流體處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于處理受污染流體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括多個(gè)彼此流體連通的模塊。本發(fā)明公開的系統(tǒng)中的每個(gè)模塊都可包括設(shè)計(jì)一內(nèi)壓力容器來(lái)適應(yīng)處理介質(zhì)，選擇所述處理介質(zhì)為了去除放射性污染物，所述放射性污染物來(lái)源于通過(guò)所述內(nèi)壓力容器的被污染的流體。該模塊還包括包圍著所述內(nèi)壓力容器的外屏蔽容器，并被設(shè)計(jì)成用于減弱來(lái)自放射性污染物的輻射，這些放射性污染物是通在壓力容器中的處理介質(zhì)累積的，從而促進(jìn)處理的簡(jiǎn)單化以及所述模塊連同污染處理介質(zhì)的存儲(chǔ)；最后，一環(huán)形區(qū)域被定義域于壓力容器和外屏蔽容器之間，以通過(guò)冷卻介質(zhì)來(lái)去除來(lái)源于壓力容器中累積的放射性污染物的衰變熱。
【專利說(shuō)明】流體處理系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng) 本申請(qǐng)主張申請(qǐng)日為2012. 11. 2的專利號(hào)為13/667, 483的美國(guó)專利的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)先權(quán)， 以及申請(qǐng)日為2011. 12. 8的專利號(hào)為61/568, 372的臨時(shí)美國(guó)專利的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)先權(quán)，以上兩 篇專利申請(qǐng)的全部在此共同對(duì)指導(dǎo)起參考作用。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明公開的實(shí)施例涉及流體處理系統(tǒng)，尤其涉及具有用于承托的一次性模組以 儲(chǔ)存用完的處理中間物的流體處理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0003] 基本上核反應(yīng)堆堆芯的冷卻是通過(guò)將冷卻劑穿過(guò)反應(yīng)堆芯以吸收核裂變過(guò)程中 產(chǎn)生的熱量。由于冷卻劑循環(huán)通過(guò)反應(yīng)堆芯，這會(huì)使冷卻劑受到高度放射性同位素的污染， 如銫、鍶或其它溢出燃料芯塊的裂變產(chǎn)物。污染的程度直接與燃料組件的燃料芯塊覆蓋層 的完整性相關(guān)。在與核芯接觸之后，流體被處理以減少高度放射性同位素，從而冷卻劑可以 被再次使用或排出。當(dāng)前的反應(yīng)冷卻劑處理系統(tǒng)功能將有機(jī)樹脂使用在放射性污染物程度 低并且競(jìng)爭(zhēng)性非放射性離子數(shù)量并不巨大的環(huán)境中。所以在操作過(guò)程中或在存儲(chǔ)過(guò)程中的 媒介的輻射暴露的產(chǎn)生很低并且不會(huì)導(dǎo)致重大的媒介物的輻射損傷。
[0004] 一種需要用來(lái)處理后續(xù)的導(dǎo)致燃料損壞或融化事故的處理系統(tǒng)需要能夠處理污 染物等級(jí)高于傳統(tǒng)處理裝置的幾個(gè)數(shù)量級(jí)，并且在一些情況下，需要處理非放射性離子和 有機(jī)物的高濃度，這會(huì)限制傳統(tǒng)離子交換材料的吸收和保留能力。由于潛在的輻射損傷和 傳統(tǒng)離子交換材料(通常為有機(jī)堿）的分解，所推薦的交換媒介是本質(zhì)上無(wú)機(jī)的以及擁有極 端的化學(xué)的、熱量的和輻射抗性。因此，所推薦的處理過(guò)程依賴于放射性的和非放射性的污 染物的濃度可能通常是昂貴的和費(fèi)時(shí)的。另外，由于污染物的高放射性性質(zhì)，所以需要極度 專注污染物的安全，同時(shí)在所有的系統(tǒng)操作和存儲(chǔ)階段避免人員暴露于放射危險(xiǎn)等級(jí)下。 