核电厂废树脂连续处理系统及核电厂废树脂连续处理方法与流程

1.本发明涉及核电厂废树脂处理技术领域，尤其涉及一种核电厂废树脂连续处理系统及核电厂废树脂连续处理方法。


背景技术：

2.核电厂、核设施在运行和维修期间会产生一定数量的放射性废树脂，这部分放射性废树脂一般采用水泥固化处理(物理法)，但也可以采用超临界水氧化技术进行处理(化学法)，达到无机化、无害化处理目标。
3.对于水泥固化法处理放射性废树脂，废树脂在固化时需添加水泥和其他添加剂，这就导致最终增大了放射性废物处理体积，提升了最终处置成本。
4.对于采用超临界水氧化技术处理核电厂放射性废树脂，可以实现放射性有机废物的无机化和减量化处理，且氧化效率高，减容比大，可有效降低放射性有机废物的处理和处置成本。但是，在放射性废树脂氧化的同时，还会产生一定量的固体残渣，主要成分为无机盐和金属氧化物沉淀物，如不及时将这部分固体残渣排出，则固体残渣会不断在反应器内沉淀、积累，经过一定时间后固体残渣堆积高度逐步升高，直至压缩树脂氧化反应器区域，进一步影响废树脂的氧化反应过程，甚至直接堵塞反应器。目前针对上述的问题进行的操作只能将超临界水氧化装置停机，并将树脂排出并冲洗干净，无法实现连续处理废树脂，大大影响废树脂处理效率。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，提供一种实现连续排渣的核电厂废树脂连续处理系统及核电厂废树脂连续处理方法。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种核电厂废树脂连续处理系统，包括用于对核电厂的放射性废树脂进行超临界水氧化处理的超临界水氧化反应器、与所述超临界水氧化反应器的出料口连接的排渣单元；
7.所述排渣单元包括并联设置的至少两个第一残渣收集罐，至少两个所述第一残渣收集罐交替运行接收来自所述超临界水氧化反应器的残渣。
8.优选地，在连通所述超临界水氧化反应器之前，所述第一残渣收集罐的内部压力低于所述超临界水氧化反应器的内部压力。
9.优选地，所述第一残渣收集罐的内部压力与所述超临界水氧化反应器的内部压力的压力差≤1mpa。
10.优选地，所述核电厂废树脂连续处理系统还包括连接在所述超临界水氧化反应器的出料口和所述排渣单元之间的排渣管道。
11.优选地，所述排渣管道的长度≥2m。
12.优选地，所述核电厂废树脂连续处理系统还包括用于对残渣进行冷却的冷却单元；所述冷却单元设置在所述排渣管道和所述第一残渣收集罐中至少一者上。
13.优选地，所述冷却单元包括用于接入冷却水的冷却管。
14.优选地，所述第一残渣收集罐上设有用于监测罐内温度的温度监测仪表。
15.优选地，所述核电厂废树脂连续处理系统还包括连接在所述排渣管道和所述第一残渣收集罐的入口之间的第一进渣分管；
16.所述第一残渣收集罐的入口或所述第一进渣分管上设有第一进口隔离阀。
17.优选地，所述第一进口隔离阀采用直通式隔离阀。
18.优选地，所述排渣单元还包括作为备用且内部压力为常压的第二残渣收集罐，所述第二残渣收集罐与所述第一残渣收集罐并联设置；
19.所述第二残渣收集罐的入口通过第二进渣分管连接所述排渣管道，并且所述第二残渣收集罐的入口或所述第二进渣分管上设有第二进口隔离阀。
20.优选地，所述第二进口隔离阀采用直通式隔离阀。
21.优选地，所述第一残渣收集罐上还设有第一安全阀；所述第一安全阀通过安全管道连接所述第二残渣收集罐。
22.优选地，所述第一残渣收集罐上设有用于监测罐内上部和下部压差的压力监测单元。
