劉宇昊　陳先林　孫圣權(quán)

【摘 要】功能儀表結(jié)合自然溢流的方法進(jìn)行樹(shù)脂的計(jì)量適用性較差，廢樹(shù)脂料斗定量法計(jì)量是利用樹(shù)脂密度比水略大這一特性，將計(jì)量裝置設(shè)置為上下聯(lián)體結(jié)構(gòu)，利用底部的計(jì)量槽進(jìn)行廢樹(shù)脂的定容計(jì)量。采取小試裝置分別進(jìn)行計(jì)量槽定容試驗(yàn)、6組樹(shù)脂沉降試驗(yàn)和2組樹(shù)脂下料試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明：在大氣壓和樹(shù)脂自重的作用下，樹(shù)脂自然沉降是完全可行的，若輔助壓空反吹會(huì)有更好的效果；計(jì)量好的樹(shù)脂通過(guò)水力輸送可順利下料。試驗(yàn)結(jié)果證明該技術(shù)是可行的，并且具有較好的工程實(shí)用性。

【關(guān)鍵詞】樹(shù)脂；料斗定量；沉降；下料

Hopper Quantitative Method Validation Test of Spent Resin

LIU Yu-hao CHEN Xian-lin SUN Sheng-quan

（Nuclear Power Institute of China，Chengdu Sichuan 610213，China）

【Abstract】Functional instrument combined with natural overflow method for the measurement of resin is poor. The hopper quantitative method of resin measurement is to use the characteristic that the resin density is slightly larger than the water， and the metering device is arranged on the upper and lower body structure. Take the test device is respectively metering tank constant volume test， six groups of resin settlement test and two groups of resin unloading test， the test data analysis showed that： under the weight of atmospheric pressure and resin， the resin of natural subsidence is completely feasible， if the auxiliary pressure air reverse blowing will have a better effect； the measured resin through the hydraulic conveying smooth feeding. The experimental results show that the technique is feasible and has good engineering practicability.

【Key words】Resin； Hopper quantitative； Settlement； Unloading

0 概述

自上世紀(jì)五、六十年代以來(lái)，隨著我國(guó)核事業(yè)的發(fā)展，相繼建成、運(yùn)行了諸多核設(shè)施，這些核設(shè)施運(yùn)行期間產(chǎn)生了較多的放射性廢物[1]，廢樹(shù)脂其中的一類(lèi)重要廢物[2]，廢樹(shù)脂的處理方法有很多[3]，其中水泥固化是當(dāng)前最主要的處理方法[4]，此外國(guó)內(nèi)也開(kāi)放了一些其他的處理技術(shù)[5]。在廢樹(shù)脂的處理過(guò)程中，其計(jì)量是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，目前國(guó)內(nèi)主要采用樹(shù)脂界面計(jì)[6]和液位計(jì)等功能儀表結(jié)合自然溢流的方法進(jìn)行樹(shù)脂的計(jì)量，根據(jù)其的調(diào)試和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，這種方法計(jì)量樹(shù)脂誤差較大，很難做到精確計(jì)量，而且在計(jì)量槽內(nèi)又不適宜使用機(jī)械攪拌，導(dǎo)致樹(shù)脂自然下料時(shí)容易堵塞管道。料斗定量法計(jì)量廢樹(shù)脂采用定量料斗的方式進(jìn)行較為精確的樹(shù)脂計(jì)量，本文通過(guò)小試裝置用非放樹(shù)脂進(jìn)行試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果探索其影響因素。

1 試驗(yàn)原理及裝置介紹

1.1 試驗(yàn)原理

樹(shù)脂為顆粒狀（0.4～0.7mm）或者粉末狀（<0.03mm），干燥狀態(tài)下有靜電作用，其密度約為0.6～0.7g/cm3；樹(shù)脂經(jīng)水浸泡后會(huì)溶脹，浸水溶脹的樹(shù)脂密度可達(dá)到約1.08g/cm3，比水略大。廢樹(shù)脂為充分浸泡過(guò)的樹(shù)脂，其含水量一般在50%～60%之間，屬于放射性濕廢物；廢樹(shù)脂在有壓輸送時(shí)其流動(dòng)性較好，但在無(wú)壓狀態(tài)下極易造成管道等堵塞，會(huì)給廢樹(shù)脂的輸送和計(jì)量造成一定的困難。

