一种核电厂放射性固体废物的转运系统及方法

技术领域

本发明涉及放射性固体废物处理技术领域，具体为一种核电厂放射性固体废物的转运系统及方法。

背景技术

核电站与一般的电厂最主要的不同是热量的来源不同，核电站利用在反应堆中核裂变所产生的巨大能量，将蒸汽发生器内的水转化成高温高压的蒸汽，从而推动汽轮机进行发电。其中核裂变在产生巨大能量的同时，也产生了大量的放射性，而大量的放射性会随着附着在介质上形成放射性废物，主要有放射性废液、放射性废气和放射性固体废物这三种。

对于三代核电来说，每台机组单独设置有放射性固体废物处理系统。放射性固体废物处理系统主要用于接收、贮存和转运来自化学和容积控制系统、乏燃料池冷却系统、放射性废液系统的废树脂、活性炭、沸石等放射性固体废物，并将放射性固体废物存放在固体废物箱中。固体废物箱中的放射性固体废物先通过水力输送的方式输送至屏蔽转运装置中，然后通过屏蔽转运装置转运到厂址废物处理设施进行处理。现有技术中，放射性固体废物由固体废物箱输送至屏蔽转运装置的具体流程为，先启动固体废物混合泵以对固体废物箱中的放射性固体废物进行充分混合一段时间，然后启动固体废物输送泵以将固体废物箱中的放射性固体废物输送至屏蔽转运装置中。

但是，本申请发明人在实施上述技术方案的过程中，发现该技术方案至少存在以下缺陷：在启动固体废物输送泵后，泵体会迅速出现剧烈振动并伴随异常轰隆声，同时从泵体出口的流量窥镜中可以观察到含大量空泡的液体流出且有一定的紊流，接着固体废物输送泵很有可能会出现堵塞，使得放射性固体废物无法正常输送。而固体废物输送泵的疏通，不仅费时费力；还会使疏通人员被动接受辐射，对疏通人员的身体健康造成影响。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种核电厂放射性固体废物的转运系统及方法，能够在输送放射性固体废物时有效减少固体废物输送泵的堵塞，进而能够减少固体废物输送泵的疏通次数。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种核电厂放射性固体废物的转运系统，包括

