水泥固化線工藝方案設計

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的一個重要系統，根據以往固化生產線的優缺點及放射性廢液水泥固化線生產的需要，確定了該生產線的工藝方案。該工藝方案包含水泥粉料接下料、計量與輸送、蒸殘液輸送與計量、廢樹脂輸送與計量、水泥固化體的生產、輸送與貯存四個子項。本文通過對方案中的工藝流程進行了詳細的闡述，確定了該工藝方案基本合理，基本滿足現有的工藝要求，提高了自動化水平。

【關鍵詞】水泥固化；放射性廢液處理；放射性廢樹脂處理；工藝方案

中圖分類號： TL941 文獻標識碼： A 文章編號： 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（廢樹脂）水泥固化線（簡稱水泥固化）是某廢物處理中心建設的一個重要系統，該系統包含水泥粉料接下料及計量和輸送、蒸殘液輸送與計量、廢樹脂輸送與計量、水泥固化體的生產及輸送和貯存四個子項。其主要功能是將核設施運行、維護、退役過程中產生的放射性蒸殘液和廢樹脂進行水泥固化處理，使之形成均一、穩定等水泥固化體廢物包，滿足放射性廢物的暫存、外運及最終處置要求。

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的一個重要系統，根據以往固化生產線的優缺點及現有的需求，確定了效率較高的生產線的工藝方案。

1.2.2 水泥粉料接下料及計量和輸送

（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內貯存。通過控制水泥倉底部氣動蝶閥來控制水泥倉的下料，水泥倉內設置防止和消除水泥倉內的物料架橋水泥破橋裝置。

（2）水泥下料

水泥倉底部氣動蝶閥與螺旋推進下料器聯接，螺旋推進下料器將水泥灰輸送至水泥計量裝置內。為實現物料計量的準確性，計量控制采用快、慢給料程序，螺旋推進下料器采用變頻調速方式，在物料量達到設定值約80%時，通過變頻調速緩慢下料方式以保證下料的精準性。

（3）水泥計量

自帶稱重模塊水泥計量裝置與螺旋推進下料器底部相連，為保證計量精度，選用靜態計量。為確保計量的水泥灰下料時無殘留，水泥計量倉底部安裝有兩臺料倉振動防閉塞裝置。當水泥計量完成后，通過自動連鎖控制關閉螺旋推進下料器及水泥倉底部氣動蝶閥。

（4）水泥輸送

當固化攪拌工位的固化桶就位后，水泥的輸送通過水泥計量倉底部的水泥輸送裝置水泥輸送管線完成，為防止計量倉水泥殘留，計量倉重量顯示10kg物料時，開啟防閉塞裝置，直至水泥輸送完畢，停止振打，關閉水泥輸送裝置、蝶閥和防閉塞裝置。管道內部進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濾器進行，在水泥灰接收與下料過程中，水泥倉內產生的煙塵進入過濾器的進風口；水泥計量倉側壁有一排氣管，排氣管頂部與過濾器進風口連通，水泥計量與輸送過程中產生的煙塵可經該排氣管進入過濾器，然后在廠房就地排放。

1.2.3 蒸殘液輸送及計量

（1）蒸殘液上料

該過程是采用0.5MPa的壓空將放射性蒸殘液從預處理槽內輸送至蒸殘液計量槽內。

（2）蒸殘液計量

蒸殘液的計量在自帶液位計的蒸殘液計量槽內完成，并連續顯示槽內的液位，并能預先設定高液位，當槽內液位達到設定高度時進行報警連鎖，自動關閉蒸殘液預處理槽的廢液出口閥。當水泥固化桶在固化線濕廢物下料工段就位后，開啟蒸殘液計量槽的出料閥，計量好的蒸殘液通過自重進入固化桶內后送去固化。

1.2.4 廢樹脂輸送與計量

（1）廢樹脂轉運

相關核設施產生的廢樹脂由廢樹脂收集罐運至廠房二層樹脂轉運平臺就位。接通廢樹脂收集罐頂部的壓空管、排氣管、補水管和底部的廢樹脂出口管，廢樹脂收集罐內的廢樹脂采用壓空松散后自流的方式轉運至廢樹脂貯槽內。廢液處理工段產生的廢樹脂直接依靠水力輸送從離子交換柱經輸送管線自流至廢樹脂貯槽內。

（2）廢樹脂上料

當樹脂進行固化時，開啟低放廢液上料泵將低放廢液槽內的廢水輸送至廢樹脂貯槽內，液位達到指定的上限高度時停止，開啟廢樹脂貯槽內的壓空攪拌閥，攪拌均勻后啟動廢樹脂轉運泵將樹脂輸送至廢樹脂預處理槽。