另外，在現(xiàn)有技術(shù)中在高放射性環(huán)境中，仍然需要一個(gè)易用的核反應(yīng)堆堆芯冷卻處理系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明公開了一流體處理系統(tǒng)（FTS)，來(lái)處理?yè)碛懈叻派湫缘脑氐牧黧w污染，如 核反應(yīng)堆冷卻劑或來(lái)自于正常設(shè)備操作或意外事故發(fā)生后的廢物流。本發(fā)明公開的FTS的 獨(dú)特性包括(但不限于此）:a)屏蔽模塊，用于支撐被單獨(dú)屏蔽的處理介質(zhì)，并在屏蔽模塊的 操作、去除或存儲(chǔ)的過(guò)程中最大程度地減少人員的暴露；b)由于介質(zhì)的傳輸操作的減少， 最大程度的減少在高放射性環(huán)境中操作故障和維護(hù)需求的可能性；c)屏蔽模塊的屏蔽是 通過(guò)一個(gè)環(huán)形外部屏蔽，其包含鉛粒、鎢?；蜾摿?lái)支撐處理介質(zhì)，從而通過(guò)這些顆粒通過(guò) 管道流經(jīng)這些屏蔽模塊來(lái)消除在屏蔽介質(zhì)中的空隙；d)利用"精"砂或其它精良的粒狀 材料填補(bǔ)了這些顆粒的間隙空間，從而提供該屏蔽材料的穩(wěn)定性來(lái)抵消高溫軟化或壓縮效 應(yīng)；e)不產(chǎn)生需要進(jìn)一步處理的二次污染的廢物流；f)在存儲(chǔ)的初始階段通過(guò)在容器頂 部的通氣口去除氫氣，因?yàn)闅涞漠a(chǎn)生是一個(gè)問(wèn)題；以及g)當(dāng)離子交換容器處于臨時(shí)或長(zhǎng) 期存儲(chǔ)時(shí)，用于被動(dòng)去除衰變熱的方法。
[0006] 本發(fā)明公開的FTS具有簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)來(lái)使移動(dòng)部件最小化，從而減少故障的可能性以 及在高輻射環(huán)境下需要的維護(hù)。整合到本發(fā)明FTS設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)概念可以包括選擇性離子 交換，其專注于去除高放射性污染物，諸如：對(duì)應(yīng)非放射性污染物的銫；離子交換的屏蔽和 具有環(huán)形罩的過(guò)濾介質(zhì)容器；一次性的每個(gè)容器(在基于某些操作特性，如離子交換介質(zhì)損 耗、放射性裝載等服務(wù)后棄用，選擇性離子交換介質(zhì)的選擇a)在操作或存儲(chǔ)或兩者兼有過(guò) 程中，由于輻射或高溫和不可燃不會(huì)發(fā)生損壞，b)在去除放射性污染物的情況下允許使用 高或低濃度的非放射性鹽溶液；和c)具有熱傳導(dǎo)性，在離子交容器被得以臨時(shí)存儲(chǔ)時(shí)，使 被動(dòng)衰變熱得以去除。
[0007] 本發(fā)明公開的FTS包括一次性屏蔽模塊。本發(fā)明的設(shè)計(jì)可以去除子系統(tǒng)(如泄水， 反沖洗，污泥處理等)，并且減少需要被屏蔽、維護(hù)和管理的元件數(shù)量，（例如，泵，閥，管道， 容器容量，包括儀器和與離子交換介質(zhì)的泄水有關(guān)的控制器)。
[0008] 在某些方面，本發(fā)明提供了一種用于流體處理的模塊，包括一內(nèi)壓力容器被設(shè)計(jì) 成適應(yīng)處理介質(zhì)，該處理介質(zhì)被選擇用于從流過(guò)壓力容器的流體中去除放射性污染物。所 述模塊也可以包括一個(gè)包圍所述壓力容器的外屏蔽容器，并被設(shè)計(jì)成減弱來(lái)自放射性污染 物的輻射，這些放射性污染物是通在壓力容器中的處理介質(zhì)累積的，從而促進(jìn)處理的簡(jiǎn)單 化以及該模塊連同污染處理介質(zhì)的存儲(chǔ)。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，該模塊還可以包括位于壓 力容器和外屏蔽容器之間的一環(huán)形區(qū)域，以通過(guò)冷卻介質(zhì)來(lái)去除來(lái)源于壓力容器中累積的 放射性污染物的衰變熱。
