專利名稱：一種清洗除鈉的工藝和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于快中子反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種清洗除鈉的工藝和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
快堆采用鈉作為冷卻劑，使得它不同于水堆，由于鈉的存在給設(shè)備的檢查、維修和更換等操作帶來了一定的技術(shù)難度，必須增加清洗除鈉的過程。清洗除鈉是為了除去設(shè)備內(nèi)殘留的鈉、氧化鈉(Na20)、氫化鈉(NaH)和沉積在冷區(qū)的鈉氣溶膠。中國實(shí)驗(yàn)快堆(CEFR)內(nèi)可更換的主要設(shè)備如一回路鈉循環(huán)泵、中間熱交換器、安全棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)、補(bǔ)償-調(diào)節(jié)棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)、換料機(jī)、裝卸料提升機(jī)、二回路鈉循環(huán)泵等的更換、檢修都需要進(jìn)行清洗除鈉。法國、德國和俄羅斯等研究鈉冷快堆較早的國家對于含鈉設(shè)備進(jìn)行了基于水的清洗方法、基于醇的清洗方法和蒸餾清洗法的研究?；谒那逑捶椒òㄋ羝逑捶ê退F法，水蒸汽清洗法的過程實(shí)質(zhì)上是金屬鈉與水的化學(xué)反應(yīng)過程，該反應(yīng)為激烈的、瞬間、放熱反應(yīng)，伴隨著大量的氫氣放出，氫氣與空氣中的氧所形成的混合氣有著火和爆炸的危險，同時產(chǎn)生堿性的氫氧化鈉腐蝕液。因此急需研究一種能夠避免爆炸和腐蝕危險的除鈉工藝及系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
(一)發(fā)明目的
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供了一種能夠避免爆炸危險、預(yù)防結(jié)構(gòu)材料表面過熱且能對設(shè)備內(nèi)殘留的鈉進(jìn)行有效、快速清洗的工藝及其相應(yīng)的系統(tǒng)。(二)技術(shù)方案
為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種清洗除鈉的工藝，該工藝包括以下步驟:
(1)惰性環(huán)境的建立
啟動真空泵8，將清洗除鈉的系統(tǒng)抽真空至-90kPa后充氮?dú)庵?.0lMPa ；
(2)待清洗設(shè)備的吊裝
將待清洗的設(shè)備吊入清洗罐3內(nèi)的清洗吊籃中，并將清洗罐3密封；
(3)系統(tǒng)的預(yù)熱
對電熱蒸汽發(fā)生器(2)與清洗罐(3)相連的管道及清洗罐(3)進(jìn)行電加熱；
(4)水蒸汽清洗
先后向清洗罐3通入氮?dú)夂退羝?，對待清洗設(shè)備清洗過程中產(chǎn)生的混合氣體經(jīng)清洗罐3排出，該氣體經(jīng)冷凝并經(jīng)氣液分離器9分離后，利用氫分析儀10連續(xù)監(jiān)測該氣體中氫的含量，若氫含量超過1% (體積百分?jǐn)?shù))，則切斷水蒸汽進(jìn)口閥；若氫含量低于0.5% (體積百分?jǐn)?shù))，則開啟水蒸汽進(jìn)口閥，重復(fù)以上操作，直至排出氣體中氫含量穩(wěn)定且小于0.5%(體積百分?jǐn)?shù))，并經(jīng)延遲(5 10)min后，結(jié)束水蒸汽的清洗操作；氮?dú)夂颓逑粗挟a(chǎn)生的不凝結(jié)氣體經(jīng)氣液分離器9分離后排出，水蒸汽變成冷凝液排入廢液收集te 6 ；
