船用放射性废水活度预检装置的制作方法

1.本发明涉及一种废水活度预检装置，尤其是一种船舶特殊系统(装备)中的放射性废水活度预检装置。


背景技术：

2.核动力舰船在执行任务时有排放放射性废水的需要，放射性废水属于危险液体，带有放射性沾染，不可随意排放，需要专用码头或者船舶进行保障。
3.对核动力舰船进行保障，接收放射性废水是一个重要的功能。对于需要接收的放射性废水，其活度值受到很多因素影响，如一回路水质状态、反应堆运行时间、燃料包壳完整性、离子滤器状态等，其活度值有很大的波动范围。而保障船在接收废水时，很多情况下废水的活度值并没有较为准确的数据，主要来源是对方舰船提供的参考值，是个很粗略的估计。对于保障船来说，在执行任务前无法准确判断放射性废水的活度是否满足本船的设计能力，往往是“先收再说”，后通过离线检测等手段，进一步掌握废水的状态，这对保障船的辐射安全来说是一个风险。
4.目前，在具有放射性废水收集功能的船舶上，对于放射性废水的活度值主要依赖于离线取样检测，在接收放射性废水时缺少对其活度行之有效的判断方法。而放射性废水的活度直接影响到全船辐射防护设计，每套放射性废水收集系统均有相应的设计能力，若在不明情况下接收了超标放射性废水，会直接导致周边区域的放射性指标超出设计值，并可能会对船员的人身健康带来不可逆转的危害，甚至给全船和公众带来安全隐患。而且，根据核废物的管控规定，对于放射性废水的收集应采取分类原则，这是为了更好的满足放射性废水收集、储存、处理、排放等的不同要求。所以在接纳废水初期通过活度预检装置对放射性废水的活度进行初判，根据要求对放射性废水进行分类收集，为后续处理方案及决策提供依据，是十分必要的。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：如何使得放射性废水在接纳初期快速判断其放射性活度指标，并按照相关规定自动进行分类收集，避免超出废水收集系统的设计能力，而提出一种船用放射性废水活度预检装置。
6.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种船用放射性废水活度预检装置，设设置有废水预检入口、废水检测出口、检测排放入口、排舷外出口和清洗淡水入口，从废水预检入口至废水检测出口的进出总管路上依次连接有主接收遥控阀、放射性活度在线检测模块、预检出口阀；从检测排放入口至废水检测出口的进出总管路上依次连接检测排放入口阀、放射性活度在线检测模块、循环检测出口阀；放射性活度在线检测模块的两端分别通过循环检测出口阀和预检出口阀连通废水检测出口；放射性活度在线检测模块的出水端还连接取样阀、排舷外出口阀以及废液预检罐入口阀；废液预检罐只设置一个进出口，分别通过废液预检罐入口阀连接放射性活度在线检测模块，通过废液预检罐出口阀连接至止
回阀。
7.进一步，所述放射性活度在线检测模块采用非接触式安装，通过卡箍固定在进出总管路上。
8.进一步，所述放射性活度在线检测模块采用nai闪烁体探测器；所述nai闪烁体探测器外部设置40mm铅层来屏蔽环境本底，所述nai闪烁体探测器距离管路留有2mm间距，并敷设一层玻璃纤维用来隔热。
9.进一步，所述废液预检罐采用立式结构，最大有效容积为40l；所述废液预检罐由碳钢、铅屏蔽和不锈钢三层组成，最内部的承压结构采用45#碳钢，外侧敷设50mm厚度铅屏蔽层，铅屏蔽采用铅带缠绕，最外层采用2mm厚的316l不锈钢装饰板。
10.进一步，所述废液预检罐作为预检功能的缓冲容器，采用小容积罐体，节约总体资源，允许少量接收未知活度的放射性废水。
11.进一步，所述废液预检罐采用承压结构，最大承压不低于4.0mpa，预充压力0.2mpa；内部采用气囊，将罐体内部分为水室和气室，其中气室通过顶部的充气嘴和排气阀对压力进行调节和控制，水室与压力罐底部的接口相连，并与废液预检装置的管路系统连通。
12.进一步，所述废液预检罐内设置压力表，实时显示废液预检罐内部及系统压力，并将信号传送至远程控制系统，与废液预检罐入口阀进行联锁控制，当罐内压力超过2.0mpa时，自动关闭废液预检罐入口阀；同时，将废液预检罐顶部排气阀的开启压力锁定在3.0mpa，超过3.0mpa时自动打开，保证系统压力不超过3.0mpa。