[0009] 在某些方面，本發(fā)明提供了一種處理流體的系統(tǒng)，包括多個(gè)相互流體連接的模塊， 以使得受污染的流體流過(guò)模塊，從而從受污染的流體中去除放射性污染物。在一個(gè)實(shí)施例 中，本系統(tǒng)的每個(gè)模塊可以包括一個(gè)外壓力容器，該外壓力容器被設(shè)計(jì)成來(lái)容納處理介質(zhì)， 處理介質(zhì)被選擇以從流過(guò)壓力容器的受污染的流體中去除放射性污染物；一個(gè)包圍壓力容 器的外屏蔽容器，并且用于從在壓力容器中由處理介質(zhì)累積的放射性污染物中減少輻射， 以及模塊和受污染的處理介質(zhì)共同的處理和存儲(chǔ)變得簡(jiǎn)單；以及一個(gè)位于壓力容器和屏蔽 容器之間的環(huán)形區(qū)域，用傳送冷卻介質(zhì)以去除由堆積在壓力容器中的放射性污染物中的衰 變熱。
[0010] 在某些方面，本發(fā)明提供了一種處理放射性污染流體的方法，其包括指引一放射 性污染流體經(jīng)過(guò)至少一個(gè)擁有一內(nèi)壓力容器的模塊和一外屏蔽容器的模塊的流動(dòng)，所述內(nèi) 壓力容器是為了適應(yīng)處理介質(zhì)，并且所述外屏蔽容器包圍在所述內(nèi)壓力容器的周圍。通過(guò) 安置在所述內(nèi)壓力容器中的處理介質(zhì)，放射性污染物可以從受污染的流體中被捕捉。當(dāng)確 定何時(shí)需要更換至少具有一個(gè)模塊的模塊中的處理介質(zhì)時(shí)，處理模塊能夠從流動(dòng)中被移 除，并且存儲(chǔ)于一個(gè)用于過(guò)渡時(shí)期的長(zhǎng)期處理的區(qū)域中。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 本發(fā)明公開的實(shí)施例將進(jìn)一步解釋有關(guān)的附圖，其中相同的結(jié)構(gòu)將對(duì)應(yīng)于幾個(gè)視 圖中相同的附圖標(biāo)記。附圖不一定按比例顯示，而是強(qiáng)調(diào)大致闡述本發(fā)明公開的實(shí)施例的 原理。
[0012] 圖1和2顯示了本發(fā)明公開的流體處理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例； 圖3顯示了本發(fā)明公開的流體處理系統(tǒng)中使用的屏蔽模塊的一個(gè)實(shí)施例； 圖4顯示了本發(fā)明公開的流體處理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不作為本發(fā)明的限定。于 上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，上述可被選擇的技術(shù)特征，均僅包括在本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中， 并非因此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0014] 本文公開了流體處理系統(tǒng)（FTS)和用于這種系統(tǒng)的組件。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā) 明公開的FTS能夠被用于處理放射性污染流體。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明公開的FTS是一 種單一的系列系統(tǒng)，所述系列系統(tǒng)能夠起到緊急措施的作用并在大約一年的時(shí)間里處理大 約185000m3的廢水。本發(fā)明公開的FTS也能夠與上游的預(yù)處理設(shè)備和下游的后續(xù)處理設(shè) 備連接。
[0015] 圖1和圖2描述了本發(fā)明公開的FTS100的一個(gè)實(shí)施例。如圖所示，所述FTS100 可以包括一個(gè)用于存儲(chǔ)污染流體的源水箱110。在一個(gè)實(shí)施例中，所述污染流體可以是一種 冷卻核反應(yīng)堆的堆芯而產(chǎn)生的廢水。在一個(gè)實(shí)施例中，這種廢水可以包括放射性銫，或一種 或多種其他放射性元素。需要注意的是，盡管這里所描述的FTS100的污染流體來(lái)自于源水 箱110，但是所述污染流體也可以直接來(lái)自于污染源。在一個(gè)實(shí)施例中，所述源水箱110可 以被水箱罩112包圍，以最小化源水箱110中的放射性元素的發(fā)射。在一個(gè)實(shí)施例中，利用 商業(yè)上的作為介質(zhì)的一定大小的除鹽裝置容器允許流量為大約IOmVhr到25m3/hr之間， 根據(jù)離子交換器中的流體分配和壓降，公稱流量大約為20m3/hr(根據(jù)容器的橫截面積，其 他的流量也是可能的)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述廢水的特性如下表1所示。

