水泥固化線工藝方案設(shè)計(jì)

王沖 宋真 劉宇昊 馬興均

【摘 要】水泥固化線是某廢物處理中心建設(shè)的一個(gè)重要系統(tǒng)，根據(jù)以往固化生產(chǎn)線的優(yōu)缺點(diǎn)及放射性廢液水泥固化線生產(chǎn)的需要，確定了該生產(chǎn)線的工藝方案。該工藝方案包含水泥粉料接下料、計(jì)量與輸送、蒸殘液輸送與計(jì)量、廢樹(shù)脂輸送與計(jì)量、水泥固化體的生產(chǎn)、輸送與貯存四個(gè)子項(xiàng)。本文通過(guò)對(duì)方案中的工藝流程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，確定了該工藝方案基本合理，基本滿足現(xiàn)有的工藝要求，提高了自動(dòng)化水平。

【關(guān)鍵詞】水泥固化；放射性廢液處理；放射性廢樹(shù)脂處理；工藝方案

中圖分類號(hào)： TL941 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）01-0191-002

【Abstract】The concrete curing line is a waste treatment center construction is an important system， based on past the advantages and disadvantages of curing production line and the needs of the radioactive waste liquid cement curing line production， the processing plan of the production line is determined.

The process plan includes four sub-items， including the preparation of cement powder， measuring and conveying， transpiration and measurement， waste resin conveying and measurement， the production， transportation and storage of cement solidified body.Through the detailed elaboration of the technological process in the scheme， this paper determines the basic reasonableness of the process plan， basically meets the existing technological requirements， and improves the automation level.

【Key words】Cement solidification； Disposal of radioactive waste liquid； Radioactive waste resin treatment； The processing plan

0 前言

放射性廢液（廢樹(shù)脂）水泥固化線（簡(jiǎn)稱水泥固化）是某廢物處理中心建設(shè)的一個(gè)重要系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含水泥粉料接下料及計(jì)量和輸送、蒸殘液輸送與計(jì)量、廢樹(shù)脂輸送與計(jì)量、水泥固化體的生產(chǎn)及輸送和貯存四個(gè)子項(xiàng)。其主要功能是將核設(shè)施運(yùn)行、維護(hù)、退役過(guò)程中產(chǎn)生的放射性蒸殘液和廢樹(shù)脂進(jìn)行水泥固化處理，使之形成均一、穩(wěn)定等水泥固化體廢物包，滿足放射性廢物的暫存、外運(yùn)及最終處置要求。

1 工藝流程

1.1 工藝流程框圖

水泥固化工藝原理流程框圖如圖1所示。

1.2 工藝流程描述

1.2.1 概述

水泥固化是某處理中心建設(shè)的一個(gè)重要系統(tǒng)，根據(jù)以往固化生產(chǎn)線的優(yōu)缺點(diǎn)及現(xiàn)有的需求，確定了效率較高的生產(chǎn)線的工藝方案。

1.2.2 水泥粉料接下料及計(jì)量和輸送

（1）水泥粉料接收

散裝水泥粉料由罐車送至廠房，接通輸送管線，依靠壓空將水泥送入水泥倉(cāng)內(nèi)貯存。通過(guò)控制水泥倉(cāng)底部氣動(dòng)蝶閥來(lái)控制水泥倉(cāng)的下料，水泥倉(cāng)內(nèi)設(shè)置防止和消除水泥倉(cāng)內(nèi)的物料架橋水泥破橋裝置。

（2）水泥下料

水泥倉(cāng)底部氣動(dòng)蝶閥與螺旋推進(jìn)下料器聯(lián)接，螺旋推進(jìn)下料器將水泥灰輸送至水泥計(jì)量裝置內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)物料計(jì)量的準(zhǔn)確性，計(jì)量控制采用快、慢給料程序，螺旋推進(jìn)下料器采用變頻調(diào)速方式，在物料量達(dá)到設(shè)定值約80%時(shí)，通過(guò)變頻調(diào)速緩慢下料方式以保證下料的精準(zhǔn)性。

（3）水泥計(jì)量

自帶稱重模塊水泥計(jì)量裝置與螺旋推進(jìn)下料器底部相連，為保證計(jì)量精度，選用靜態(tài)計(jì)量。為確保計(jì)量的水泥灰下料時(shí)無(wú)殘留，水泥計(jì)量倉(cāng)底部安裝有兩臺(tái)料倉(cāng)振動(dòng)防閉塞裝置。當(dāng)水泥計(jì)量完成后，通過(guò)自動(dòng)連鎖控制關(guān)閉螺旋推進(jìn)下料器及水泥倉(cāng)底部氣動(dòng)蝶閥。