13.进一步，所述主接收遥控阀为带有开度控制功能的遥控阀，能远程调节接收废水流量。
14.进一步，所述船用放射性废水活度预检装置还预留离线取样接口作为备用。
15.进一步，所述主接收遥控阀、预检出口阀、检测排放入口阀、循环检测出口阀、废液预检罐入口阀、废液预检罐出口阀之间均设置联锁连接；当预检出口阀关闭时，主接收遥控阀无法全部打开；预检出口阀和废液预检罐入口阀无法同时打开；检测排放入口阀和预检出口阀无法同时打开，主接收遥控阀和循环检测出口阀无法同时打开；废液预检罐入口阀和废液预检罐出口阀无法同时打开。
16.本发明的有益效果是：
17.1)接收放射性废水前进行活度预检，杜绝了接收超标废水给全船带来的影响；
18.2)根据不同活度，对放射性废水分类接收，便于对放射性废水后处理过程中的精准管控；
19.3)管路一体化设计，集成加工，降低了现场施工和检验的难度；
20.4)拓展性强，结合船上废水收集系统可以实现清洗检测、应急排放等更多功能；
21.5)采用远程操作，具有自动/手动两种控制模式，安全可靠，便于操作；
22.6)本装置可引申至其他船舶危险品液体储运系统，为其设计方案提供一种思路。
附图说明
23.图1为本发明的船用放射性废水活度预检装置的系统原理示意图；
24.图2为放射性活度在线检测模块结构及安装主视图；
25.图3为图2的左视图；
26.图4为图2的俯视图；
27.图5为废液预检罐结构示意图；
28.图中：1、主接收遥控阀，2、预检出口阀，3、废水检测排放入口阀，4、循环检测出口阀，5、排舷外出口阀，6、废液预检罐入口阀，7、废液预检罐出口阀，8、清洗淡水入口阀，9、波纹管截止阀，10、废液预检罐出口止回阀，11、清洗淡水入口止回阀，12、放射性活度在线检测模块，13、废液预检罐，14、压力传感器，15、温度传感器，16、废水储存罐，17、外部清洁淡水管，18、废水接收总管，21、顶部抗干扰屏蔽体，22、管道上卡箍，23、螺栓m8
×
25，24、探测器主屏蔽体，25、闪烁体探测器，26、主屏蔽体过渡支座，27、管道下卡箍，28、螺栓m6
×
16，29、螺栓m10
×
150，30、螺母m10，40、铅屏蔽层，41、不锈钢装饰板，42、钢制内壁，43、气囊，44、排气阀，45、废液预检进出口。
具体实施方式
29.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
30.本发明提供了一种船用放射性废水活度预检装置，本装置应用的场景是放射性废水收集、转运、排放系统，本装置的原理如图1所示，装置设置废水预检入口a、废水检测出口b、检测排放入口c、排舷外出口d和清洗淡水入口e。从废水预检入口a至检测排放入口c的进出总管路上依次连接有主接收遥控阀1、放射性活度在线检测模块12、废水检测排放入口阀3，放射性活度在线检测模块12的进、出水端分别通过循环检测出口阀4和预检出口阀2连通废水检测出口b，放射性活度在线检测模块12的出水端通过波纹管截止阀9连接取样口f、通过排舷外出口阀5连接排舷外出口c以及通过废液预检罐入口阀6后分为二路：一路经清洗淡水入口止回阀11和清洗淡水入口阀8连接清洗淡水入口e；另一路经废液预检罐出口阀7和废液预检罐出口止回阀10连接废水检测出口b，废液预检罐出口阀7进水口还连接有废液预检罐13。其中，废水预检入口a连接废水接收总管18，废水检测出口b连接废水储存罐16的进水管，废水储存罐16的出水管经废水出口阀、专用泵和止回阀连接检测排放入口c，清洗淡水入口e连接外部清洁淡水管18。
31.本装置共设置5只不锈钢双偏心遥控蝶阀(dn65)和3只不锈钢遥控球阀(dn20)，其中主接收遥控阀1带有开度控制功能；本装置设置了1只取样口(dn15)，作为在线检测功能的备用。
32.本装置内部管路采用316l不锈钢管，i级管，除了外部接口处及废液预检罐采用法兰连接，内部管路均采用对接焊。
33.本装置中的废液预检罐采用小容积压力罐，承压能力4.0mpa，外设50mm铅屏蔽，最大容量～40l，废液预检罐下设dn20出口，与清洁淡水入口和废水检测出口通过管路连通。