23.优选地，所述第一残渣收集罐上设有用于冲洗和升压的第一接口。
24.优选地，所述核电厂废树脂连续处理系统还包括与所述排渣单元连接、接收所述排渣单元排出的残渣的残渣收集单元。
25.优选地，所述第一残渣收集罐的出口通过第一排渣分管连接所述残渣收集单元，所述第一残渣收集罐的出口或所述第一排渣分管上设有第一出口隔离阀。
26.优选地，所述第一出口隔离阀采用直通式隔离阀。
27.优选地，所述核电厂废树脂连续处理系统还包括连接在所述超临界水氧化反应器的出料口和所述残渣收集单元之间的排放管道；
28.所述排放管道上设有排放阀。
29.优选地，所述排放阀采用直通式隔离阀。
30.本发明还提供一种核电厂废树脂连续处理方法，采用以上任一项所述的核电厂废树脂连续处理系统，所述核电厂废树脂连续处理方法包括以下步骤：
31.s1、将核电厂的放射性废树脂送入超临界水氧化反应器内进行超临界水氧化处理，放射性废树脂上的放射性核素和有机物经氧化后转化为无机盐或金属氧化物沉淀在所述超临界水氧化反应器的底部形成残渣；
32.s2、连通所述超临界水氧化反应器和一第一残渣收集罐，使所述超临界水氧化反应器内的残渣在重力作用下排入所述第一残渣收集罐内；
33.s3、在所述第一残渣收集罐内填满残渣后，断开所述第一残渣收集罐和所述超临界水氧化反应器的连通，将另一第一残渣收集罐与所述超临界水氧化反应器连通，使所述超临界水氧化反应器内的残渣排入另一第一残渣收集罐。
34.优选地，所述核电厂废树脂连续处理方法还包括以下步骤：
35.s4、将填满残渣的第一残渣收集罐内的残渣排出，再对该第一残渣收集罐进行升压，使其内部压力略低于所述超临界水氧化反应器的内部压力；
36.升压后的所述第一残渣收集罐的内部压力与所述超临界水氧化反应器的内部压
力的压力差≤1mpa。
37.本发明的有益效果：采用并联的至少两个残渣收集罐交替运行收集超临界水氧化反应器排出的残渣，实现超临界水氧化反应器连续排渣的目的，进一步实现了超临界水氧化反应器连续处理废树脂的目的，有效解决了现有技术超临界水氧化技术处理核电厂放射性废树脂存在的问题。
附图说明
38.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
39.图1是本发明一实施例的核电厂废树脂连续处理系统的逻辑框图。
具体实施方式
40.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
41.如图1所示，本发明一实施例的核电厂废树脂连续处理系统，包括超临界水氧化反应器10以及排渣单元。超临界水氧化反应器10用于对核电厂的放射性废树脂进行超临界水氧化处理，从而去除放射性废树脂上的放射性核素和有机物。排渣单元与超临界水氧化反应器10的出料口连接，用于接收超临界水氧化反应器10内处理产生的残渣，从而使得超临界水氧化反应器10在运行过程中可以及时将其内部的残渣排出至排渣单元，避免积累过高至氧化反应区域而影响废树脂的氧化反应过程等。
42.其中，排渣单元可包括并联设置的至少两个第一残渣收集罐21。至少两个第一残渣收集罐21交替运行接收来自超临界水氧化反应器10的残渣。即：当一第一残渣收集罐21内部填满残渣(或达到预定装载量)时，切换并联的另一第一残渣收集罐21继续接收超临界水氧化反应器10排出的残渣，超临界水氧化反应器10无需停机，保证连续排渣以及对废树脂的连续处理。