固体废物箱；

固体废物输送泵，其泵进口通过第一管体与所述固体废物箱的第一出口连接；

水箱；

供水阀，其阀进口通过第二管体与所述水箱的水出口连接，所述供水阀的阀出口通过第三管体与所述第一管体连接。

作为优选，所述转运系统包括

第二控制阀，其阀进口通过第四管体与所述固体废物输送泵的泵出口连接，所述第二控制阀的阀出口用于与屏蔽转运装置的进料口连接；

第三控制阀，其阀进口用于与所述屏蔽转运装置的出料口连接，所述第三控制阀的阀出口通过第五管体与所述固体废物箱的第一进口连接；

第一控制阀，其阀进口通过第六管体与所述第四管体连接，所述第一控制阀的阀出口通过第七管体与所述第五管体连接。

作为优选，所述转运系统包括

固体废物混合泵，其泵进口通过第八管体与所述固体废物箱的第二出口连接，所述固体废物混合泵的泵出口通过第九管体与所述固体废物箱的第二进口连接。

作为优选，所述转运系统还包括与所述第一管体连接的搅拌装置；所述搅拌装置包括

壳体，设有壳腔和与所述壳腔连通的腔口；且所述壳体在所述壳腔顶部设有第一轴承容置槽，并在所述壳腔底部设有第二轴承容置槽；

第一轴承，安装在所述第一轴承容置槽中；

第二轴承，安装在所述第二轴承容置槽中；

搅拌轴，其轴向第一端与所述第一轴承连接、轴向第二端与所述第二轴承连接，且所述搅拌轴的轴向第一端延伸至所述壳体外部；

搅拌电机，设置在所述壳体外部，且所述搅拌电机的输出轴与所述搅拌轴连接；

搅拌叶，与所述搅拌轴连接，且所述搅拌叶位于所述搅拌轴中下方的面积大于所述搅拌叶位于所述搅拌轴中上方的面积。

作为优选，所述搅拌装置还包括

支撑板，设有与所述搅拌轴套接的安装圈体；

刷毛，与所述支撑板连接且与所述壳腔底部接触连接。

一种核电厂放射性固体废物的转运方法，包括以下步骤

在启动阶段：关闭固体废物箱的第一出口的阀门和第一控制阀，打开供水阀、第二控制阀和第三控制阀，并启动固体废物输送泵；

一定时间后，打开固体废物箱的第一出口的阀门，并调节供水阀的水流速度至所需值；

在稳定运行阶段：关闭供水阀。

作为优选，在所述启动阶段前，还包括以下步骤

关闭固体废物箱的第一出口的阀门、第二控制阀和第三控制阀，打开供水阀和第一控制阀，并启动固体废物输送泵；

一定时间后，关闭固体废物输送泵、供水阀和第一控制阀。

作为优选，在所述启动阶段前，还包括以下步骤

启动固体废物混合泵；一定时间后，关闭固体废物混合泵。

作为优选，所述转运方法还包括

在所述启动阶段，通过搅拌装置对第一管体内的放射性固体废物进行搅拌。

作为优选，所述转运方法还包括

在所述稳定运行阶段，通过搅拌装置对第一管体内的放射性固体废物进行搅拌。

有益效果

本申请通过设置水箱及供水阀能够为放射性固体废物溶液源源不断地提供补给水，防止放射性固体废物溶液因水先被抽走而造成固体颗粒滞留，进而可防止固体废物输送泵发生堵塞现象；

本申请通过设置搅拌装置能够对第一管体中的放射性固体废物溶液进行搅拌，使放射性固体废物溶液能够混合均匀，不易沉积，输送更加顺畅，在启动阶段，能够更好地起到防堵塞效果，在稳定运行阶段，能够更好地提高固体废物的转运效率。

附图说明

图1为本发明核电厂放射性固体废物的转运系统的示意图；

图2为本发明搅拌装置的径向剖视图；

图3为本发明搅拌装置的轴向剖视图；

图4为本发明搅拌叶的结构示意图；

图5为本发明支撑板及刷毛的结构示意图；

图6为本发明支撑板及刷毛另一视角的结构示意图；

图7为发明水力坡度与流体速度的关系示意图；

图8为本发明管道内的流体模型图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

申请人通过传统的转运系统进行放射性固体废物转运时，发现固体废物输送泵2通常在比较短的时间内（即在转运系统启动阶段）会发生堵塞，如果固体废物输送泵2在转运系统启动阶段没有发生堵塞，那么后面（即在转运系统稳定运行阶段）就不易发生堵塞了。为此，申请人进行了再深入的研究，发现因为本发明转运的放射性固体废物是固液两相流（是废树脂、活性炭、沸石等固体颗粒与水的混合溶液）。如图7所示，流体速度在从零开始增加过程中，固液两相流的水力坡度远高于清水（即固液两相流的流阻H2远大于清水的流阻H1），只有当流体速度增速到一定阶段，固液两相流的水力坡度远才与清水相近。

又如图8所示，首先，在低速阶段，管道上方位置的流体偏向清水，管道下方位置的流体偏向浓度较大的放射性固体废物溶液。其次，在相同的驱动力F下，清水的加速度压头D1（等于F-H1）远大于放射性固体废物溶液的加速度压头D2（等于F-H2）。而本申请中的放射性固体废物溶液的密度和清水相似，故放射性固体废物溶液的重量m2和清水的重量m1就相差不大。进而可以知道，清水对应的加速度a1（等于D1/m1）就远大于放射性固体废物溶液的加速度a2（等于D2/m2），所以在相同的加速时间内，清水更易于达到额定流速（在不考虑粘性力的情况下）。

所以结果是：管道中的水先被固体废物输送泵2抽走，放射性固体废物溶液近似于被脱水，放射性固体废物颗粒（粒径在0.3mm~2.4mm之间）留在管道和固体废物输送泵2中，最终导致固体废物输送泵2堵塞。为此，本发明提出了一种能够有效防止固体废物输送泵2发生堵塞的核电厂放射性固体废物的转运系统及转运方法。