(5)水清洗
水蒸汽清洗結(jié)束后，繼續(xù)通氮?dú)猓那逑垂?底部注入室溫的自來水，當(dāng)氫含量達(dá)到
0.5% (體積百分?jǐn)?shù))時，關(guān)進(jìn)水閥和排出清洗水。當(dāng)氫含量小于0.5% (體積百分?jǐn)?shù))時，啟動系統(tǒng)的離心泵4進(jìn)行封閉式的循環(huán)動態(tài)清洗，并利用電導(dǎo)儀5測量清洗液中的氫氧化鈉的濃度，當(dāng)它的濃度小于0.lg/L時結(jié)束水清洗。否則，重新注入新的自來水，再次進(jìn)行循環(huán)清洗；
(6)干燥
利用電加熱將清洗后的設(shè)備烘干，并將系統(tǒng)充氮?dú)庵?.05MPa ；
(7)清洗廢液的處理和排放
在廢液收集罐中加入工業(yè)純濃硝酸，使廢液的PH達(dá)到6— 9后排放到工業(yè)下水道中。其優(yōu)選方案為，該工藝所用水蒸汽為過熱水蒸汽，其溫度范圍為(120 155) V ；所述步驟(3 )中啟動電加熱，使清洗罐溫度達(dá)到(70 90 ) °C，熱蒸汽發(fā)生器2與清洗罐3相連的管道溫度達(dá)到(100 120) °C。所述步驟(4)是先向清洗罐通入氮?dú)猓骨逑垂迚毫?.15MPa-0.45MPa后通入水蒸汽。與除鈉工藝相對應(yīng)的清洗除鈉系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括液氮低溫貯槽1、電熱蒸汽發(fā)生器2、清洗罐3、廢液收集罐6、氫分析儀10，關(guān)鍵在于，該系統(tǒng)還包括水蒸汽冷凝器7和氣液分離器9，該水蒸汽冷凝器7和氣液分離器9可使水蒸汽完全冷凝變成水而與廢氣分離開來。

所述的清洗罐3中設(shè)有清洗吊籃，待清洗的設(shè)備都置入清洗吊籃；清洗罐3—側(cè)的上部和下部分別設(shè)有氮?dú)夂退羝肟?，并在另一?cè)中上部設(shè)有清洗后產(chǎn)生的混合氣體的出口，清洗罐3的底部設(shè)有自來水入口。所述的氫分析儀10安裝于氣液分離器9之后。(三)有益效果
利用本發(fā)明提供的清洗除鈉的工藝及系統(tǒng)對鈉進(jìn)行清洗，具有以下有益效果:
(I)有效防止了水蒸汽進(jìn)入廢氣管道，確保氫氣的準(zhǔn)確監(jiān)測。水蒸汽清洗殘留有鈉的設(shè)備時，與鈉未發(fā)生反應(yīng)的水蒸汽會從廢氣排放口排出、冷凝成水而沉積，這對鈉冷快堆來說是不允許的，同時大量的水蒸汽干擾氫氣的準(zhǔn)確監(jiān)測，因此通過水蒸汽冷凝器和氣液分離器就使得水蒸汽完全冷凝變成水與廢氣分離開來，防止了水蒸汽進(jìn)入廢氣管道，同時由于只有在加壓的工況下，混有氮?dú)獾乃羝拍軌蛟诶淠髦谐浞掷淠?，因此控制清洗罐中的壓力?0.15MPa-0.45MPao(2)能夠有效、安全地進(jìn)行清洗除鈉的操作。本發(fā)明采用溫度為(120 155) V的過熱水蒸汽對殘留有鈉的設(shè)備進(jìn)行清洗，能夠加快水蒸汽與鈉反應(yīng)的速度；采用氮?dú)庀♂尣⑶也捎脷浞治鰞x在線監(jiān)測經(jīng)氣液分離器分離后的混合氣體中的氫含量，當(dāng)氫含量超過1% (體積百分?jǐn)?shù))，則切斷水蒸汽進(jìn)口閥，保證了整個清洗過程安全、有效進(jìn)行。(3)在清洗完全的前提下減少了廢液排放量。水清洗階段當(dāng)氫含量小于0.5% (體積百分?jǐn)?shù))時，啟動系統(tǒng)的離心泵進(jìn)行封閉式的循環(huán)動態(tài)清洗，保證了清洗的完全性和減少了清洗廢液的排放量，并且利用電導(dǎo)儀監(jiān)測水清洗的效果。