根據(jù)廢樹(shù)脂的相關(guān)特性，料斗定量法計(jì)量廢樹(shù)脂的裝置由接收槽、計(jì)量槽和補(bǔ)水槽三部分及相應(yīng)管道閥門(mén)組成，接收槽與計(jì)量槽為上下聯(lián)體結(jié)構(gòu)，接收槽用于接收準(zhǔn)備計(jì)量的廢樹(shù)脂，計(jì)量槽為樹(shù)脂計(jì)量的定量料斗；補(bǔ)水槽用于蒸殘液計(jì)量，同時(shí)可以輔助計(jì)量好的樹(shù)脂順利排出。如果接收槽內(nèi)盛放一定量的含水樹(shù)脂，由于樹(shù)脂密度略大，在靜態(tài)時(shí)二者會(huì)自然分層，樹(shù)脂在底部，水在上部。當(dāng)開(kāi)啟接收槽與計(jì)量槽之間連通的閥門(mén)時(shí)，樹(shù)脂便會(huì)自然沉降并完全充滿計(jì)量槽，連通閥門(mén)關(guān)閉后，計(jì)量槽內(nèi)的廢樹(shù)脂即為定量計(jì)量過(guò)的樹(shù)脂。

1.2 試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容

由于本套裝置沒(méi)有任何工程實(shí)用數(shù)據(jù)參考，需要進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證該方案的可行性，記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)，并檢驗(yàn)該方案是否存在缺陷或不足，為后續(xù)的工程應(yīng)用提供依據(jù)。試驗(yàn)采用小試裝置，用非放樹(shù)脂和自來(lái)水進(jìn)行試驗(yàn)，主要驗(yàn)證兩個(gè)方面的內(nèi)容：

1）檢驗(yàn)樹(shù)脂從接收槽沉降至計(jì)量槽時(shí)是否順利，沉降后樹(shù)脂能否完全充滿整個(gè)計(jì)量槽；

2）由于樹(shù)脂從計(jì)量槽內(nèi)下料時(shí)要關(guān)閉頂部閥門(mén)，需要檢驗(yàn)其下料過(guò)程能否完全排空。

1.3 試驗(yàn)裝置

本次試驗(yàn)擬驗(yàn)證該技術(shù)的可行性，試驗(yàn)裝置各個(gè)容器的容積在原設(shè)備的基礎(chǔ)上按照一定的比例進(jìn)行相應(yīng)縮小，其中接收槽容積定為約80L，計(jì)量槽容積定為約15L，補(bǔ)水槽容積定為約60L；將接收槽和補(bǔ)水槽頂部做成敞口式，樹(shù)脂或自來(lái)水直接從容器頂部注入，下料排除后的樹(shù)脂用塑料桶接收，通過(guò)去皮稱(chēng)重的方式得出桶內(nèi)樹(shù)脂的質(zhì)量，然后轉(zhuǎn)化為體積。如圖1所示。

圖1 樹(shù)脂實(shí)驗(yàn)裝置圖

2 試驗(yàn)流程

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1.1 計(jì)量槽容積測(cè)量

關(guān)閉進(jìn)料槽的所有出口閥門(mén)，向槽內(nèi)加入約70L自來(lái)水。然后開(kāi)啟計(jì)量閥，使計(jì)量槽內(nèi)充滿水后關(guān)閉計(jì)量閥。開(kāi)啟下料閥，使計(jì)量槽內(nèi)的水流至塑料桶內(nèi)，測(cè)量桶內(nèi)水的體積，測(cè)量值即可作計(jì)量槽的容積值。

2.1.2 樹(shù)脂沉降驗(yàn)證

為充分驗(yàn)證樹(shù)脂的沉降情況，確保找到最為理想的樹(shù)脂沉降方式，試驗(yàn)過(guò)程安排六組方式進(jìn)行樹(shù)脂沉降情況的驗(yàn)證：

a）關(guān)閉排氣閥和壓空閥，開(kāi)啟計(jì)量閥，在計(jì)量槽內(nèi)充滿空氣的狀態(tài)下讓樹(shù)脂在靜態(tài)時(shí)靠自重沉降；

b）保持計(jì)量槽聯(lián)通的所有閥門(mén)關(guān)閉狀態(tài)下將補(bǔ)水槽內(nèi)注滿水，開(kāi)啟補(bǔ)水閥使計(jì)量槽內(nèi)充滿水后關(guān)閉補(bǔ)水閥，然后開(kāi)啟計(jì)量閥，在計(jì)量槽內(nèi)充滿水的狀態(tài)下讓樹(shù)脂在靜態(tài)時(shí)靠自重沉降；

c）關(guān)閉排氣閥和壓空閥，開(kāi)啟計(jì)量閥，然后用棍棒在進(jìn)料槽內(nèi)攪拌，使接收槽內(nèi)的樹(shù)脂處于動(dòng)態(tài)，再靠其重力自然沉降；