1.2.5 水泥固化體的生產與輸送和貯存

蒸殘液和廢樹脂的固化在輸送輥道線上完成，輥道線共分為七個工位，包括準備工位、過渡工位、濕廢物下料工位、水泥下料攪拌工位、封蓋工位、劑量檢測工位、吊運工位。重點分析濕廢物下料工位、水泥下料攪拌工位、封蓋工位、劑量檢測工位、吊運工位等工位。

（1）濕廢物下料

固化桶進入相應濕廢物下料工位輥道后，通過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的濕廢物下料密封罩底部密封口相接，開啟廢物下料閥，將計量好的蒸殘液或蒸殘液與廢樹脂混合物通過濕料加注罩導入固化桶內。下料完畢后，頂升裝置復位，固化桶回落至相應輥道上，開啟接液盤的氣缸，使接液盤伸至下料口出，避免下料管內殘留的廢物落入輥道間內。

（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的干料加注罩下沿形成密封。啟動攪拌裝置的升降機構，攪拌器下降至攪拌工位（保持與桶壁、桶底適當的間隙），與干料加注罩上沿形成密封。啟動水泥加料和攪拌程序，將桶內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，開啟攪拌槳自帶的振動清潔裝置，將掛在槳上的殘留泥漿振落至固化桶內，然后攪拌器提升至待工狀態。

當一定批量的工作完成，為防止掛槳的水泥干結，需對攪拌槳進行浸水清洗。

（3）固化桶封蓋

桶內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，用自動封蓋裝置抓取事先準備好的桶蓋，完成桶蓋與固化桶的自動對中及螺栓擰緊等操作。

（4）劑量檢測

開啟密封防護門，通過輥道將固化桶輸送至劑量檢測工位，觸發該段輥道上固化桶限位裝置并定位，關閉密封防護門。通過該處定位夾緊裝置夾緊固化桶，開啟該處輥道的旋轉電機使固化桶旋轉360°，用表面劑量率檢測裝置測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

開啟輥道將固化桶輸送至固化體吊運工位觸發固化桶限位裝置并定位，通過數控吊車穿過吊裝孔，用其自帶的固化桶抓具將桶抓起，從輥道線上取出，送貯存井養護及暫存。

（6）廢物轉運與臨時貯存

從水泥固化線上吊運出的固化體用數控吊車轉運至貯存井內進行養護及臨時貯存。

吊車起升機構為柔性吊臂，具備數控定位功能，當攪拌好的水泥固化體到達吊運工位時，吊車獲取通訊信號到達桶位置正上方，與吊車配套的200L桶無動力抓具實現抓取和提升200L桶，通過吊車將廢物桶按五層堆碼方式碼放置在固化體存放區指定位置貯存。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據庫中。

2 主要改進點

新的固化生產線與傳統的固化生產線相比主要改進點分別是水泥能夠自動進給和計量，能夠有效提高物料輸送的自動化程度；固化桶攪拌前采用柔性的氣馬達頂升裝置頂升壓緊，不會產生火災隱患，能夠適應惡劣環境，有過載保護，維修容易，增加了固化桶的頂升的平穩性和可靠性；固化加料獨立有序，濕料加注和干料加注分開并先后在密封狀態下加注，有效降低攪拌槳的攪拌阻力并提高槳的壽命，同時能夠在不提槳的情況下連續攪拌，提高了生產效率，同時有效防止物料向桶外飛濺和防止放射性氣溶膠擴散；固化桶自動封蓋，減少人工操作，提高封蓋效率；水泥固化體劑量率自動檢測，提高了固化體劑量率自動檢測水平和精度，減少人員受照劑量；固化體的吊運和貯存養護出入井實現自動化，大大提高生產效率。

3 結論

本論文確定了水泥固化的總體工藝方案，并對工藝過程進行了設計，最后對工藝的改進點進行分析，確定了該工藝方案基本合理，基本滿足現有的工藝要求，基本實現水泥固化過程自動控制，為下一步的施工設計打下良好基礎。

【參考文獻】

[1]GB14500-2002放射性廢物管理規定.

[2]GB11928-1989低、中水平放射性固體廢物暫時貯存規定.

[3]GB14569.1-1993低、中水平放射性廢物固化體性能要求.

[4]196堆退役水泥固化廠房施工圖，北京：北京核工業研究設計院，1994.

[5]《某處理中心建設環境影響報告書（可行性研究階段）的批復》（環審【2011】171號）.

[6]吳德榮，等.化工工藝設計手冊，北京：化工工業出版社，2009.

[7]李鑫，陳勇，等.《某新建水泥固化設施工程技術方案的確定》，中國核電工程有限公司，2009.

[8]徐灝編.機械設計手冊，北京：機械工業出版社，1991.