（4）水泥輸送

當(dāng)固化攪拌工位的固化桶就位后，水泥的輸送通過(guò)水泥計(jì)量倉(cāng)底部的水泥輸送裝置水泥輸送管線完成，為防止計(jì)量倉(cāng)水泥殘留，計(jì)量倉(cāng)重量顯示10kg物料時(shí)，開(kāi)啟防閉塞裝置，直至水泥輸送完畢，停止振打，關(guān)閉水泥輸送裝置、蝶閥和防閉塞裝置。管道內(nèi)部進(jìn)行拋光處理以保證物料的流暢性。

（5）水泥除塵

水泥除塵采用布袋過(guò)濾器進(jìn)行，在水泥灰接收與下料過(guò)程中，水泥倉(cāng)內(nèi)產(chǎn)生的煙塵進(jìn)入過(guò)濾器的進(jìn)風(fēng)口；水泥計(jì)量倉(cāng)側(cè)壁有一排氣管，排氣管頂部與過(guò)濾器進(jìn)風(fēng)口連通，水泥計(jì)量與輸送過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵可經(jīng)該排氣管進(jìn)入過(guò)濾器，然后在廠房就地排放。

1.2.3 蒸殘液輸送及計(jì)量

（1）蒸殘液上料

該過(guò)程是采用0.5MPa的壓空將放射性蒸殘液從預(yù)處理槽內(nèi)輸送至蒸殘液計(jì)量槽內(nèi)。

（2）蒸殘液計(jì)量

蒸殘液的計(jì)量在自帶液位計(jì)的蒸殘液計(jì)量槽內(nèi)完成，并連續(xù)顯示槽內(nèi)的液位，并能預(yù)先設(shè)定高液位，當(dāng)槽內(nèi)液位達(dá)到設(shè)定高度時(shí)進(jìn)行報(bào)警連鎖，自動(dòng)關(guān)閉蒸殘液預(yù)處理槽的廢液出口閥。當(dāng)水泥固化桶在固化線濕廢物下料工段就位后，開(kāi)啟蒸殘液計(jì)量槽的出料閥，計(jì)量好的蒸殘液通過(guò)自重進(jìn)入固化桶內(nèi)后送去固化。

1.2.4 廢樹(shù)脂輸送與計(jì)量

（1）廢樹(shù)脂轉(zhuǎn)運(yùn)

相關(guān)核設(shè)施產(chǎn)生的廢樹(shù)脂由廢樹(shù)脂收集罐運(yùn)至廠房二層樹(shù)脂轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)就位。接通廢樹(shù)脂收集罐頂部的壓空管、排氣管、補(bǔ)水管和底部的廢樹(shù)脂出口管，廢樹(shù)脂收集罐內(nèi)的廢樹(shù)脂采用壓空松散后自流的方式轉(zhuǎn)運(yùn)至廢樹(shù)脂貯槽內(nèi)。廢液處理工段產(chǎn)生的廢樹(shù)脂直接依靠水力輸送從離子交換柱經(jīng)輸送管線自流至廢樹(shù)脂貯槽內(nèi)。

（2）廢樹(shù)脂上料

當(dāng)樹(shù)脂進(jìn)行固化時(shí)，開(kāi)啟低放廢液上料泵將低放廢液槽內(nèi)的廢水輸送至廢樹(shù)脂貯槽內(nèi)，液位達(dá)到指定的上限高度時(shí)停止，開(kāi)啟廢樹(shù)脂貯槽內(nèi)的壓空攪拌閥，攪拌均勻后啟動(dòng)廢樹(shù)脂轉(zhuǎn)運(yùn)泵將樹(shù)脂輸送至廢樹(shù)脂預(yù)處理槽。

1.2.5 水泥固化體的生產(chǎn)與輸送和貯存

蒸殘液和廢樹(shù)脂的固化在輸送輥道線上完成，輥道線共分為七個(gè)工位，包括準(zhǔn)備工位、過(guò)渡工位、濕廢物下料工位、水泥下料攪拌工位、封蓋工位、劑量檢測(cè)工位、吊運(yùn)工位。重點(diǎn)分析濕廢物下料工位、水泥下料攪拌工位、封蓋工位、劑量檢測(cè)工位、吊運(yùn)工位等工位。

（1）濕廢物下料

固化桶進(jìn)入相應(yīng)濕廢物下料工位輥道后，通過(guò)該處定位夾緊裝置將其夾緊，由頂升裝置將固化桶提升與固化下料攪拌平臺(tái)的濕廢物下料密封罩底部密封口相接，開(kāi)啟廢物下料閥，將計(jì)量好的蒸殘液或蒸殘液與廢樹(shù)脂混合物通過(guò)濕料加注罩導(dǎo)入固化桶內(nèi)。下料完畢后，頂升裝置復(fù)位，固化桶回落至相應(yīng)輥道上，開(kāi)啟接液盤的氣缸，使接液盤伸至下料口出，避免下料管內(nèi)殘留的廢物落入輥道間內(nèi)。