d）關(guān)閉排氣閥和壓空閥，開(kāi)啟計(jì)量閥，然后用棍棒插入接收槽直至計(jì)量槽內(nèi)，破壞連通管內(nèi)樹(shù)脂的整體性，再靠樹(shù)脂重力自然沉降；

e）關(guān)閉壓空閥，開(kāi)啟排氣閥和計(jì)量閥，讓樹(shù)脂在靜態(tài)時(shí)利用其自重和大氣壓雙重作用沉降；

f）關(guān)閉排氣閥，開(kāi)啟壓空閥和計(jì)量閥，將壓縮空氣自下而上鼓入接收槽，排走計(jì)量槽內(nèi)存留的空氣，同時(shí)使收槽內(nèi)的樹(shù)脂處于動(dòng)態(tài)，然后使其沉降。

2.1.3 樹(shù)脂下料導(dǎo)出驗(yàn)證

樹(shù)脂每次沉降試驗(yàn)完成后都要對(duì)計(jì)量槽內(nèi)的樹(shù)脂進(jìn)行測(cè)量，因此需要將這些樹(shù)脂導(dǎo)出至塑料桶內(nèi)，樹(shù)脂下料導(dǎo)出方法有兩種：

a）關(guān)閉壓空閥和補(bǔ)水閥，開(kāi)啟排氣閥和下料閥，使樹(shù)脂靠自重下料導(dǎo)出；

b）關(guān)閉壓空閥和排氣閥，開(kāi)啟下料閥和補(bǔ)水閥（補(bǔ)水槽內(nèi)有水），使樹(shù)脂借助水流下料導(dǎo)出。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2.1 計(jì)量槽容積測(cè)量數(shù)據(jù)

接收槽內(nèi)加入的約70L自來(lái)水可測(cè)量三次計(jì)量槽容積，三次測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示，根據(jù)實(shí)際測(cè)量，計(jì)量槽容積為17.4L。

表1 計(jì)量槽容積測(cè)量數(shù)據(jù)表

2.2.2 樹(shù)脂沉降與下料試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)實(shí)測(cè)的計(jì)量槽容積，為保證每次向接收槽內(nèi)加入廢樹(shù)脂可供進(jìn)行三次沉降和下料導(dǎo)出試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)定在所有閥門(mén)關(guān)閉狀態(tài)下向進(jìn)料槽內(nèi)加60L充分浸泡過(guò)的樹(shù)脂和15L的水，并向補(bǔ)水槽加入40L水，此時(shí)接收槽內(nèi)的樹(shù)脂和水會(huì)自然分層，如圖2所示。

圖2 樹(shù)脂和水自然分層示意圖

由于在試驗(yàn)時(shí)，樹(shù)脂每次沉降試驗(yàn)完成后都需要進(jìn)行下料導(dǎo)出驗(yàn)證，六組沉降試驗(yàn)結(jié)合兩組下料試驗(yàn)結(jié)合測(cè)量得出12組數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 樹(shù)脂沉降與下料實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)表

2.3 試驗(yàn)總結(jié)分析

2.3.1 試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)

對(duì)表2測(cè)量出的12組數(shù)據(jù)繪制條形圖，如圖3所示，從圖中可以看出：

1）每一組試驗(yàn)測(cè)到的數(shù)據(jù)都比較穩(wěn)定，樹(shù)脂沉降與下料的結(jié)果與補(bǔ)水槽和接收槽內(nèi)的液位幾乎沒(méi)有關(guān)系；

2）樹(shù)脂采用a種沉降方式效果最差，c種沉降方式也比較差，這兩種方式計(jì)量的樹(shù)脂體積尚不及計(jì)量槽容積的一半；

3）另外四種沉降方式計(jì)量的樹(shù)脂體積都達(dá)到了計(jì)量槽容積的85%以上，其中d種效果稍差，其余b、e、f三種方式計(jì)量的樹(shù)脂體積都達(dá)到了計(jì)量槽容積的90%以上；

4）從下料方式來(lái)看，b方式效果略好，但二者差別不大。

圖3 樹(shù)脂沉降與下料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)柱形圖

2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

1）樹(shù)脂沉降試驗(yàn)結(jié)果分析

a種沉降方式是在進(jìn)料槽內(nèi)濕樹(shù)脂和水自然分層后打開(kāi)計(jì)量閥，此時(shí)濕樹(shù)脂和水便會(huì)在重力的作用下向計(jì)量槽內(nèi)沉降，而計(jì)量槽內(nèi)原本充滿的空氣無(wú)法排除，雖然空氣的密度較濕樹(shù)脂和水都要小，但在此種條件下樹(shù)脂的流動(dòng)性極差，并且樹(shù)脂浸泡溶脹后其間隙并不足以使空氣溢出，反而會(huì)導(dǎo)致計(jì)量槽內(nèi)的空氣壓縮，因此此種情況下，樹(shù)脂沉降效果極為不理想，如圖4所示。

