超级压缩机在中、低放固体废物压缩减容处理中的应用研究

超级压缩机在中、低放固体废物压缩
减容处理中的应用研究
摘要：本文对中、低放固体废物转形站的关键工艺设备——20000KN超压机的压缩减容比进行试验研究，得出金属废物、非金属废物、混合废物的平均减容比及如何提高减容比，为转形工程热试提供参考。

关键词：固体废物；压缩减容；超压机；减容比
在核设施的运行和维护过程中，特别是退役过程中会产生大量不可燃但可压缩减容的废物。

在西方国家用超压技术来减少核工业所产生固体废物的体积至今已有10多年的历史，技术已较为成熟，目前有20多台超压机用于放射性固体废物的减容，实践证明超压减容技术已被认为是低、中放射性固体废物的一种经济、有效、技术简单以及可靠的减容方法。

超压技术在减少核设施退役过程中切割解体的金属废物、碎混凝土块、建筑材料、电器设备和机械部件的体积方面是特别有效的。

而我国在这方面的工程应用比较晚，为了使中、低放射性固体废物能够尽早得到转形处理后安全暂存或处置，以消除对周围环境可能造成严重污染的安全隐患，我厂中低放固体废物转形站先后经过科研、工程选址、可行性研究论证、环境影响及安全分析评价阶段，于04年6月开工建设，于06年8月建成。

核设施退役过程中切割解体的金属废物、碎混凝土块、建筑材料、电器设备和机械部件这些中、低放固体废物不能在低压压缩设备中进行压缩减容，又不能用其他方法有效地处理，此时就要用到超级压缩机，超级压缩机对其减容非常有效，它提供的压力范围在10000KN或者更高。

对于不易压缩废物减容比能达到2~4，对于可压缩废物减容比为6~7，减容比取决于废物材料的类型和性质。

我们现阶段要做的工作是进行冷试，得出经超压机压缩处理的各类废物的减容比及影响减容比的因素以提高减容比，为热试和正式运行奠定基础。

1 超级压缩机构造及工作原理
1.1 超级压缩机构造
中低放固体废物转形站所采用的超压机是一种固定式超压机，由德国进口的，其最大压力是20000KN。

外型尺寸为1600×1600×4375mm，重量为36T。

钢制锻造件结构，主体材料为碳钢。

如图1所示，超压机主机主要由底板、顶板、四个主立柱、四个小液压柱、液压缸、衬套铸件、固位器、导向套等几部分构成。

四个主立柱位于超压机底板和顶板之间，为了承担压缩期产生的压力。

立柱通过一个固位器互相连接，这个固位器用于提供一个附加的力来抵销横向载荷。

底板带有一个由螺丝固定到其上的中介板。

这个板的作用是接受废物桶并防止底板的磨损和损坏。

出于保护的目的，活塞杆的下端通过螺纹联接固定一个压头，它直接对废物桶施加压力。

衬套铸件用来吸收当压缩时产生的辐射和横向力。

当放入一个废物桶或卸下一个压缩过的桶时，这个衬套铸件通过四个小液压柱被提升。

四个导向衬套每个都围住主立柱的下端，为其提升或下降时提供导向。

用一个定中心装置，把废物桶置于活塞的正下方。

它由两个液压柱组成，通过两个半圆抓具来定废物桶的中心。

极限开关传输正确的信号到储存程序控制器，用于监视位置是否合适。

每个小液压柱都固定到托架上，托架用螺丝固定到基板上。

为了排出压缩过程中产生的放射性气溶胶，衬套铸件的上端都用一个密封的防护罩围着。

这个防护罩的另一端用螺丝固定到压力圆柱管的盖子上。

也是用密封的方式。

排气过滤系统连接不断地把防护罩和液压柱的空腔内的空气抽出。

当液压柱处于提升的位置，空气通过下端的入口处进入，当液压柱处于下降的位置时，即形成一个密封腔，抽出空气数量由经过检验阀进入的空气来补偿。

除了超压机主机以外，超压机还有以下附属设备：废液收集系统、尾气处理系统、液压单元、废物桶传输系统（包括3段辊道和拨桶/抱桶装置）、电气仪表与控制设备。

其中废液及尾气处理系统是专为压缩处理放射性固体废物设置的，尾气处理系统主要通过一个HEPA（高效微粒空气过滤器）过滤单元过滤超压机工作时产生的气溶胶；废液收集系统主要用于收集压缩过程中从废物桶中排出的少量液体，这些液体可能含有放射性同位素或其他有害成分。