43.第一残渣收集罐21在连通超临界水氧化反应器10之前(即处于断开不连通状态时)，第一残渣收集罐21的内部压力略低于超临界水氧化反应器10的内部压力。第一残渣收集罐21的内部压力与超临界水氧化反应器10的内部压力的压力差≤1mpa；当第一残渣收集罐21连通超临界水氧化反应器10时，两者之间可以很快的建立压力平衡，使得第一残渣收集罐21的内部压力与超临界水氧化反应器10的内部压力相同。由于废树脂氧化处理后产生的残渣为固体颗粒物，密度大于水的密度，因此可以依靠重力逐步沉降到第一残渣收集罐21内。
44.对应排渣单元与超临界水氧化反应器10的出料口之间的连接，本发明的核电厂废树脂连续处理系统还可包括连接在超临界水氧化反应器10的出料口和排渣单元之间的排渣管道30。超临界水氧化反应器10排出的残渣通过排渣管道30排入排渣单元。
45.作为选择，排渣管道30的长度d≥2m，这样使得残渣在沿着排渣管道30进入排渣单元之前，有足够的距离供残渣进行自然冷却，便于残渣温度降低至第一残渣收集罐21的设计温度或低于第一残渣收集罐21的设计温度，也使得设备易选型，大大降低设备造价，提高了系统的应用经济性。例如，对于设计温度≤150℃、设计压力为28mpa
‑
30mpa的第一残渣收集罐21，优选使残渣的温度降低至≤150℃再进入第一残渣收集罐21。
46.排渣管道30可以是直管，也可以是弯管，还可以是直管段和弯管段的结合，只要不影响残渣通过进入排渣单元即可。以排渣单元配合排渣管道30实现超临界水氧化反应器10的排渣，有利于开展辐射屏蔽措施，降低运行人员和操作人员辐照计量。
47.排渣单元可集成设置，更加利于开展辐射屏蔽措施。
48.具体地，排渣管道30的一端与超临界水氧化反应器10的出料口连接，相对的另一端连接排渣单元。对应排渣单元中残渣收集罐的并联设置，排渣管道30的另一端通过分管设置连接不同的残渣收集罐。如图1所示，本实施例的核电厂废树脂连续处理系统还包括连接在排渣管道30和第一残渣收集罐21的入口之间的第一进渣分管31。第一进渣分管31的数量与第一残渣收集罐21的数量一致，使得每一第一残渣收集罐21分别通过一第一进渣分管31连接排渣管道30。
49.第一残渣收集罐21的入口或第一进渣分管31上设有第一进口隔离阀211，用于控制第一残渣收集罐21和超临界水氧化反应器10之间的通断。第一进口隔离阀211优选采用直通式隔离阀(如球阀、y型隔离阀等等)，避免在排渣时固体颗粒在阀内部堆积。此外，第一进口隔离阀211可以是气动隔离阀或者电动隔离阀，还可以是手动隔离阀等。
50.在超临界水氧化反应器10未进行排渣时，第一进口隔离阀211保持关闭状态。当采用一第一残渣收集罐21接收超临界水氧化反应器10排出的残渣时，打开第一残渣收集罐21上的第一进口隔离阀211，连通该第一残渣收集罐21和超临界水氧化反应器10；当切换另一第一残渣收集罐21接收超临界水氧化反应器10排出的残渣时，将前一个第一残渣收集罐21上的第一进口隔离阀211关闭，打开后一个第一残渣收集罐21上的第一进口隔离阀211，将后一个第一残渣收集罐21和超临界水氧化反应器10连通。前一个第一残渣收集罐21在与超临界水氧化反应器10断开连通后，可进行排渣及升压操作，将其内部收集的残渣排出后再进行升压，为下一次收集残渣做准备。
51.每一第一残渣收集罐21上均设有用于监测罐内温度的温度监测仪表212、用于监测罐内上部和下部压差的压力监测单元。
52.温度监测仪表212可以设置一个，或者设置两个且分别用于监测罐内上部和下部的温度。当通过温度监测仪表212发现罐内温度异常(如高于罐的设计温度)，应及时进行第一残渣收集罐21切换或启动冷却单元，对第一残渣收集罐21内进行冷却，或者对排渣管道30进行冷却，降低进入第一残渣收集罐21的残渣的温度。
