放射性废液处理实验装置及其使用方法

1.本发明涉及废液处理技术领域，尤其涉及一种放射性废液处理实验装置及其使用方法。


背景技术：

2.核电站及舰船海上核动力系统在运行和维修以及严重事故过程中会产生大量放射性废液，核防化的核沾染清洗也会产生放射性废液。在放射性废液中的各种处理方法中，蒸发浓缩法具有较高的浓缩因子和净化系数，尤其是对铯、锶等难以去除的放射性核素，采用蒸发浓缩的方法，可以使这些放射性盐结晶析出，从而大幅度减少最终废物总量，降低最终处置空间和成本。蒸发浓缩是国内外放射性废液处理中必不可少的环节，是放射性废液减量化、安全化、稳定处置的前提。
3.开展放射性废液的降膜蒸发动力学研究、降膜蒸发流动特性研究、降膜蒸发传热传质特性研究、模型研究以及降膜波动研究有利于实现放射性废液处理减量化、安全化、稳定处置，因此需要一种能够实现放射性废液处理过程研究的试验装置及方法。


技术实现要素：

4.本发明提供一种放射性废液处理实验装置及其使用方法，用以解决对放射性废液处理过程进行研究的问题。
5.本发明提供一种放射性废液处理实验装置，包括：
6.循环罐；
7.预热系统，所述预热系统连接所述循环罐，用于对料液进行预热；
8.降膜蒸发器，所述降膜蒸发器的料液入口连接所述预热系统的料液出口，所述降膜蒸发器的浓缩液出口连接所述循环罐；
9.蒸汽冷凝装置，所述蒸汽冷凝装置的蒸汽入口连接所述降膜蒸发器的蒸汽出口，所述蒸汽冷凝装置的出水口连接所述循环罐。
10.根据本发明提供的放射性废液处理实验装置，所述降膜蒸发管采用外管降膜蒸发，所述降膜蒸发管上设置有壁面测温装置，所述壁面测温装置包括四氟棒和温度传感器，所述四氟棒外壁上设置有至少一个安装槽，所述安装槽内固定有至少一个温度传感器，所述温度传感器上涂有导热硅脂和/或绝缘漆，所述壁面测温装置分布在所述降膜蒸发管内。
11.根据本发明提供的放射性废液处理实验装置，所述降膜蒸发器的热源供给形式为直流电源加热，以提供均匀的热流。
12.根据本发明提供的放射性废液处理实验装置，所述预热系统的料液出口连接有第一支路和第二支路；所述第一支路的出口连接所述降膜蒸发器的料液入口，所述第一支路上设置有第一电动阀；所述第二支路的出口连接所述循环罐，所述第二支路上设置有第二电动阀。
13.根据本发明提供的放射性废液处理实验装置，所述预热系统包括沿管路设置的球
阀、齿轮泵和预热器，所述齿轮泵用于提供料液流动的动力，所述预热器用于对料液进行预热。
14.根据本发明提供的放射性废液处理实验装置，所述预热系统还包括过滤器，所述过滤器设置在所述齿轮泵的上游，所述过滤器用于过滤杂质。
15.根据本发明提供的放射性废液处理实验装置，所述放射性废液处理实验装置还包括真空泵，所述真空泵与所述循环罐的真空口连接。
16.根据本发明提供的放射性废液处理实验装置，所述放射性废液处理实验装置还包括图像获取装置，所述图像获取装置用于获取所述降膜蒸发器内的料液的图像信息。
17.本发明还提供一种以上任一项所述的放射性废液处理实验装置的使用方法，包括以下步骤：
18.将所述循环罐内的料液泵入所述预热系统内，并通过所述预热系统对料液进行预热后将经过所述预热系统预热的料液泵入所述降膜蒸发器内；
19.将所述降膜蒸发器内产生的浓缩液导入所述循环罐内，同时，通过所述蒸汽冷凝装置对所述降膜蒸发器内产生的蒸汽冷凝后将冷凝水导入所述循环罐内。
20.根据本发明提供的使用方法，所述通过所述预热系统对料液进行预热后将经过所述预热系统预热的料液泵入所述降膜蒸发器内包括：
21.通过所述预热系统对料液进行预热；
22.获得所述预热系统的出口位置的料液温度，并判断料液温度是否达到预设值，若否，则返回至上一步；若是，则将经过所述预热系统预热的料液导入所述降膜蒸发器内。
23.本发明提供的放射性废液处理实验装置及其使用方法，循环罐、预热系统、降膜蒸发器和蒸汽冷凝装置能够实现放射性废液处理试验，为放射性废液处理的研究提供条件。并且，本发明提供的放射性废液处理实验装置及其使用方法能够对放射性废液循环处理，实现对放射性废液处理过程的多次、长时间的研究。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明提供的放射性废液处理实验装置的结构示意图。
26.附图标记：
