中低放射性固體廢物壓縮減容系統輥道傳輸線集成設計

任憲常，丁 穎，歐國勇，戈永軍，張 峰

(深圳中廣核工程設計有限公司，廣東 深圳 518000)

中低放射性固體廢物壓縮減容系統輥道傳輸線集成設計

任憲常，丁 穎，歐國勇，戈永軍，張 峰

(深圳中廣核工程設計有限公司，廣東 深圳 518000)

根據工藝要求，進行了中低放射性固體廢物壓縮減容系統輥道傳輸線中單元設備的設計，并根據自動控制任務流程，進行了系統集成設計。該設計的應用使各工序有效地連接在一起，不僅提高了生產效率，而且有效避免了操作人員與放射性廢物的過多接觸。

壓縮減容系統；輥道；集成設計

根據我國放射性廢物分類方法的規定，中低放射性固體廢物是指含有放射性核素或被放射性核素污染的比活度≤4×1010Bq/kg(5 a≤半衰期≤30 a)或≤4×109Bq/kg(半衰期>30 a)的固體廢物。這類廢物中不含或只含有極少量的長壽命超鈾核素，所以國際社會的最終處置方式均采取近地表處置。中低放射性固體廢物的處置費用約為1～8 萬美元/m3，對中低放射性廢物實行有效的減容處理可大大減少廢物處置費用，具有明顯的經濟效益和社會效益。

中低放射性固體廢物處理流程圖如圖1所示。壓縮減容系統主要包括切割解體單元、分揀初壓單元、超壓減容單元、灌漿固定單元以及廢液存儲單元，其主要設備包括輥道傳輸線、切割解體工作站、分揀手套箱、初壓機、超壓機、灌漿設備和屏蔽門等，其中，輥道傳輸線是系統的主要物料傳輸設備，其主要功能是實現廢物桶在不同工位間的傳輸、定位和頂升。

圖1 中低放射性固體廢物處理流程圖

長期以來，國內壓縮減容系統設備由國外供應商集成供貨，隨著國內放射性廢物處理任務的加重，壓縮減容處理設備的國產化也帶來了重要的發展機遇。本文以壓縮減容能力建設項目為例，介紹了壓縮減容系統輥道傳輸線的自主化集成設計。

1 設備組成

輥道傳輸線分布在分揀初壓單元和超壓減容單元2個子系統中，分揀初壓單元輥道傳輸線包括9段輥道、2段側移輥道、7套移載裝置和6套頂升裝置，如圖2所示。各單元設備的功能如下：1)常規輥道，用于廢物桶沿X方向或Y方向的雙向傳輸；2)側移輥道，與移載裝置配合使用，實現廢物桶在X-Y垂直方向的雙向傳輸功能；3)移載裝置，實現廢物桶在X-Y垂直方向的雙向傳輸功能；4)頂升裝置，用于分揀手套箱裝桶站位，將廢物桶頂起，使其與手套箱裝料口的密封圈實現密封對接。

超壓減容單元僅有3段常規輥道，而且結構與分揀初壓單元相同，本文以分揀初壓單元的輥道傳輸線為例進行介紹。

圖2 分揀初壓單元輥道傳輸線布置示意圖

2 設備設計

2.1 常規輥道

輥道傳輸線的傳輸對象為200 L廢物桶。系統有多段輥道，長度不盡相同，最長的輥道可同時傳輸6個滿載廢物桶。導輥采用定軸式設計，導輥通過深溝球軸承安裝在心軸上，心軸承擔全部傳輸質量。導輥通過兩端的定位套與機架實現快速連接，拆卸方便。鏈輪和鏈條采用防塵罩設計，防止被沾污。常規輥道示意圖如圖3所示，輥子結構示意圖如圖4所示[1]。

圖3 常規輥道示意圖

圖4 輥子結構示意圖

2.2 側移輥道

側移輥道除了實現常規輥道的功能外，還要與移載裝置配合使用，實現廢物桶在X-Y垂直方向的雙向傳輸。側移輥道結構圖如圖5所示。其與常規輥道的不同之處為：1)由于與移載裝置為交叉裝配，機架單邊需開口；2)側移輥道配置光電傳感器，以進行定位廢物桶的精確定位；3)傳輸速度為變頻調速，調速范圍為2～5 m/min。

圖5 側移輥道結構圖

2.3 移載裝置

移載裝置是用于兩段垂直輥道以及在垂直輥道方向進行廢物桶傳輸的裝置。移載裝置由頂升機構和拖移機構組成(見圖6)：頂升機構為旋轉擺動機構，驅動裝置推動擺動機架繞擺動軸旋轉，實現廢物桶的頂升及回落；拖移機構包括拖移鏈條和驅動裝置，拖移鏈輪鏈條支承在擺動機架上，實現廢物桶的傳輸。

圖6 移載裝置結構示意圖

在輥道傳輸時，移載裝置位于側移輥道下方，避免與廢物桶干涉；當進行側移操作時，頂升機構將廢物桶頂起，鏈條傳輸面高于輥道傳輸面約10 mm，將廢物桶頂起脫離輥道，拖移鏈條將廢物桶傳輸至目標工位后，移載裝置回落，廢物桶重新落回到輥道傳輸線上，從而實現廢物桶的傳輸[2]。

