳流体具有扩散性和溶解力的特质，采用超临界二氧化碳流体作为溶剂溶解化学去污剂，可用于设备或构件的内腔表面、微小孔隙、高精度表面去污，具有可达性好、损伤小、去污介质可循环使用、二次污染少等优点。

步骤2)还包括混合预热过程，具体为先启动增压泵将存储的二氧化碳加压送入混合器中，同时启动携剂泵将去污剂加压送入混合器中，两者混合形成二氧化碳与去污剂混合流体；然后再将二氧化碳与去污剂混合流体通入预热器中进行预热，预热完成后再送入去污室中。

去污室内工作压力为0-50MPa，工作温度为20-80℃。

本发明的去污方法的具体原理为：首先二氧化碳由标准气瓶进入储气罐，制冷装置对储气罐制冷，让二氧化碳保持液体或气液两相状态；储气罐内的二氧化碳经过增压泵加压进入混合器，同时去污剂由去污剂容器进入去污剂添加泵加压进入混合器。混合器中的二氧化碳和去污剂混合流体进入预热器预先加热，然后进入去污室容器，达到设定压力；去污室容器外部安装了恒温加热装置，确保去污容器达到设定温度；然后去污容器内超临界二氧化碳、去污剂与放射性污染物发生作用，作用产物从被去污对象的表面脱离，进入超临界二氧化碳流体中；超临界二氧化碳经过阀门进入分离室容器，压力下降，二氧化碳溶解度降低，因此，废物与二氧化碳分离，沉淀在分离室容器底部，进入废物收集器，然后二氧化碳经过滤器过滤进入储气罐，用于下一去污循环使用；重复经过多个去污循环后，对去污室容器降压和开盖，取出被去污构件，装入新的含污染构件，重复上述操作继续进行去污。

放射性污染超临界二氧化碳化学去污装置，包括依次连接的CO

去污室上安装有压力计和温度计。

所述分离室具有两个。

所述去污室包括去污容器筒体，去污容器筒体的顶部设置有密封盖，去污容器筒体外部套设有水夹套，去污容器筒体侧壁上安装有端部贯穿水夹套外壁的去污容器进口管道，水夹套上安装有加热管和侧部温度传感器，水夹套外安装有侧面保温层和底部保温层，密封盖上安装有顶部温度传感器。

所述分离室包括分离容器筒体，分离容器筒体顶部设置有封头，分离容器筒体外部也套设有水夹套，水夹套上安装有加热箱、温度传感器，分离容器筒体底部通过排放阀与废物收集器相连。

所述过滤器包括顶部封头、过滤器连接头、保温夹套、滤网和底部封头。

废物收集器和过滤器外部设置有辐射屏蔽装置。

还包括控制系统，能够实现对去污装置的自动化控制，并配置相应的安全阀、防爆片、报警器等等，能够确保整个装置的安全性。

本发明去污装置的工作流程如下：

(1)去污室开盖后，将样品装入支架中，整体放入去污室内，并关闭去污室盖子，其中去污室工作压力为0-50MPa，工作温度为20-80℃；

(2)增压泵将气瓶或储气罐中的二氧化碳送入去污室，同时启动携剂泵和加热装置，确保去污室的温度、压力达到超临界状态，去污剂与污染物发生作用；

(3)超临界流体进入分离室降压，两个分离室容积均为1L，第一级分离室压力在12MPa-20MPa可调，第二级分离室压力在6MPa-12MPa可调，分离室温度0-60℃内可调，在两级分离作用下，金属废物从二氧化碳流体中分离出来，沉降在分离室底部收集器中，流体压力降低至6MPa-10MPa；

(4)过滤器位于次级分离室和储气罐之间，二氧化碳流体经过滤器可把更多的废物隔离在分离室内，减少进入储气罐的气溶胶，二氧化碳流体经过冷却器作用后进入储气罐，便于二氧化碳回收和储存，为下一个去污循环做准备，；

(5)多个去污循环后，对去污室泄压、降温、废气回收，然后打开密封盖取出样品进行检测，然后装入下一批样品进行去污试验。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法及其去污装置，利用增压装置、加热装置和混合装置，使二氧化碳处于超临界状态，溶解或携带去污剂，共同作用于含放射性污染表面，能够去除放射性污染，同时对二氧化碳流体进行降压后，还能够分离放射性污染与二氧化碳，实现废物的收集以及二氧化碳的重复回收利用；

2、本发明放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法及其去污装置，采用一个去污室、多个分离室，可实现一级去污多级分离功能，具备自动控制功能，实现去污工艺的自动化；

3、本发明放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法及其去污装置，可实现零部件离线去污以及具备封闭空间的去污对象的内表面去污；

4、本发明放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法及其去污装置，可用于设备或构件的内腔表面、微小孔隙、高精度表面去污，具有可达性好、损伤小、去污介质可循环使用、二次污染少等综合优点；

5、本发明放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法及其去污装置，可应用在核电站、研究堆、非堆放射性设施等在役与退役去污，能大幅减少废水处理与排放，同时可用于普通工业清洗，具有较高的经济和社会效益，应用前景十分广阔。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明去污装置的结构示意图；