【權(quán)利要求】
1. 一種流體處理模塊，其特征在于， 一內(nèi)壓力容器用于適應(yīng)一處理介質(zhì)，所述處理介質(zhì)被選擇用于從流過(guò)壓力容器的流體 中去除放射性污染物； 外屏蔽容器包圍著所述內(nèi)壓力容器，并被設(shè)計(jì)成減弱由壓力容器中的處理介質(zhì)累積 的來(lái)自放射性污染物的輻射，從而促進(jìn)處理的簡(jiǎn)單化以及所述模塊連同污染處理介質(zhì)的存 儲(chǔ)；以及 一環(huán)形區(qū)域位于壓力容器和外屏蔽容器之間，以使冷卻介質(zhì)通過(guò)來(lái)去除來(lái)源于壓力容 器中累積的放射性污染物的衰變熱。
2. 如權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，還包括通氣口，所述通氣口連接在壓力容器 上，以允許壓力腔室的通氣。
3. 如權(quán)利要求2所述的模塊，其特征在于，在所述模塊連同被污染的處理介質(zhì)在存儲(chǔ) 過(guò)程中，所述通氣口排出水和衰變熱的輻解而產(chǎn)生的氫氣或水蒸汽。
4. 如權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，所述壓力容器、環(huán)形間隙以及所述屏蔽容器 彼此相互整合，從而形成一單獨(dú)的模塊。
5. 如權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，選擇所述處理介質(zhì)是通過(guò)在各種濃度離子 鹽的存在下的離子交換，如海鹽，來(lái)去除來(lái)自被污染的流體中的放射性污染物。
6. 如權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，所述處理介質(zhì)如此選擇，是因?yàn)樗峁┝松?床過(guò)濾器來(lái)去除來(lái)自被污染的流體中的懸浮固體。
7. 如權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，還包括多個(gè)管道，所述管道經(jīng)由所述外屏蔽 容器進(jìn)入環(huán)形區(qū)域，如此使得冷卻介質(zhì)可以通過(guò)所述管道流入和流出所述環(huán)形區(qū)域。
8. 如權(quán)利要求7所述的模塊，其特征在于，所述多個(gè)管道被設(shè)計(jì)成允許空氣在自然的 或強(qiáng)制的對(duì)流情況下通過(guò)環(huán)形區(qū)域來(lái)流通。
9. 如權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，所述屏蔽容器包括由可流動(dòng)的輻射吸收材 料構(gòu)成的屏蔽層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的模塊，其特征在于，所述可流動(dòng)的輻射吸收材料能夠流過(guò)周 圍的障礙物，并且消除空隙來(lái)減少屏蔽層內(nèi)的縫隙。
11. 如權(quán)利要求9所述的模塊，其特征在于，所述屏蔽層由鉛粒、鎢?；蜾摿Ｖ械囊环N 形成。
12. 如權(quán)利要求9所述的模塊，其特征在于，所述屏蔽層包括一支撐基體材料對(duì)所述屏 蔽層進(jìn)行結(jié)構(gòu)支撐。