实施例1：如图1所示，一种核电厂放射性固体废物的转运系统，包括固体废物箱1，固体废物输送泵2，水箱4，供水阀5，第二控制阀6-2，第三控制阀6-3和第一控制阀6-1。固体废物输送泵2的泵进口通过第一管体3-1与所述固体废物箱1的第一出口连接，其中，固体废物箱1的第一出口设有阀门。供水阀5的阀进口通过第二管体3-2与所述水箱4的水出口连接，所述供水阀5的阀出口通过第三管体3-3与所述第一管体3-1连接。第二控制阀6-2的阀进口通过第四管体3-4与所述固体废物输送泵2的泵出口连接，所述第二控制阀6-2的阀出口用于与屏蔽转运装置7的进料口连接。第三控制阀6-3的阀进口用于与所述屏蔽转运装置7的出料口连接，所述第三控制阀6-3的阀出口通过第五管体3-5与所述固体废物箱1的第一进口连接。第一控制阀6-1的阀进口通过第六管体3-6与所述第四管体3-4连接，所述第一控制阀6-1的阀出口通过第七管体3-7与所述第五管体3-5连接。

具体工作原理：在转运系统刚启动阶段前，先关闭固体废物箱1的第一出口的阀门和第一控制阀6-1，然后依次打开供水阀5（供水阀5打开至最大）、第二控制阀6-2和第三控制阀6-3，接着启动固体废物输送泵2，使水能够先通过第一管体3-1和固体废物输送泵2。

一定时间后（具体时间不限定，只要使水能够经过第一管体3-1和固体废物输送泵2即可，可以是2分钟），打开固体废物箱1的第一出口的阀门，使放射性固体废物溶液与水一起通过第一管体3-1和固体废物输送泵2。水箱4及供水阀5能够为放射性固体废物溶液源源不断地提供补给水，防止放射性固体废物溶液因水先被抽走而造成固体颗粒滞留，进而可防止固体废物输送泵2发生堵塞现象。

同时需要调节供水阀5的水流速度至所需值，如果一直将供水阀5打开至最大，那么必然会导致转运系统放射性固体废物的转运效率降低，因此，需要将供水阀5的水流量调小，但是如果供水阀5的水流量调至过小，那就不能为放射性固体废物溶液有效地提供补给水，进而不能有效防止固体废物输送泵2发生堵塞现象。申请人经过大量试验发现，当供水阀5的水流量调节至大于5m

另外，为了保证转运系统放射性固体废物的转运效率，需要使与补给水混合前的放射性固体废物溶液的流量高于14.7m

在转运系统过了启动阶段（即进入稳定运行阶段）后，可以关闭供水阀5，因为此时，放射性固体废物溶液的水力坡度与清水的水力坡度相近，不会出现水被先抽走的情况，进而即便关闭供水阀5固体，固体废物输送泵2也不易堵塞。

不论在转运系统启动阶段还是在稳定运行阶段，通过固体废物输送泵2的放射性固体废物溶液先通过第四管体3-4和第二控制阀6-2进入屏蔽转运装置7，进入屏蔽转运装置7的放射性固体废物溶液经过沉淀过滤后，其内部的水分再通过第三控制阀6-3和第五管体3-5返回至固体废物箱1。另外，当固体废物箱1中水分不足或管道需要清理时，可以先关闭固体废物箱1第一出口的阀门、第二控制阀6-2和第三控制阀6-3，然后打开供水阀5和第一控制阀6-1，最后打开固体废物输送泵2，通过水箱4给固体废物箱1补充水分或对管道进行清理。

进一步的，所述转运系统包括固体废物混合泵8，固体废物混合泵8的泵进口通过第八管体3-8与所述固体废物箱1的第二出口连接，所述固体废物混合泵8的泵出口通过第九管体3-9与所述固体废物箱1的第二进口连接。

在转运系统启动阶段前，可以先打开固体废物混合泵8，通过固体废物混合泵8对固体废物箱1中的放射性固体废物溶液进行充分搅拌，搅拌均匀的放射性固体废物溶液更容易与水混合，进而更容易在第一管体3-1内输送至固体废物混合泵8，可进一步降低固体废物混合泵8发生堵塞的可能性。