53.压力监测单元可包括设置在第一残渣收集罐21上部的第一压力监测仪表213、设置在第一残渣收集罐21下部的第二压力监测仪表214。第一压力监测仪表213主要监测第一残渣收集罐21内上部的压力，第二压力监测仪表214主要监测第一残渣收集罐21内下部的压力，通过两者监测的压力值可获得第一残渣收集罐21上部和下部的压差。当获得的压差超出预设范围，应及时进行第一残渣收集罐21切换或停止超临界水氧化反应器10的运行。
54.根据需要，本发明的核电厂废树脂连续处理系统还可包括用于对残渣进行冷却的冷却单元；冷却单元设置在排渣管道30和第一残渣收集罐21中至少一者上。作为选择，冷却单元可包括用于接入冷却水的冷却管40。
55.如图1所示，在本实施例中，冷却管40绕覆在第一残渣收集罐21上，其一端口形成进水口，另一端口形成出水口。冷却水从进水口进入冷却管40内，沿着冷却管40绕着第一残渣收集罐21的周向流动，通过热交换对第一残渣收集罐21进行降温，升温后的冷却水再从
出水口排出冷却管40。
56.在第一残渣收集罐21上，冷却管40可以绕覆在第一残渣收集罐21的外周上，通过对罐壁的冷却降低罐内温度；或者，冷却管40设置在第一残渣收集罐21的壁内，作为冷却夹层，进水口和出水口分别贯穿在壁面上，便于进水和出水。
57.在其他实施例中，冷却管40可以绕覆在排渣管道30上，对排渣管道30内的残渣进行冷却，使残渣温度降低后再进入第一残渣收集罐21；冷却管40具体可以绕覆在排渣管道30外周上或管壁内。或者，第一残渣收集罐21和排渣管道30上分别绕覆有冷却管40。
58.当正在接收超临界水氧化反应器10排出的残渣的一第一残渣收集罐21的罐内温度异常(如高于罐的设计温度)时，应及时切换另一个第一残渣收集罐21进行接渣，或者启动冷却单元以对第一残渣收集罐21内部进行冷却。
59.第一残渣收集罐21上设有用于冲洗和升压的第一接口215，该第一接口215可以设置在第一残渣收集罐21的顶部。当将第一残渣收集罐21内收集的残渣排出后，将第一接口215作为冲洗口，接入冲洗介质等对第一残渣收集罐21内进行冲洗，以便将第一残渣收集罐21内的固体颗粒排放干净。当第一残渣收集罐21内收集的残渣排出完成后，将第一接口215作为升压口，对第一残渣收集罐21进行升压，使罐内压力升至略低于超临界水氧化反应器10的内部压力(压差≤1mpa)后停止升压，进而使得第一残渣收集罐21具备再次接收残渣的条件。
60.第一接口215的设置，将冲洗口和升压口集成为一个，减少了第一残渣收集罐21上接口的设置，进而可优化操作流程，有利于工程化应用的推广。
61.第一接口215处还设有阀门控制第一接口215的启闭。
62.此外，第一残渣收集罐21上还设有第一安全阀216，用于压力释放，缓解罐内出现的压力异常情况。第一安全阀216优选设置在第一残渣收集罐21的顶部。
63.进一步地，排渣单元还可包括与第一残渣收集罐21并联设置的第二残渣收集罐22，第二残渣收集罐22作为备用且内部压力为常压，其设置增加了整个处理系统的可用性。
64.具体地，第二残渣收集罐22的入口通过第二进渣分管32连接排渣管道30，并且第二残渣收集罐22的入口或第二进渣分管32上设有第二进口隔离阀221。在正常情况下，第二进口隔离阀221处于关闭状态，第二残渣收集罐22不与超临界水氧化反应器10连通。第二进口隔离阀221优选采用直通式隔离阀(如球阀、y型隔离阀等等)，避免在排渣时固体颗粒在阀内部堆积。