（2）水泥下料攪拌

盛放濕廢物的固化桶被傳送至水泥下料攪拌工位輥道上，通過(guò)定位夾緊裝置將其夾緊，由頂升裝置將固化桶提升與固化下料攪拌平臺(tái)的干料加注罩下沿形成密封。啟動(dòng)攪拌裝置的升降機(jī)構(gòu)，攪拌器下降至攪拌工位（保持與桶壁、桶底適當(dāng)?shù)拈g隙），與干料加注罩上沿形成密封。啟動(dòng)水泥加料和攪拌程序，將桶內(nèi)的濕廢物與加入的水泥灰物料混合均勻。攪拌完成后，攪拌槳上升移出固化桶，開(kāi)啟攪拌槳自帶的振動(dòng)清潔裝置，將掛在槳上的殘留泥漿振落至固化桶內(nèi)，然后攪拌器提升至待工狀態(tài)。

當(dāng)一定批量的工作完成，為防止掛槳的水泥干結(jié)，需對(duì)攪拌槳進(jìn)行浸水清洗。

（3）固化桶封蓋

桶內(nèi)的物料攪拌均勻后將固化桶輸送至固化桶封蓋工位輥道上，用自動(dòng)封蓋裝置抓取事先準(zhǔn)備好的桶蓋，完成桶蓋與固化桶的自動(dòng)對(duì)中及螺栓擰緊等操作。

（4）劑量檢測(cè)

開(kāi)啟密封防護(hù)門，通過(guò)輥道將固化桶輸送至劑量檢測(cè)工位，觸發(fā)該段輥道上固化桶限位裝置并定位，關(guān)閉密封防護(hù)門。通過(guò)該處定位夾緊裝置夾緊固化桶，開(kāi)啟該處輥道的旋轉(zhuǎn)電機(jī)使固化桶旋轉(zhuǎn)360°，用表面劑量率檢測(cè)裝置測(cè)定固化桶表面和距離桶表面1m處的劑量并記錄。

（5）固化體吊運(yùn)

開(kāi)啟輥道將固化桶輸送至固化體吊運(yùn)工位觸發(fā)固化桶限位裝置并定位，通過(guò)數(shù)控吊車穿過(guò)吊裝孔，用其自帶的固化桶抓具將桶抓起，從輥道線上取出，送貯存井養(yǎng)護(hù)及暫存。

（6）廢物轉(zhuǎn)運(yùn)與臨時(shí)貯存

從水泥固化線上吊運(yùn)出的固化體用數(shù)控吊車轉(zhuǎn)運(yùn)至貯存井內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)及臨時(shí)貯存。

吊車起升機(jī)構(gòu)為柔性吊臂，具備數(shù)控定位功能，當(dāng)攪拌好的水泥固化體到達(dá)吊運(yùn)工位時(shí)，吊車獲取通訊信號(hào)到達(dá)桶位置正上方，與吊車配套的200L桶無(wú)動(dòng)力抓具實(shí)現(xiàn)抓取和提升200L桶，通過(guò)吊車將廢物桶按五層堆碼方式碼放置在固化體存放區(qū)指定位置貯存。此外，吊車還能將固化體存放位置、編碼和重量等信息保存在廢物管理數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2 主要改進(jìn)點(diǎn)

新的固化生產(chǎn)線與傳統(tǒng)的固化生產(chǎn)線相比主要改進(jìn)點(diǎn)分別是水泥能夠自動(dòng)進(jìn)給和計(jì)量，能夠有效提高物料輸送的自動(dòng)化程度；固化桶攪拌前采用柔性的氣馬達(dá)頂升裝置頂升壓緊，不會(huì)產(chǎn)生火災(zāi)隱患，能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境，有過(guò)載保護(hù)，維修容易，增加了固化桶的頂升的平穩(wěn)性和可靠性；固化加料獨(dú)立有序，濕料加注和干料加注分開(kāi)并先后在密封狀態(tài)下加注，有效降低攪拌槳的攪拌阻力并提高槳的壽命，同時(shí)能夠在不提槳的情況下連續(xù)攪拌，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)有效防止物料向桶外飛濺和防止放射性氣溶膠擴(kuò)散；固化桶自動(dòng)封蓋，減少人工操作，提高封蓋效率；水泥固化體劑量率自動(dòng)檢測(cè)，提高了固化體劑量率自動(dòng)檢測(cè)水平和精度，減少人員受照劑量；固化體的吊運(yùn)和貯存養(yǎng)護(hù)出入井實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，大大提高生產(chǎn)效率。

3 結(jié)論

本論文確定了水泥固化的總體工藝方案，并對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最后對(duì)工藝的改進(jìn)點(diǎn)進(jìn)行分析，確定了該工藝方案基本合理，基本滿足現(xiàn)有的工藝要求，基本實(shí)現(xiàn)水泥固化過(guò)程自動(dòng)控制，為下一步的施工設(shè)計(jì)打下良好基礎(chǔ)。

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