实施例2，一种核电厂放射性固体废物的转运系统，与实施例1的不同之处在于，所述转运系统还包括与所述第一管体3-1连接的搅拌装置。

如图2和图3所示，所述搅拌装置包括壳体9-1，第一轴承9-2，第二轴承9-3，搅拌轴9-4，搅拌电机9-5和搅拌叶9-6。

壳体9-1设有壳腔9-1a和与所述壳腔9-1a连通的两腔口9-1b。第一管体3-1是由多个管道段连接而成的，本实施例可以设置多个搅拌装置，每一搅拌装置可安装在任意两相邻管道段的连接处，其中壳体9-1的第一个腔口9-1b用于与第一个管道段连接、第二个腔口9-1b用于与第二个管道段连接，且两个腔口9-1b可以水平设置（如图3所示，用于连接两水平设置的管道段），也可以垂直设置（图上未示出，用于连接两垂直设置的管道段）。且所述壳体9-1在所述壳腔9-1a顶部设有第一轴承容置槽，并在所述壳腔9-1a底部设有第二轴承容置槽。

第一轴承9-2安装在所述第一轴承容置槽中，第一轴承9-2包括动轴承部和静轴承部，静轴承部与第一轴承容置槽连接固定，动轴承部与搅拌轴9-4连接固定。第二轴承9-3安装在所述第二轴承容置槽中，第二轴承9-3包括动轴承部和静轴承部，静轴承部与第二轴承容置槽连接固定，动轴承部与搅拌轴9-4连接固定。第一轴承容置槽及第二轴承容置槽均设有允许搅拌轴9-4穿过的密封盖，通过密封盖可防止放射性固体废物溶液进入第一轴承容置槽及第二轴承容置槽中。

搅拌轴9-4的轴向第一端与所述第一轴承9-2连接、轴向第二端与所述第二轴承9-3连接，且所述搅拌轴9-4的轴向第一端延伸至所述壳体9-1外部。搅拌轴9-4通过第一轴承9-2及第二轴承9-3能够相对壳体9-1进行转动。搅拌电机9-5设置在所述壳体9-1外部，搅拌电机9-5的电机壳与壳体9-1连接固定，搅拌电机9-5的输出轴与所述搅拌轴9-4连接，用于给搅拌轴9-4转动提供动力。

如图4所示，搅拌叶9-6与所述搅拌轴9-4连接，搅拌轴9-4沿其周向设有多片搅拌叶9-6，每一片搅拌叶9-6沿搅拌轴9-4的轴向设置。且搅拌叶9-6位于所述搅拌轴9-4中下方的面积大于所述搅拌叶9-6位于所述搅拌轴9-4中上方的面积。第一管体3-1内的流体，如图8所示，上方位置的流体偏向清水，下方位置的流体偏向浓度较大的放射性固体废物溶液，该形状的搅拌叶9-6能够将搅拌力度重点作用在浓度较大的放射性固体废物溶液上，进而使下方浓度较大的放射性固体废物溶液能够与上方清水充分搅拌混合以形成浓度较小且均匀的放射性固体废物溶液，从而使放射性固体废物溶液能够顺畅输送，避免淤积在第一管体3-1内而造成转运系统转运效率低下。

如图5和图6所示，所述搅拌装置还包括支撑板9-7和刷毛9-8。支撑板9-7设有与所述搅拌轴9-4套接的安装圈体，安装圈体设有内连接螺纹，搅拌轴9-4设有与内连接螺纹配合连接的外连接螺纹，支撑板9-7通过安装圈体与搅拌轴9-4连接固定。支撑板9-7上连接有刷毛9-8，刷毛9-8的自由端与所述壳腔9-1a底部接触连接。

在搅拌轴9-4带动搅拌叶9-6旋转的同时，支撑板9-7也会相应转动，支撑板9-7转动会带动刷毛9-8在壳腔9-1a底面上滑动，进而使壳腔9-1a底面上的固体废物颗粒能够更好地与溶液混合。

本实施例中的搅拌装置能够对第一管体3-1中的放射性固体废物溶液进行搅拌，使放射性固体废物溶液能够混合均匀，不易沉积，输送更加顺畅，在转运系统启动阶段，能够起到更好的防堵塞效果，在转运系统稳定运行阶段，能够起到提高固体废物转运效率的效果。