从上面的结构分析可得出我们使用的超压机主要有以下几个特点：
高减容比及较小的外形尺寸；
压缩机进行压缩的部分处于封闭状态，密封性良好，避免了放射性气溶胶产生的污染；
可维护性良好，清洗去污操作简单。

主要体现在该超压机主机整体机构设计称开放式，有足够的检修空间，便于检修维护；由于加设了尾气处理系统和废液收集系统，超压机整体所受的放射性污染大大减少，使得日后的清洗去污简单化。

1.2 超压机压缩工作过程
超压机的压缩工作过程大致可分为以下几个步骤，可参考图3：
1.2.1 起吊
超压机运行前用起重机和吊具将废物桶吊装到辊道1上。

1.2.2 测重
辊道1上所带的测力传感器把废物桶的重量测出传至超压机主控室的控制盘上。

1.2.3 抱桶阶段
废物桶通过超压机的运输辊道进入到超压机抱/拨桶装置，超压机的抱桶装置将废物桶送入超压机活塞的下部，衬套铸件和主活塞处于上部位置，超压机处于启动状态。

1.2.4 定中心
定中心装置开始给废物定中心。

1.2.5 钻孔
超压机的钻孔装置将废物桶钻孔，废物桶中的少量液体通过超压机下部基板上的导液圈流入储液装置。

1.2.6 下降状态
衬套铸件和超压机的防护罩降下，保证废物桶所在的位置的密封完好。

压缩过程产生的尾气通过排气管不断地进入尾气过滤系统，然后进入排风系统，最后通过烟囱排入大气之中。

1.2.7 实施压缩
超压机对废物进行压缩。

废物桶被压缩成饼状，在达到事先预定的压力值之后保持压力一定时间，使废物达到最大减容比。

1.2.8 提升状态
在超压机压力解除之后，主活塞回到上部位置，衬套铸件和超压机的防护罩提升。

1.2.9 测高
压缩饼被拨桶装置拨出到辊道2上，辊道2的入口处设有压缩饼的高度测量装置，测得的数据传至超压机主控室的控制盘上。

1.2.10 推饼
压缩饼测高后继续向前至辊道3的末端，该处设有压缩饼推杆装置，将压缩饼推送到后接平台上。

2 减容压缩工艺过程
压缩减容主要是减小体积，是基于提高可压缩废物密度的、消除废物中的空隙而减小体积，它是一种机械减容方法。

放射性固体废物的压缩减容与一般的工业压缩打包不同，它有特殊的要求：1）放射性固体废物压缩过程会释放存于原废物包装中的气体，可能导致气溶胶污染，因此需加装尾气处理系统；2）压缩中放固体废物需要有屏蔽措施且操作人员应是在主控室内进行遥控操作；3）压缩过程中可能会产生少量放射性液体，需要有合适装置收集。

2.1 工艺原理流程
对中低放固体废物减容处置的通用的工艺原理流程见图3：
图3 压缩减容工艺原理流程图
2.2 工艺过程简述
a. 压缩工艺过程：废物接收人员测量废物外包装的辐射剂量率，将检查情况填表；把废物桶用卡车运至废物桶进桶间，由吊车将废物桶吊至该房间暂时存放，卡车原路离开；用吊车将废物桶吊装到辊道上；启动超压机，进行超级压缩；用吊车把超压后形成的压缩饼转运至下一工序；
b．水泥固定岗位操作程序：用叉车将空钢箱送入水泥固定间；用吊车把压缩饼放入钢箱内；对钢箱内的压缩饼进行水泥固定；待钢箱内的水泥浆初凝后，用吊车将钢箱的顶盖送到钢箱上，由人工进行封盖；进行钢箱表面剂量率和表面污染检测，表面不合格的应采用擦拭法进行去污；用叉车将钢箱运出，放置在贮存区进行短期的养护；将水泥浆输送管道上的旋转接头旋至设在水泥固定间的接液漏斗上，打开水泥搅拌机的进水口，用水冲洗搅拌机和管道；经过4-5天养护后，用叉车将钢箱运往暂存场地。