移載裝置有3種類型(見圖7)：1)I型移載裝置，用于廢物桶在垂直輥道之間的傳輸；2)II型移載裝置，用于廢物桶在輥道與頂升裝置(分揀手套箱)之間的傳輸；3)III型移載裝置，用于廢物桶在輥道與初壓機之間的傳輸。

圖7 移載裝置示意圖

2.4 頂升裝置

頂升裝置位于分揀手套箱下部，用于待裝料廢物桶的頂升，如圖8所示。當廢物桶被移載裝置傳輸至裝桶位置時，移載裝置回落，頂升裝置將桶頂起。分揀手套箱下料口的空心密封圈與廢物桶頂端進行密封對接，實現與分揀手套箱裝桶口的密封，以防止放射性氣溶膠的擴散。

圖8 分揀手套箱與輥道位置示意圖

頂升裝置采用偏心輪結構，如圖9所示，垂直頂升最大頂升行程為50 mm，頂升時間為3 s。所有上升和下降電動機都采用同方向運行設計，以保證偏心輪的磨損均勻[3]。

圖9 頂升裝置結構圖

3 集成設計

3.1 總體設計

單元設備集成設計的主要目的是控制各個電動機的運行，保持電動機之間運行關系協調，并且設置防止發生事故的安全保護功能。

輥道傳輸線的控制方式設置分為手動和半自動2種(不能同時選擇2種)：手動控制是指針對單個執行機構在人機界面上進行的所有單步操作；半自動控制是按預定程序實現工藝流程中某一部分功能的控制流程，每個半自動控制流程設置為1個子任務，每一步操作均以相應傳感器檢測到廢物桶而停止。本系統共設置了10個子任務，各子任務的流程圖如圖10～圖15所示。金屬壓扁間進桶、初級壓縮和出桶流程與上述流程基本一致，不再贅述。

圖10 進空桶流程圖

圖11 空桶開蓋后傳輸流程圖

圖12 分揀初壓流程(分揀手套箱到初級壓縮機)

圖13 分揀初壓流程(初級壓縮機到分揀手套箱)

圖14 滿桶出桶流程(分揀手套箱到封蓋站位)

圖15 滿桶出桶流程(封蓋站位到出桶站位)

3.2 控制原理

輥道傳輸各單元設備可以進行手動或半自動控制，對設備操作及運行提供適當的聯鎖和報警，并且將輥道所有報警信號傳輸至上位機，控制框圖如圖16所示。分揀間輥道控制系統與分揀手套箱系統及屏蔽門之間的信號交換采用總線通信方式。

圖16 輥道傳輸線控制框圖

3.3 系統組成

控制系統使用Profibus-TCP/IP網絡，采用Profibus-TCP/IP的總線協議構成PLC總線控制系統，可以最大限度地減少輸入和輸出線路的長度和中轉的接插件數量，以減少系統的故障點。通過Profibus-DP總線連接各從站并交換信息，可減少整個系統的控制連線，以利于減少設備的接觸故障。系統通過控制觸摸顯示器，實現操作人員和控制系統的人機對話。控制觸摸屏可以了解系統的工作狀況，調整系統的工作參數，對系統的故障進行診斷。

為實現桶在輥道上的各個站點間能夠平穩、準確地傳輸，輥道上采用對射光電開關以及接近開關對廢物桶進行定位，PLC利用傳感器的反饋信號對輥道進行控制。

3.4 系統可靠性

1)失去電源時，裝置自動處于鎖定狀態，不得有滑動和跌落動作，不影響來電后設備恢復正常。重新通電時，發出報警信號并恢復到原狀態，在人工解除鎖定狀態后，可以繼續執行相應動作。

2)裝置出現故障或遇到阻礙等異常狀況時，暫停所有動作，發出報警信號并鎖定。故障或異常排除且人工解除鎖定狀態后，裝置恢復正常工作。

4 結語

本文完成了中低放射性固體廢物壓縮減容系統的輥道傳輸線集成設計，其應用使各工序有效地連接在一起，不僅提高了生產效率，更重要的是有效避免了操作人員與放射性廢物的過多接觸。

[1] 北京起重運輸機械研究所. JB/T 7012—2008 輥子輸送機[S].北京：中國標準出版社，2008.

[2] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2002.

[3] 王玉，劉化建.升降輥道裝置的設計與研究[J].冶金設備管理與維修，2003,21(4)：4-5.

責任編輯馬彤

IntegrationDesignofRollerConveyerintheCompressionandVolumeReductionSystemforLowandIntermediateLevelRadioactiveSolidWaste

REN Xianchang, DING Ying, OU Guoyong, GE Yongjun, ZHANG Feng

(Shenzhen China Nuclear Power Design Co., Ltd., Shenzhen 518000, China)

According to the requirement of the processing, this paper designs the unit equipment of the roller conveyer in the compression and volume reduction system for low and intermediate level radioactive solid waste. Besides, integration design is achieved based on the automatic control process, which connects all the processes effectively, not only improves production effectively, but also avoids excessive contact to the radioactive waste for the operator.

compression and volume reduction system，roller conveyer，integration design

TH 215

：A

任憲常(1984-)，男，工程師，碩士，主要從事核電廠三廢處理設備設計等方面的研究。

2014-09-01