27.1：循环罐；
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2；球阀；
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3；过滤器；
28.4；齿轮泵；
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5；预热器；
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6；第一电动阀；
29.7；第二电动阀；
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8；降膜蒸发器；
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9；图像获取装置；
30.10；蒸汽冷凝装置；
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11；真空泵；
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12；温度传感器；
31.13；压力传感器。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于
说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
33.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
35.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
37.下面结合图1，描述本发明实施例的放射性废液处理实验装置。图1中箭头表示管路中流体的流动方向。
38.放射性废液处理实验装置包括：循环罐1、预热系统、降膜蒸发器8和蒸汽冷却装置。循环罐1用于存储料液，该料液为放射性废液。循环罐1上设置有温度测量设备和压力测量设备，以便于实时检测循环罐1内的压力。
39.预热系统与循环罐1连通，循环罐1内的料液可进入预热系统内。预热系统能够对料液进行预热，使料液达到设定温度，为降膜蒸发器8处理料液做准备。
40.降膜蒸发器8的料液入口连接预热系统，经预热系统加热并达到预设温度的料液可进入降膜蒸发器8内。降膜蒸发器8设置在循环罐1的上方，降膜蒸发器8的浓缩液出口连接循环罐1。降膜蒸发器8处理料液所形成的浓缩液直接流入循环罐1内。
41.蒸汽冷凝装置10的蒸汽入口连接降膜蒸发器8的蒸汽出口，蒸汽冷凝装置10的出水口连接循环罐1。蒸汽冷凝装置10可以采用板式换热器，蒸汽冷凝装置10引入冷却水对蒸汽进行降温，使蒸汽冷凝成液态水后流入循环罐1。
42.本发明实施例提供的放射性废液处理实验装置能够展示放射性废液的完整处理过程，并且，料液所形成的浓缩液和蒸汽冷凝形成的液态水均能回流至循环罐1，使放射性
废液处理实验能够重复进行。实验过程中，可以获得设备的温度、压力和图像等信息，为放射性废液的实际处理作业提供数据参考。
43.实验过程中，需要获取降膜蒸发器8的换热管内壁温度，但为保证换热管管道的均匀性，无法通过焊接的方式将温度测量设备固定在换热管内壁上。为解决上述问题，本发明一个实施例中，在降膜蒸发器8上设置有壁面测温装置，壁面测温装置包括四氟棒和温度传感器12，四氟棒的外壁上设置有至少一个安装槽，温度传感器12固定在安装槽内，壁面测温装置设置在降膜蒸发器8内。通过四氟棒上的温度传感器12可以测量换热管内部的温度。以内径为23mm的换热管为例，选用22mm直径的四氟棒，在四氟棒的表面用铣床铣深度和宽度均为1mm的安装槽，温度传感器选用热电偶传感器，将热电偶嵌入四氟棒的安装槽内，最后将四氟棒插入换热管内，这样既可以保证温度计的固定，也可以测量换热管内部温度，并且不会影响设备的正常安装。
44.进一步地，温度传感器12上涂覆由导热硅脂，以增强换热性能。更进一步地，温度传感器12上涂覆有绝缘漆，避免电流对温度传感器12的测量结果造成干扰。
45.为实现降膜蒸发器8内换热管的多点温度监控，可沿料液流动方向间隔布置多个温度传感器12。同时，还可以在降膜蒸发器8上设置压力传感器13，实时获得降膜蒸发器8内的压力信息。