图2是去污室的结构示意图；

图3是过滤器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本发明的放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法，包括如下步骤：1)将含放射性污染构件放入去污室中；2)二氧化碳由标准气瓶进入储气罐，制冷装置对储气罐制冷，让二氧化碳保持液体或气液两相状态；3)储气罐内的二氧化碳经过增压泵加压进入混合器，同时去污剂由去污剂容器进入去污剂添加泵加压进入混合器，混合器中的二氧化碳和去污剂混合流体进入预热器预先加热，然后进入去污室容器，使去污室内达到设定压力50MPa，同时启动去污室外部安装的恒温加热装置，使去污室内达到设定温度，保证二氧化碳处于超临界状态；4)超临界二氧化碳与去污剂共同作用于含放射性污染构件表面，放射性污染从构件表面脱离，进入超临界二氧化碳流体中；5)含放射性污染的超临界二氧化碳流体通过阀门进入分离室容器内，进入第一级分离室时流体压力下降到12MPa-20MPa，然后进行第二级分离室后压力下降到6MPa-12MPa，在此过程中二氧化碳溶解度降低，因此放射性污染与二氧化碳分离，放射性污染沉淀在分离室容器底部，进入废物收集器；二氧化碳经过滤器过滤进入储气罐，用于下一去污循环使用；6)重复经过多个去污循环后，对去污室容器降压和开盖，取出被去污构件，装入新的含污染构件，重复上述操作继续进行去污。

本发明的放射性污染超临界二氧化碳化学去污方法，利用超临界二氧化碳流体具有扩散性和溶解力的特质，采用超临界二氧化碳流体作为溶剂溶解化学去污剂，可用于设备或构件的内腔表面、微小孔隙、高精度表面去污，具有可达性好、损伤小、去污介质可循环使用、二次污染少等有点。

实施例2

如图1所示，本发明的放射性污染超临界二氧化碳化学去污装置，去污装置由储气罐、增压泵、混合器、预热器、去污室、分离室、过滤器、去污剂携剂泵、去污剂容器、制冷装置、恒温加热装置、废物收集器、计量泵、阀门、管道、仪表、安全装置和控制系统组成。

如图2所示，去污室由密封盖1、去污容器筒体2、水夹套3、去污容器进口管道4、侧面保温层5、加热管6、底部保温层7、出口管道8、底板固定螺栓9、侧部温度传感器10、密封盖压紧螺栓11、O型密封圈12、密封垫13、顶部温度传感器14、起盖螺钉15等组成。形成恒温、恒压超临界二氧化碳环境。去污室为圆柱体类压力容器，内部尺寸为Φ120mm×180mm，容积约为2L，开口尺寸为Φ120mm，配备自动控制密封盖，内设活动式支架，用于存放去污样品，支架装卸灵活方便。密封盖1与筒体2之间具有O型密封圈12和密封垫13，通过若干数量密封盖压紧螺栓11与容器筒体2连接，实现密封。密封盖1顶部具有螺纹孔，可与密封盖提升装置连接。去污容器设置安全阀门，确保系统安全。去污容器筒体2外部为加热管6和水夹套3，通过水浴加热去污容器内二氧化碳，确保去污室处于恒温状态；温度计、压力表，检测的去污室温度和压力信号用于超临界状态的自动控制，其中去污室工作压力为0-50MPa，工作温度为20-80℃。

增压泵用于将气瓶或储气罐中的二氧化碳送入去污室，使去污室压力达到指定值，确保去污室压力可达50MPa，制备超临界二氧化碳，携剂泵则用于去污剂的添加。

分离室由分离容器筒体、封头、水夹套、加热箱、温度传感器、废物收集器、背压阀、排放阀等组成。两个分离室容积均为1L，二氧化碳与废物混合流体通过背压阀进入第一级分离室后降压到12MPa-20MPa，二氧化碳和废物分离，废物进入容器筒体底部，二氧化碳进入下一级分离室降压到6MPa-12MPa，二氧化碳与废物分离，完成最后一级降压分离后，二氧化碳再进入过滤器；底部，被分离出来的废物沉积在分离容器筒体底部，通过排放阀将废物排入废物收集器中，便于废物的取样和清理。

如图3所示，过滤器由顶部封头16、过滤器连接头17、密封圈18、保温夹套19、保温层20、滤网21、保温筒底座22、底部封头23、排气管24组成。含粉尘废物的二氧化碳从分离室进入过滤器中，通过滤网21过滤，可减少进入储气罐的放射性气溶胶，最后二氧化碳进入储气罐，实现回收；其中废物留存于滤网内，可以定期更换滤网。

其中，与超临界二氧化碳、去污剂接触的材料均选择耐腐蚀材料，同时整个去污装置中的非标容器及管道结构的根据试验所需最大压力和温度设计完成后，需要进行强度校核和屏蔽计算，保证试验装置的安全性和人员受照剂量在合理范围内。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。