实施例3：一种核电厂放射性固体废物的转运方法，包括以下步骤

首先，在启动阶段前：关闭固体废物箱1的第一出口的阀门、第二控制阀6-2和第三控制阀6-3，打开供水阀5和第一控制阀6-1，并启动固体废物输送泵2。用水对第一管体3-1、第四管体3-4、第六管体3-6、第七管体3-7和第五管体3-5进行清理，同时对对固体废物箱1补充一定的水分。一定时间后，关闭固体废物输送泵2、供水阀5和第一控制阀6-1。

其次，在启动阶段前，还包括：启动固体废物混合泵8；一定时间后，关闭固体废物混合泵8。

具体的，可以先打开固体废物混合泵8，通过固体废物混合泵8对固体废物箱1中的放射性固体废物溶液进行充分搅拌，搅拌均匀的放射性固体废物溶液更容易与水混合，进而更容易在第一管体3-1内输送至固体废物混合泵8，可进一步降低固体废物混合泵8发生堵塞的可能性。

接着，在启动阶段：关闭固体废物箱1的第一出口的阀门和第一控制阀6-1，打开供水阀5、第二控制阀6-2和第三控制阀6-3，并启动固体废物输送泵2。一定时间后，打开固体废物箱1的第一出口的阀门，并调节供水阀5的水流速度至所需值。

具体的，先关闭固体废物箱1的第一出口的阀门和第一控制阀6-1，然后依次打开供水阀5（供水阀5打开至最大）、第二控制阀6-2和第三控制阀6-3，接着启动固体废物输送泵2，使水能够先通过第一管体3-1和固体废物输送泵2。

一定时间后（具体时间不限定，只要使水能够经过第一管体3-1和固体废物输送泵2即可，可以是2分钟），打开固体废物箱1的第一出口的阀门，使放射性固体废物溶液与水一起通过第一管体3-1和固体废物输送泵2。水箱4及供水阀5能够为放射性固体废物溶液源源不断地提供补给水，防止放射性固体废物溶液因水先被抽走而造成固体颗粒滞留，进而可防止固体废物输送泵2发生堵塞现象。

同时需要调节供水阀5的水流速度至所需值，如果一直将供水阀5打开至最大，那么必然会导致转运系统放射性固体废物的转运效率降低，因此，需要将供水阀5的水流量调小，但是如果供水阀5的水流量调至过小，那就不能为放射性固体废物溶液有效地提供补给水，进而不能有效防止固体废物输送泵2发生堵塞现象。申请人经过大量试验发现，当供水阀5的水流量调节至大于5m3/h且小于8m3/h时，既不会出现固体废物输送泵2堵塞现象，又不会因补给水供水量过大而导致固体废物输送量变少，进而导致转运系统的转运效率降低。其中，本实施例所采用的管道（包括第一管体3-1，第二管体3-2，第三管体3-3，第四管体3-4等等）均为内径为50毫米的标准管道。

另外，为了保证转运系统放射性固体废物的转运效率，需要使与补给水混合前的放射性固体废物溶液的流量高于14.7m3/h，而放射性固体废物溶液的流量与补给水的流量之和为固体废物输送泵2的输送流量，那么固体废物输送泵2的设计工况流量为22.7 m3/h为最佳。间接地，通过调节补给水的流量也能起到调节放射性固体废物溶液流量的作用。

最后，在转运系统过了启动阶段（即进入稳定运行阶段）后，可以关闭供水阀5，因为此时，放射性固体废物溶液的水力坡度与清水的水力坡度相近，不会出现水被先抽走的情况，进而即便关闭供水阀5固体，固体废物输送泵2也不易堵塞。

不论在转运系统启动阶段还是在稳定运行阶段，通过固体废物输送泵2的放射性固体废物溶液先通过第四管体3-4和第二控制阀6-2进入屏蔽转运装置7，进入屏蔽转运装置7的放射性固体废物溶液经过沉淀过滤后，其内部的水分再通过第三控制阀6-3和第五管体3-5返回至固体废物箱1。