圖1:清洗除鈉工藝示意 1:液氮低溫貯槽；2:電熱蒸汽發(fā)生器；3:清洗罐；4:離心泵；5:電導(dǎo)儀；6:廢液收集罐；7:水蒸汽冷凝器；8:真空泵；9:氣液分離器；10:氫分析儀。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。一種清洗除鈉的工藝，該工藝的步驟為:
(1)惰性環(huán)境的建立
啟動真空泵8，將系統(tǒng)抽真空至_90kPa后充氮?dú)庵?.0lMPa ；
(2)待清洗設(shè)備的吊裝
將待清洗的設(shè)備吊入清洗罐3內(nèi)的清洗吊籃中，并將清洗罐3密封；
(3)系統(tǒng)的預(yù)熱
啟動電加熱，對清洗罐3和電熱蒸汽發(fā)生器2與清洗罐3相連的管道進(jìn)行加熱；以防止水蒸汽在冷的設(shè)備和管道上凝結(jié)成水而造成鈉與水珠劇烈反應(yīng)。(4)水蒸汽清洗
先后向清洗罐3通入氮 氣和水蒸汽，對待清洗設(shè)備清洗過程中產(chǎn)生的混合氣體經(jīng)清洗罐3排出，該氣體經(jīng)冷凝并經(jīng)氣液分離器9分離后，利用氫分析儀10連續(xù)監(jiān)測該氣體中氫的含量，若氫含量超過1% (體積百分?jǐn)?shù))，則切斷水蒸汽進(jìn)口閥；若氫含量低于0.5% (體積百分?jǐn)?shù))，則開啟水蒸汽進(jìn)口閥，重復(fù)以上操作，直至排出氣體中氫含量穩(wěn)定且小于0.5% (體積百分?jǐn)?shù))，并經(jīng)延遲(5 10)min后，結(jié)束水蒸汽的清洗操作。氮?dú)夂颓逑粗械姆磻?yīng)產(chǎn)物氫氣等不凝結(jié)氣體經(jīng)氣液分離器9分離后排出，水蒸汽變成冷凝液排入廢液收集罐6。(5)水清洗
為了清洗設(shè)備上殘余的鈉和氫氧化鈉，水蒸汽清洗結(jié)束后，繼續(xù)通氮?dú)?，并從清洗?底部注入室溫的自來水，當(dāng)氫含量達(dá)到0.5% (體積百分?jǐn)?shù))時，關(guān)進(jìn)水閥和排出清洗水。當(dāng)氫含量小于0.5% (體積百分?jǐn)?shù))時，啟動系統(tǒng)的離心泵進(jìn)行封閉式的循環(huán)動態(tài)清洗，并利用電導(dǎo)儀5測量清洗液中的氫氧化鈉的濃度，當(dāng)它的濃度小于0.lg/L時結(jié)束水清洗。否則，重新注入新的自來水，再次進(jìn)行循環(huán)清洗。(6)干燥
利用電加熱將清洗后的設(shè)備烘干，并將系統(tǒng)充氮?dú)庵?.05MPa。(7)清洗廢液的處理和排放
在廢液收集罐中加入工業(yè)純濃硝酸，使廢液的PH達(dá)到6— 9后排放到工業(yè)下水道中。實(shí)施例1