65.第二残渣收集罐22可与第一残渣收集罐21相同设置。例如，第二残渣收集罐22也设有用于监测罐内温度的温度监测仪表222、用于监测罐内上部和下部压差的压力监测单元。压力监测单元包括两个压力监测仪表223，分别设置在第二残渣收集罐22的上部和下部，分别监测罐内上部和下部的压力，获得第二残渣收集罐22上部和下部的压差。
66.第二残渣收集罐22上也可根据需要绕覆冷却管40，对第二残渣收集罐22起到冷却的作用，使其内部温度降至设计温度。冷却管40在第二残渣收集罐22上的设置方式可参考冷却管40在第一残渣收集罐21的设置方式，在此不再赘述。
67.第二残渣收集罐22上设有用于冲洗第二接口224，第二接口224处还设有阀门控制第二接口224的启闭。该第二接口224可以设置在第二残渣收集罐22的顶部。当将第二残渣收集罐22内收集的残渣排出后，将第二接口224作为冲洗口，接入冲洗介质等对第二残渣收
集罐22内进行冲洗，以便将第二残渣收集罐22内的固体颗粒排放干净。
68.在第二残渣收集罐22需要升压时，第二接口224也可作为升压口。
69.此外，第二残渣收集罐22上还设有第二安全阀225，用于压力释放，缓解罐内出现的压力异常情况。第二安全阀225优选设置在第二残渣收集罐22的顶部。
70.在一优选实施方式中，将第一残渣收集罐21上的第一安全阀216通过安全管道连接至第二残渣收集罐22，以在第一残渣收集罐21进行压力释放时，释放的介质排入第二残渣收集罐22内，避免放射性介质释放到环境中。根据实际设置，第二残渣收集罐22上的第二安全阀225也可连接至第一残渣收集罐21，当其进行压力释放时也将释放的介质排入第一残渣收集罐21，避免释放到环境中。在其他优选实施方式中，第一残渣收集罐21上的第一安全阀216、第二残渣收集罐22上的第二安全阀225分别通过安全管道连接至另外设置的安全箱，以安全箱作为专门收集设备收集第一残渣收集罐21或第二残渣收集罐22在压力释放时释放的介质。
71.进一步地，本发明的核电厂废树脂连续处理系统还包括与排渣单元连接、接收排渣单元排出的残渣的残渣收集单元50。残渣收集单元50可包括一个或多个残渣桶。
72.第一残渣收集罐21的出口通过第一排渣分管51连接残渣收集单元50，第一残渣收集罐21的出口或第一排渣分管51上设有第一出口隔离阀217，用于控制第一残渣收集罐21的出口与残渣收集单元50之间的通断。第一出口隔离阀217优选采用直通式隔离阀(如球阀、y型隔离阀等等)，避免在排渣时固体颗粒在阀内部堆积。
73.对第一残渣收集罐21排渣时，缓慢打开第一出口隔离阀217。由于第一残渣收集罐21内为高压力(约22
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24mpa)，利用压差对第一残渣收集罐21内固体残渣进行排放，排放的残渣收集于残渣收集单元50内。如第一残渣收集罐21内固体残渣无法排放干净，也可以利用第一接口215进行冲洗，以使第一残渣收集罐21排放干净。
74.同理于第一残渣收集罐21，第二残渣收集罐22的出口通过第二排渣分管52连接残渣收集单元50。第二残渣收集罐22的出口或第二排渣分管52上设有第二出口隔离阀226，用于控制第二残渣收集罐22的出口与残渣收集单元50之间的通断。第二出口隔离阀226优选采用直通式隔离阀(如球阀、y型隔离阀等等)。
75.本发明的核电厂废树脂连续处理系统还可包括连接在超临界水氧化反应器10的出料口和残渣收集单元50之间的排放管道60，用于超临界水氧化反应器10停机后或者排渣单元的残渣收集罐均不可用时(概率极低)的临时排渣，提高系统可用性。