34.本装置的放射性活度在线检测模块使用nai闪烁晶体探测器，外设铅屏蔽体，活度响应时间不超过60s(一般20s左右)，测量误差不超过20％，采用对夹式非接触的安装方式固定在管路上。
35.本装置的放射性活度在线检测模块的门限值分为低放射性(<3.7
×
105bq/l)，中放射性(<3.7
×
109bq/l)，高放射性(>3.7
×
109bq/l)，并在自动分类接收模式下与对应的废水储存罐入口阀相关联，亦可手动控制，若没有按照规定分类接收，本装置发出声光报警。
36.本装置可以串联接入放射性废水的进出口总管，以遥控阀组、放射性活度在线检测模块、废液预检罐为功能核心，可以实现废水预检、分类接收、循环检测等功能，分别介绍如下：
37.活度预检，首先连接好所有放射性废水接收管路，关闭船上废水收集系统的相关阀件和本装置中的所有阀件，打开废液预检罐入口阀6，打开放射性活度在线检测模块12。外部向本船驳运废水，在远程控制下，将主接收遥控阀1开度设置在1％(可调)，使得少量放射性废水通过废液预检罐入口阀6缓慢进入废液预检罐13，同时放射性活度在线检测模块12对废水的活度值进行快速在线判断，实时显示在远程控制终端。系统运行约60s后，放射性活度值进入稳定状态，可真实反映放射性废水的活度，可以进入收集分类接收功能。若放射性废水活度值高于本船废水收集的设计能力，则自动关闭主接收遥控阀1，本装置发出声光报警，接收任务停止。
38.分类接收，在活度预检功能执行60s后，可进入分类接收模式，操作人员可在远程控制端根据活度值，将放射性废水转运至船上不同废水储存罐内。本发明也可以在设定时间(120s)后或者废液预检罐液位高时自动转入分类收集模式，不同废水储存罐的入口阀在自动模式下与放射性活度在线检测模块12的门限值联控，亦可手动单独遥控。进入分类收集模式后，首先关闭主接收遥控阀1，打开废水收集系统中相应的储存罐入口阀，关闭废液预检罐入口阀6，打开废液预检罐出口阀7，让废液预检罐中的废水在压力作用下流入废水储存罐16，然后打开预检出口阀2，关闭废液预检罐出口阀7，打开主接收遥控阀1，外部放射性废水转运至相应的废水储存罐中。完成外部放射性废水接收后，首先关闭主接收遥控阀1，再关闭其他阀门。
39.循环检测，关闭本装置中的所有阀件，打开废水检测排放入口阀3和循环检测出口阀4，打开废水收集系统中的相关阀件附件，罐中的废水在专用泵(借用废水收集系统中的泵浦)的作用下经过放射性活度在线检测模块12，记录活度值，后送回原储存罐或根据活度值调整储存位置。
40.排放预检，通过上述循环检测功能基本掌握本船放射性废水的状态，根据情况选择：1)排岸，连接排岸相关管路，首先打开主接收遥控阀1和检测排放入口阀3，再依次打开废水收集系统中的相关阀件附件，通过废水收集系统中的专用泵将废水经过本装置送入岸边；2)排放，在允许排放的情况下，可以打开排舷外出口阀5和检测排放入口阀3，再依次打开废水收集系统中的相关阀件附件，实现对外排放。
41.去污，关闭主接收遥控阀1和排舷外出口阀5，打开清洗淡水入口阀8，外部清洁淡水在压力作用下送入本装置，根据实际去污需要可以选择开关其他阀件，清洗后的水需排入废水储存罐16。为将船用淡水被污染的可能降至最低，清洗淡水入口e采用快速接头，用临时软管与船上淡水管路连接。使用完毕应即时拆卸。
42.如图2至图4所示，放射性活度在线检测模块12包括顶部抗干扰屏蔽体21、探测器主屏蔽体24、闪烁体探测器25、主屏蔽体过渡支座26等。
43.放射性活度在线检测模块12安装在主进出总管上，不直接与放射源接触。放射性活度在线检测模块12使用nai闪烁体探测器5，其原理是在空气中将放射性废水的辐射信号转换成光信号，经过放大后输出电信号，进一步处理、分析。考虑到放射性废水来源可能会有较高温度，会超出nai闪烁体探测器25的工作范围，放射性活度在线检测模块采用非接触
式安装，通过上、下卡箍22，27固定在本装置进出总管路上，闪烁体探测器25外部设置40mm铅层来屏蔽环境本底，闪烁体探测器25距离管路留有2mm间距，并敷设一层玻璃纤维用来隔热。