待清洗的殘留有鈉的設(shè)備選用的為內(nèi)徑為40mm,長度為607mm的鈉管道,含鈉量為306.7克。按照上述清洗的工藝步驟建立惰性環(huán)境使系統(tǒng)充氮?dú)庵?.0lMPa,吊裝好待清洗管道和對系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱使清洗罐的溫度為70°C，電熱蒸汽發(fā)生器2與清洗罐3相連的管道為100°C，通入氮?dú)?，調(diào)節(jié)清洗罐3的壓力為0.15MPa時，開啟水蒸汽進(jìn)口閥，控制過熱水蒸汽的溫度為120°C，控制水蒸汽的流量為72.lkg/h,氮?dú)獾牧髁繛?3.9m3/h。15min后氫分析儀10的讀數(shù)為1% (體積百分?jǐn)?shù))，水蒸汽進(jìn)口閥自動關(guān)閉；3min后氫的含量小于0.5%(體積百分?jǐn)?shù))，手動開啟水蒸汽進(jìn)口閥；重復(fù)以上操作，直至排出氣體中氫含量穩(wěn)定且小于
0.5% (體積百分?jǐn)?shù))；然后關(guān)閉氮?dú)膺M(jìn)口閥，繼續(xù)通入IOmin的水蒸汽，若氫分析儀10無讀數(shù)顯示則結(jié)束過水蒸汽和氮?dú)獾那逑床僮?。氮?dú)夂颓逑粗械姆磻?yīng)產(chǎn)物氫氣等不凝結(jié)氣體經(jīng)氣液分離器9分離后排出，水蒸汽變成冷凝液排入廢液收集罐6。在水清洗階段，氫氣的含量未出現(xiàn)大于0.5% (體積百分?jǐn)?shù))的情況。結(jié)束水清洗后，完成干燥、清洗廢液的處理和排放工序，打開清洗罐上法蘭，從吊籃中拿出鈉管道，發(fā)現(xiàn)其中的鈉已被清洗干凈，外觀無異?，F(xiàn)象。實(shí)施例2
與實(shí)施例1所用的方法、步驟、待清洗設(shè)備的形狀和含鈉量相同，過熱水蒸汽的溫度為1400C，清洗罐的溫度為80°C，電熱蒸汽發(fā)生器2與清洗罐3相連的管道為110°C，清洗罐的壓力為0.38MPa0清洗過程結(jié)束后，從吊籃中拿出鈉管道，發(fā)現(xiàn)其中的鈉已被清洗干凈，外觀無異常現(xiàn)象。實(shí)施例3
與實(shí)施例1所用的方法、步驟、待清洗設(shè)備的形狀和含鈉量相同，過熱水蒸汽的溫度為1550C，清洗罐的溫度為90°C，電熱蒸汽發(fā)生器2與清洗罐3相連的管道為120°C，清洗罐的壓力為0.45MPa0清洗過程結(jié)束后，從吊籃中拿出鈉管道，發(fā)現(xiàn)其中的鈉已被清洗干凈，外觀無異?，F(xiàn)象。實(shí)施例4
與除鈉工藝相對應(yīng)的清洗除鈉系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括液氮低溫貯槽1、電熱蒸汽發(fā)生器
2、清洗罐3、廢液收集罐6、氫分析儀10，該系統(tǒng)還包括水蒸汽冷凝器7和氣液分離器9，該水蒸汽冷凝器7和氣液分離器9可使水蒸汽完全冷凝變成水而與廢氣分離開來。所述的清洗罐3中設(shè)有清洗吊籃，待清洗的設(shè)備都置入清洗吊籃；清洗罐3—側(cè)的上部和下部分別設(shè)有氮?dú)夂退羝肟?，并在另一?cè)中上部設(shè)有清洗后產(chǎn)生的混合氣體的出口，清洗罐3的底部設(shè)有自來水入口。所述的氫分析儀10安裝于氣液分離器9之后。實(shí)際操作過程為:
啟動真空泵8，將系統(tǒng)抽真空至_90kPa后充氮?dú)庵?.0lMPa ;將待清洗的設(shè)備吊入清洗罐3內(nèi)的清洗吊籃中，并將清洗罐3密封；