樹(shù)脂b中沉降方式作為a中沉降方式的對(duì)比驗(yàn)證，該種方式是在計(jì)量槽內(nèi)充滿水的情況下開(kāi)啟計(jì)量閥，此時(shí)樹(shù)脂上方和下方水的作用力持平，樹(shù)脂便會(huì)在自重的作用下沉降，沉降結(jié)果如圖5所示。該種方式雖然沉降效果較好，但不具備工程實(shí)用性，僅能用作試驗(yàn)時(shí)的對(duì)比分析。

c、d沉降方式是為了進(jìn)一步檢驗(yàn)a種沉降方式的結(jié)果，其中c方式是在a方式的基礎(chǔ)上增加進(jìn)料槽內(nèi)的攪拌，但這種攪拌方式無(wú)法破壞連通管內(nèi)的樹(shù)脂沉積層結(jié)構(gòu)，因此樹(shù)脂沉降效果僅比a方式略好，效果仍然比較差，如圖6所示；d方式將攪拌棒插至計(jì)量槽內(nèi)，這樣可以完全破壞連通管內(nèi)的樹(shù)脂沉積層，此種沉降方式效果比較理想，沉降的樹(shù)脂幾乎可以充滿計(jì)量槽，如圖7所示。

e種沉降方式是在a方式的基礎(chǔ)上將排氣閥打開(kāi)，這樣可以將計(jì)量槽內(nèi)的空氣排出，接收槽內(nèi)的樹(shù)脂便可以靠重力的作用沉降，該方式沉降效果較為理想，如圖8所示；f沉降方式是在a方式的基礎(chǔ)上打開(kāi)計(jì)量槽底部的壓空閥，鼓入壓縮空氣，增大計(jì)量槽內(nèi)部的氣壓，使其內(nèi)部的空氣沖破連通管內(nèi)樹(shù)脂層的密封作用，因此，樹(shù)脂也可以沉降至計(jì)量槽內(nèi)，如圖9所示。

2）樹(shù)脂下料試驗(yàn)結(jié)果分析

樹(shù)脂a種下料方式是將計(jì)量槽的下料閥和排氣閥打開(kāi)，除了計(jì)量槽內(nèi)表面附著了少量的樹(shù)脂，計(jì)量好的大部分樹(shù)脂會(huì)在其自重影響下順利排除，總體來(lái)講下料效果比較好，如圖10所示。

樹(shù)脂b種下料方式是將計(jì)量槽的下料閥和補(bǔ)水槽的補(bǔ)水閥打開(kāi)，樹(shù)脂下料的動(dòng)力除了其自重外，還有補(bǔ)水槽內(nèi)水流的沖擊作用，該種方式不僅能實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂順利下料，還能依靠水流的作用沖刷掉計(jì)量槽內(nèi)表面附著的大多數(shù)樹(shù)脂，其下料效果要比a方式好，如圖11所示。

3 結(jié)論

1）總體來(lái)講，料斗定量法計(jì)量廢樹(shù)脂是能夠滿足樹(shù)脂計(jì)量要求的，計(jì)量數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，且?guī)缀醪皇苎b置內(nèi)樹(shù)脂和水的數(shù)量及比例影響；

2）對(duì)比六種樹(shù)脂沉降方式的驗(yàn)證試驗(yàn)，a方式與c方式效果較差，不宜采用；b方式與d方式都不具備工程實(shí)用性；e方式與f方式試驗(yàn)效果都比較好，且在實(shí)際工程都具有可操作性，相比較而言，e方式更適宜作為樹(shù)脂沉降的實(shí)際應(yīng)用方案，f方式增加了壓空環(huán)節(jié)，操作略微復(fù)雜，但考慮該裝置需要用壓縮空氣進(jìn)行反吹，因此壓空環(huán)節(jié)也不能取消，可作為樹(shù)脂沉降的備用方案。

3）兩種樹(shù)脂下料導(dǎo)出方案都是可行的，且樹(shù)脂的導(dǎo)出效果也都比較好，b方式效果更好一些；從工程實(shí)際來(lái)看，廢樹(shù)脂與蒸殘液是混合固化處理的，樹(shù)脂下料b方式所用的輸送水可用蒸殘液代替，實(shí)用性較好。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]