76.排放管道60上设有排放阀61，用于该排放管道60的通断。排放阀61优选采用直通式隔离阀(如球阀、y型隔离阀等等)，避免在排渣时固体颗粒在阀内部堆积。排放阀61可以是电动或手动控制等方式。
77.排放管道60上还可设置冷却单元，可对其内排放的介质进行降温，确保排放介质不会超温排放。
78.另外，本发明的核电厂废树脂连续处理系统中，各阀门，包括第一进口隔离阀211、第二进口隔离阀221、第一出口隔离阀217、第二出口隔离阀226及排放阀61等可通过控制中心进行控制，实现系统的自动运行操作，降低了系统在运行期间人员操作频率，从而降低了运行人员辐照风险。
79.本发明的核电厂废树脂连续处理方法，采用上述的核电厂废树脂连续处理系统实
现。参考图1，该核电厂废树脂连续处理方法可包括以下步骤：
80.s1、将核电厂的放射性废树脂送入超临界水氧化反应器10内进行超临界水氧化处理。
81.放射性废树脂上的放射性核素和有机物经氧化后转化为无机盐或金属氧化物沉淀在超临界水氧化反应器10的底部形成残渣。
82.s2、连通超临界水氧化反应器10和排渣单元的一个第一残渣收集罐21，使超临界水氧化反应器10内的残渣在重力作用下排入该第一残渣收集罐21内。
83.其中，第一残渣收集罐21的初始内部压力略低于超临界水氧化反应器10的内部压力(压力差≤1mpa)，通过打开该第一残渣收集罐21的入口上方的第一进口隔离阀211，第一残渣收集罐21连通超临界水氧化反应器10，两者之间可以很快的建立压力平衡，使得第一残渣收集罐21的内部压力与超临界水氧化反应器10的内部压力相同。由于废树脂氧化处理后产生的残渣为固体颗粒物，密度大于水的密度，因此可以依靠重力逐步沉降到第一残渣收集罐21内。
84.s3、在上述的第一残渣收集罐21内填满残渣后，断开第一残渣收集罐21和超临界水氧化反应器10的连通，将另一第一残渣收集罐21与超临界水氧化反应器10连通，使超临界水氧化反应器10内的残渣排入该另一第一残渣收集罐21。
85.具体地，将前一个第一残渣收集罐21的第一进口隔离阀211关闭，打开后一个第一残渣收集罐21的第一进口隔离阀211，将该后一个第一残渣收集罐21与超临界水氧化反应器10连通，超临界水氧化反应器10继续将残渣排入该后一个第一残渣收集罐21内。
86.s4、将填满残渣的第一残渣收集罐21内的残渣排出，再对该第一残渣收集罐21进行升压，使其内部压力略低于超临界水氧化反应器10的内部压力，从而使得第一残渣收集罐21具备再次接收残渣的条件。
87.升压后的第一残渣收集罐21的内部压力与超临界水氧化反应器10的内部压力的压力差≤1mpa。
88.上述对第一残渣收集罐21的排渣及升压处理，可与步骤s3同时进行，以在步骤s3的另一第一残渣收集罐21填满残渣后，该排渣及升压后的第一残渣收集罐21能够替换继续接收超临界水氧化反应器10排出的残渣，保证超临界水氧化反应器10无需停机，能够持续排渣及持续处理废树脂。
89.在对核电厂废树脂进行处理的一次流程中，本发明的核电厂废树脂连续处理系统中包括对应所需数量的第一残渣收集罐21，如三个或以上。超临界水氧化反应器10对废树脂处理后排出的残渣可依次排入且填满数个第一残渣收集罐21，直至将所有废树脂处理完毕及完成所有残渣的排出。完成后再将所有的第一残渣收集罐21内的残渣排出并进行冲洗、升压，为下一次的核电厂废树脂处理做准备。
90.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。