啟動電加熱，對清洗罐3和電熱蒸汽發(fā)生器2與清洗罐3相連的管道進(jìn)行加熱，使清洗罐溫度達(dá)到(70 90)°C，熱蒸汽發(fā)生器2與清洗罐3相連的管道溫度達(dá)到(100 120)°C。通過清洗罐3的氮?dú)馊肟谕ㄈ氲獨(dú)猓骨逑垂拗械膲毫?.15 0.45MPa,然后通過水蒸汽入口通入水蒸汽，對待清洗設(shè)備清洗過程中產(chǎn)生的混合氣體經(jīng)清洗罐3排出，該氣體經(jīng)冷凝并經(jīng)氣液分離器9分離后，利用氫分析儀10連續(xù)監(jiān)測該氣體中氫的含量，若氫含量超過1% (體積百分?jǐn)?shù))，則切斷水蒸汽進(jìn)口閥；若氫含量低于0.5% (體積百分?jǐn)?shù))，則開啟水蒸汽進(jìn)口閥，重復(fù)以上操作，直至排出氣體中氫含量穩(wěn)定且小于0.5%(體積百分?jǐn)?shù))，并經(jīng)延遲(5 10)min后，結(jié)束水蒸汽的清洗操作。
氮?dú)夂颓逑粗械姆磻?yīng)產(chǎn)物氫氣等不凝結(jié)氣體經(jīng)氣液分離器9分離后排出，水蒸汽變成冷凝液排入廢液收集罐6。水蒸汽清洗結(jié)束后，繼續(xù)通氮?dú)?，并從清洗?底部注入室溫的自來水，當(dāng)氫含量達(dá)到0.5% (體積百分?jǐn)?shù))時，關(guān)進(jìn)水閥和排出清洗水。當(dāng)氫含量小于0.5% (體積百分?jǐn)?shù))時，啟動系統(tǒng)的離心泵4進(jìn)行封閉式的循環(huán)動態(tài)清洗，并利用電導(dǎo)儀5測量清洗液中的氫氧化鈉的濃度，當(dāng)它的濃度小于0.lg/L時結(jié)束水清洗。否則，重新注入新的自來水，再次進(jìn)行循環(huán)清洗。利用電加熱將清洗后的設(shè)備烘干，并將系統(tǒng)充氮?dú)庵?.05MPa。在廢液收集罐6中加入工業(yè)純濃硝酸，使廢液的PH達(dá)到6— 9后排放到工業(yè)下水道中。打開清洗罐3的法蘭，從吊籃中拿出清洗后的設(shè)備，發(fā)現(xiàn)其中的鈉已被清洗干凈。
權(quán)利要求
1.一種清洗除鈉的工藝，該工藝包括以下步驟: (1)惰性環(huán)境的建立 將系統(tǒng)抽真空至-90kPa后充氮?dú)庵?.0lMPa ； (2)待清洗設(shè)備的吊裝 將待清洗的設(shè)備吊入清洗罐(3)內(nèi)的清洗吊籃中，并將清洗罐(3)密封； (3)系統(tǒng)的預(yù)熱 對電熱蒸汽發(fā)生器(2)與清洗罐(3)相連的管道及清洗罐(3)進(jìn)行電加熱； (4)水蒸汽清洗 先后向清洗罐(3)通入氮?dú)夂退羝?，清洗過程中產(chǎn)生的混合氣體經(jīng)清洗罐(3)排出，該氣體經(jīng)冷凝并經(jīng)氣液分離器(9)分離后，利用氫分析儀(10)連續(xù)監(jiān)測該氣體中氫的含量，若氫含量超過1% (體積百分?jǐn)?shù))，則切斷水蒸汽進(jìn)口閥；若氫含量低于0.5% (體積百分?jǐn)?shù))，則開啟水蒸汽進(jìn)口閥，重復(fù)以上操作，直至排出氣體中氫含量穩(wěn)定且小于0.5%(體積百分?jǐn)?shù))，并經(jīng)延遲(5 10)min后，結(jié)束水蒸汽的清洗操作； (5)水清洗 水蒸汽清洗結(jié)束后，繼續(xù)通氮?dú)猓那逑垂?3)的底部注入室溫的自來水，當(dāng)氫含量達(dá)到0.5% (體積百分?jǐn)?shù))時，關(guān)進(jìn)水閥和排出清洗水；當(dāng)氫含量小于0.5% (體積百分?jǐn)?shù))時，啟動系統(tǒng)的離心泵(4)進(jìn)行封閉式的循環(huán)動態(tài)清洗，并利用電導(dǎo)儀(5)測量清洗液中的氫氧化鈉的濃度，當(dāng)它的濃度小于0.lg/L時結(jié)束水清洗，否則，重新注入新的自來水，再次進(jìn)行循環(huán)清洗；` (6)干燥 將清洗后的設(shè)備烘干，并將系統(tǒng)充氮?dú)庵?.05MPa ； (7)清洗廢液的處理和排放 在廢液收集罐(6)中加入工業(yè)純濃硝酸，使廢液的PH達(dá)到6— 9后排放到工業(yè)下水道中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種清洗除鈉的工藝，其特征在于，所述的水蒸汽為過熱水蒸汽，其溫度范圍為(120 155) °C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種清洗除鈉的工藝，其特征在于，所述步驟(3)中的系統(tǒng)預(yù)熱，使清洗罐溫度達(dá)到(70 90 ) °C，電熱蒸汽發(fā)生器(2 )與清洗罐(3 )相連的管道溫度達(dá)到(100 120)。。。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種清洗除鈉的工藝，其特征在于，所述步驟(4)是先通入氮?dú)?，使清洗罐中的壓力?.15MPa-0.45MPa后開啟水蒸汽進(jìn)口閥。
5.與除鈉工藝相對應(yīng)的一種清洗除鈉系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)主要包括液氮低溫貯槽(I)、電熱蒸汽發(fā)生器(2)、清洗罐(3)、廢液收集罐(6)、氫分析儀(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種清洗除鈉系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括水蒸汽冷凝器(7)和氣液分離器(9)，該水蒸汽冷凝器(7)和氣液分離器(9)可使水蒸汽完全冷凝變成水而與廢氣分離開來。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種清洗除鈉系統(tǒng)，其特征在于，所述的清洗罐(3)中設(shè)有清洗吊籃，待清洗的設(shè)備都置入清洗吊籃；清洗罐(3) —側(cè)的上部和下部分別設(shè)有氮?dú)夂退羝肟?，并在另一?cè)中上部設(shè)有清洗后產(chǎn)生的混合氣體的出口，清洗罐(3)的底部設(shè)有自來水入口。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種清洗除鈉系統(tǒng)， 其特征在于，所述的氫分析儀(10)安裝于氣液分離器(9)之后。
全文摘要
本發(fā)明屬于快中子反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種清洗除鈉的工藝和系統(tǒng)，該工藝包括惰性環(huán)境的建立、待清洗設(shè)備的吊裝、系統(tǒng)的預(yù)熱、水蒸汽清洗、水清洗、干燥、清洗廢液的處理和排放步驟；該系統(tǒng)主要包括液氮低溫貯槽(1)、電熱蒸汽發(fā)生器(2)、清洗罐(3)、廢液收集罐(6)、氫分析儀(10)，還包括水蒸汽冷凝器(7)和氣液分離器(9)。本發(fā)明提供的清洗除鈉的工藝和系統(tǒng)，能夠避免爆炸危險、預(yù)防結(jié)構(gòu)材料表面過熱且能對設(shè)備內(nèi)殘留的鈉進(jìn)行有效、快速的清洗。
文檔編號B08B3/04GK103100528SQ20131004648
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者謝淳, 元歪妹, 禹春利, 俞曉琛, 李君瑜, 劉績偉, 李凌霄, 盧曉春, 徐遲, 李煦, 高耀鵬 申請人:中國原子能科學(xué)研究院