实施例4：一种核电厂放射性固体废物的转运方法，与实施例3的不同之处在于，还包括以下步骤

在启动阶段及稳定运行阶段，通过搅拌装置对第一管体3-1内的放射性固体废物进行搅拌。搅拌装置能够对第一管体3-1中的放射性固体废物溶液进行搅拌，使放射性固体废物溶液能够混合均匀，不易沉积，输送更加顺畅，在启动阶段，能够更好地起到防堵塞效果，在稳定运行阶段，能够更好地提高固体废物的转运效率。

其中，如图2和图3所示，所述搅拌装置包括壳体9-1，第一轴承9-2，第二轴承9-3，搅拌轴9-4，搅拌电机9-5和搅拌叶9-6。

壳体9-1设有壳腔9-1a和与所述壳腔9-1a连通的两腔口9-1b。第一管体3-1是由多个管道段连接而成的，本实施例可以设置多个搅拌装置，每一搅拌装置可安装在任意两相邻管道段的连接处，其中壳体9-1的第一个腔口9-1b用于与第一个管道段连接、第二个腔口9-1b用于与第二个管道段连接，且两个腔口9-1b可以水平设置（如图3所示，用于连接两水平设置的管道段），也可以垂直设置（图上未示出，用于连接两垂直设置的管道段）。且所述壳体9-1在所述壳腔9-1a顶部设有第一轴承容置槽，并在所述壳腔9-1a底部设有第二轴承容置槽。

第一轴承9-2安装在所述第一轴承容置槽中，第一轴承9-2包括动轴承部和静轴承部，静轴承部与第一轴承容置槽连接固定，动轴承部与搅拌轴9-4连接固定。第二轴承9-3安装在所述第二轴承容置槽中，第二轴承9-3包括动轴承部和静轴承部，静轴承部与第二轴承容置槽连接固定，动轴承部与搅拌轴9-4连接固定。第一轴承容置槽及第二轴承容置槽均设有允许搅拌轴9-4穿过的密封盖，通过密封盖可防止放射性固体废物溶液进入第一轴承容置槽及第二轴承容置槽中。

搅拌轴9-4的轴向第一端与所述第一轴承9-2连接、轴向第二端与所述第二轴承9-3连接，且所述搅拌轴9-4的轴向第一端延伸至所述壳体9-1外部。搅拌轴9-4通过第一轴承9-2及第二轴承9-3能够相对壳体9-1进行转动。搅拌电机9-5设置在所述壳体9-1外部，搅拌电机9-5的电机壳与壳体9-1连接固定，搅拌电机9-5的输出轴与所述搅拌轴9-4连接，用于给搅拌轴9-4转动提供动力。

如图4所示，搅拌叶9-6与所述搅拌轴9-4连接，搅拌轴9-4沿其周向设有多片搅拌叶9-6，每一片搅拌叶9-6沿搅拌轴9-4的轴向设置。且搅拌叶9-6位于所述搅拌轴9-4中下方的面积大于所述搅拌叶9-6位于所述搅拌轴9-4中上方的面积。第一管体3-1内的流体，如图8所示，上方位置的流体偏向清水，下方位置的流体偏向浓度较大的放射性固体废物溶液，该形状的搅拌叶9-6能够将搅拌力度重点作用在浓度较大的放射性固体废物溶液上，进而使下方浓度较大的放射性固体废物溶液能够与上方清水充分搅拌混合以形成浓度较小且均匀的放射性固体废物溶液，从而使放射性固体废物溶液能够顺畅输送，避免淤积在第一管体3-1内而造成转运系统转运效率低下。

如图5和图6所示，所述搅拌装置还包括支撑板9-7和刷毛9-8。支撑板9-7设有与所述搅拌轴9-4套接的安装圈体，安装圈体设有内连接螺纹，搅拌轴9-4设有与内连接螺纹配合连接的外连接螺纹，支撑板9-7通过安装圈体与搅拌轴9-4连接固定。支撑板9-7上连接有刷毛9-8，刷毛9-8的自由端与所述壳腔9-1a底部接触连接。

在搅拌轴9-4带动搅拌叶9-6旋转的同时，支撑板9-7也会相应转动，支撑板9-7转动会带动刷毛9-8在壳腔9-1a底面上滑动，进而使壳腔9-1a底面上的固体废物颗粒能够更好地与溶液混合。

上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。