13. -種流體處理系統(tǒng)，其特征在于，包括： 多個(gè)彼此流體連通的模塊，從而使受污染流體的流動(dòng)通過(guò)所述模塊，從而去除來(lái)自被 污染流體的放射性污染物，每個(gè)模塊包括： 一內(nèi)壓力容器用于適應(yīng)處理介質(zhì)，選擇所述處理介質(zhì)為了從流過(guò)壓力容器的污染流體 中去除放射性污染物； 外屏蔽容器包圍著所述內(nèi)壓力容器，并被設(shè)計(jì)成減弱由壓力容器中的處理介質(zhì)累積 的來(lái)自放射性污染物的輻射，從而促進(jìn)處理的簡(jiǎn)單化以及所述模塊連同污染處理介質(zhì)的存 儲(chǔ)；以及 一環(huán)形區(qū)域位于壓力容器和外屏蔽容器之間，為了通過(guò)冷卻介質(zhì)來(lái)去除來(lái)源于壓力容 器中累積的放射性污染物的衰變熱。
14. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)影響著來(lái)自于被污染流體的顆 粒物或懸浮物以及被選擇的離子放射性污染物的去除。
15. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一模塊，所述模塊中的所述處理 介質(zhì)為過(guò)濾介質(zhì)，還包括至少一模塊，所述模塊中的所述處理介質(zhì)為離子交換介質(zhì)。
16. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括多個(gè)閥門，所述閥門設(shè)置成來(lái)導(dǎo)流 各個(gè)模塊之間的被污染流體，所述多個(gè)模塊包括離子交換介質(zhì)，該離子交換介質(zhì)決于單個(gè) 所述模塊內(nèi)離子交換介質(zhì)的未使用容量。
17. 如權(quán)利要求13的系統(tǒng)，還包括多個(gè)閥門，所述閥門設(shè)置成控制各個(gè)模塊之間被污 染流體的流動(dòng)。
18. -種處理放射性污染流體的方法，其特征在于，包括： 指引放射性污染物流動(dòng)并通過(guò)至少一個(gè)擁有一內(nèi)壓力容器的模塊和一外屏蔽容器的 模塊，所述內(nèi)壓力容器是為了適應(yīng)處理介質(zhì)，并且所述外屏蔽容器包圍在所述內(nèi)壓力容器 的周圍； 通過(guò)安置在所述內(nèi)壓力容器中的處理介質(zhì)，捕捉來(lái)自被污染的流體的放射性污染物； 確定何時(shí)需要更換至少具有一個(gè)模塊的模塊中的處理介質(zhì)； 從所述流動(dòng)中去除所述模塊；以及 將所述模塊存儲(chǔ)于一用于過(guò)渡時(shí)期的長(zhǎng)期處理而設(shè)置的區(qū)域中。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括：在存儲(chǔ)所述模塊之前，從所述內(nèi) 壓力容器排出水這一步驟。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括：從所述壓力容器中排出氫氣或水 蒸汽這一步驟。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，排出氫氣或水蒸汽是通過(guò)先主動(dòng)排氣之 后被動(dòng)排氣來(lái)實(shí)現(xiàn)。
22. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括一步驟，即允許冷卻介質(zhì)流過(guò)所述 壓力容器和所述屏蔽容器之間的一環(huán)形間隙，來(lái)去除產(chǎn)生于壓力容器中的衰變熱，并降低 了屏蔽材料的溫度。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述冷卻介質(zhì)是由于自然對(duì)流而流過(guò)環(huán) 形間隙的冷卻液。
24. 如權(quán)利要求18所述的方法，還包括一步驟，基于所述至少擁有一個(gè)模塊的個(gè)別模 塊中處理介質(zhì)的未使用的容量，來(lái)改變被污染流體的流動(dòng)。
【文檔編號(hào)】C02F1/42GK104284865SQ201280060701
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月8日
【發(fā)明者】基思·弗格森, 約瑟夫·巴隆, 特雷西·A·巴克, 拉亞·貝瑞地 申請(qǐng)人:肖氏全球服務(wù)有限責(zé)任公司, 阿萬(wàn)泰克股份有限公司