44.如图5所示，废液预检罐13采用立式结构，罐体结构由碳钢+铅屏蔽+不锈钢三层组成，最大有效容积约为40l。最内部的承压结构采用45#碳钢，外侧敷设50mm厚度铅屏蔽层40，铅屏蔽层40采用铅带缠绕，最外层采用2mm厚的316l不锈钢装饰板41，钢制内壁42厚度为10mm。废液预检罐内部采用气囊43，将罐体内部分为水室和气室，其中气室可以通过顶部的充气嘴和排气阀44对压力进行调节和控制，水室与压力罐底部的废液预检进出口45相连，可以与废液预检装置的管路系统连通。
45.废液预检罐最大承压能力与本装置的管路阀件保持一致，不低于4.0mpa，预充压力0.2mpa。废液预检罐内设置压力表，实时显示废液预检罐内部及系统压力，并将信号远传，与废液预检罐入口阀进行联锁控制，当罐内压力超过2.0mpa时，自动关闭废液预检罐入口阀；同时，将废液预检罐顶部排气阀的开启压力锁定在3.0mpa，超过3.0mpa时自动打开，保证系统压力不超过3.0mpa。
46.本发明可以实现活度预检、分类接收、循环检测、排放预检、去污功能五个功能。
47.1)活度预检功能。本装置通过管路阀件的控制，实现被保障船舶的放射性废水微量接收，并储存在废液预检罐中，通过放射性活度在线检测模块的快速响应，在远程控制端实时显示放射性废水的活度值，并对一些典型核素给出预判(如
137
cs、
60
co、
131
i)，帮助本船船员掌握被保障船舶的放射性废水的状态，为是否接收、如何接收提供决策辅助。
48.2)分类接收功能。决定接收放射性废水后，根据本船废水收集系统的原理，操作相应的控制阀件，分类接收至对应的储存罐中。废水罐的入口阀可与本装置的活度门限值联锁，以实现自动分类接收功能。
49.3)循环检测功能。在废水储存期间，根据相关要求，应对储存的放射性废水进行严格管理，则可以使用循环检测功能，储存罐中的放射性废水通过专用泵(借用废水收集系统中的泵浦)送至本装置检测排放入口，经过放射性活度在线检测模块，后送回至原储存罐。全程采用远程操作，避免了人员取样检测带来的繁琐和风险。
50.4)排放预检功能。需要排放或者排岸时，可利用循环检测功能的管路，在检测达标后，打开排舷外遥控阀排出本船，或者打开主接收遥控阀实现排岸。
51.5)去污功能。执行接收放射性废水任务后，可通过本功能对装置内部管路及废液预检罐进行去污。需要注意的是，清洗淡水的压力不能低于废液预检罐预设的压力值。
52.本发明适用于各类船用放射性废水系统收集转运系统，在不影响系统功能的前提下实现了放射性废水的活度预检和分类接收，为放射性废水的收集管理提供了依据。本发明可以作为接收排放管路的一部分，直接串联在主接收排放管路上，减少了现场管路施工的复杂程序。
53.本发明体积小，安装简单，管路采用对接焊为主的方式，可在场外进行探伤及拍片检查，减少了泄露和维护的需要。同时，放射性活度在线检测模块、废液预检罐等均具有良好的可维护性，方便拆卸、清洁、更换、标定等维护需要；
54.本发明采用了“承压预检”的创新设计，废液预检罐和装置内部管路阀件均可承受外部动力源的工作压力。本装置仅需要从源头上截取少量放射性废水，极大减少了预检放
射性废水对本船的影响，即便是放射性超标的废水，对本船的影响也十分有限，通过手动操作可以实现稀释排放/储存，紧急排放等功能。本发明采用了“在线预检”的创新设计，有效提高了放射性活度检测的速度和效率，在60s内(一般20s左右)即可初步掌握放射性废水的活度。
55.本发明中采用了多个遥控阀，可以根据使用需要进一步开发出更多的功能模式，具有很强的拓展性。
56.采用本发明后，将有效提升废水收集系统的安全性，杜绝了超标接收废水的可能；采用本发明后，可以严格落实放射性废物的管控规定，将不同活度分类的放射性废水分类接收，为放射性废水的后处理提供了便利；采用本发明后，可以更加精准的设计船用废水收集系统，避免过于保守设计对全船废水收集系统带来的资源浪费，可以降低系统的尺寸、重量，提高船舶舱室利用率；采用本发明后，可以灵活结合远程遥控的需要，避免了人员近距离取样化验的风险，方便操作，安全便捷。