46.在本发明一个实施例中，预热系统的料液出口连接有第一支路和第二支路。第一支路的出口连接降膜蒸发器8的料液入口，第一支路上设置有第一电动阀6，在第一电动阀6开启时，预热系统内的料液可流入降膜蒸发器8内。第二支路的出口连接循环罐1，第二支路上设置有第二电动阀7，当第二电动阀7关闭时，预热系统内的料液可以回流至循环罐1内。预热系统的此种设置方式能够实现料液的循环加热，当预热系统料液未达到设定温度时，可关闭第一电动阀6并开启第二电动阀7，使预热系统循环加热料液；当料液达到设定温度时，关闭第二电动阀7并开启第一电动阀6，将料液导入降膜蒸发器8内进行处理。预热系统上可设置温度传感器12以检测预热系统内的料液温度，并且为保证进入降膜蒸发器8内的料液达到预设温度，应将温度传感器12设置在预热系统的料液出口位置。
47.在本发明一个实施例中，预热系统包括沿管路设置的球阀2、齿轮泵4和预热器5，球阀2可设置两个，两个球阀2分别设置在齿轮泵4的上游和齿轮泵4与预热器5之间。当球阀2处于开启状态时，运行齿轮泵4，齿轮泵4为料液的流动提供动力，使料液进入预热器5加热，经预热器5加热后的料液回流至循环泵为下次加热过程做准备，或直接流入降膜蒸发器8内进行处理。
48.进一步地，预热系统还包括过滤器3，过滤器3设置在齿轮泵4的上游，并且可具体设置在球阀2与齿轮泵4之间。过滤器3能够去除料液中的杂质，避免设备上出现杂质沉积后影响设备的正常运行，对设备造成损害。
49.在本发明一个实施例中，放射性废液处理装置还包括真空泵11，真空泵11连接循环罐1的真空口。真空泵11运行时能够对循环罐1产生抽吸作用，维持系统的真空度。
50.在本发明一个实施例中，放射性废液处理装置还包括图像获取装置9，该图像获取装置9可以采用告诉相机，通过图像获取装置9可以捕捉放射性废液处理装置内的图像信息。并且，为便于采集图像信息，可选用透明材质制作降膜蒸发器8的外壳，或在降膜蒸发器8的外壁上设置透明的可视窗口。
51.下面对本发明提供的放射性废液处理实验装置的使用方法进行描述，下文描述的放射性废液处理实验装置的使用方法，与上文描述的放射性废液处理实验装置可相互对应参照。
52.放射性废液处理实验装置的使用方法包括以下步骤：
53.s100、将循环罐1内的料液泵入预热系统内，并通过预热系统对料液进行预热后将经过预热系统预热的料液泵入降膜蒸发器8内。
54.将球阀2切换至打开状态，启动齿轮泵4，在齿轮泵4的作用下，循环罐1内的料液经过滤器3过滤后流入预热器5内，启动预热器5，对预热器5的的料液进行加热，当预热器5的料液出口处的料液温度达到预设值时，将料液泵入降膜蒸发器8内。
55.s200、将降膜蒸发器8内产生的浓缩液导入循环罐1内，同时，通过蒸汽冷凝装置10对降膜蒸发器8内产生的蒸汽冷凝后将冷凝水导入循环罐1内。
56.在本发明一个实施例中，步骤s100中的通过预热系统对料液进行预热后将经过预热系统预热的料液泵入降膜蒸发器8内具体包括：
57.s110、通过预热系统对料液进行预热；
58.使第一控制阀处于关闭状态，第二控制阀和球阀2处于开启状态，启动齿轮泵4，使料液进入预热系统内进行加热，加热后的料液可回流至循环罐1内。
59.s120、获得预热系统的出口位置的料液温度，并判断料液温度是否达到预设值，若否，则返回至步骤s100；若是，则将经过预热系统预热的料液导入降膜蒸发器8内。
60.在本发明一个实施例中，放射性废液处理实验装置的使用方法还包括：启动真空泵11，使放射性废液处理实验装置内维持预设的真空度。
61.在本发明又一个实施例中，放射性废液处理实验装置的使用方法还包括：启动图像获取装置9，实时获取并存储降膜蒸发器8内的料液的图像信息；和/或通过温度传感器12实时获得放射性废液处理实验装置的温度信息并记录；和/或通过压力传感器13实时获得放射性废液处理实验装置的压力信息并记录。
62.本发明提供的放射性废液处理实验装置及其使用方法能够进行放射性料液的处理实验，并且便于进行数据采集，能够为放射性废液的实际处理作业提供数据参考。
63.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。