CN204455305U - 一种含氚重水自循环电解*** - Google Patents

一种含氚重水自循环电解*** Download PDF

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马飞
丁睿
张晓辉
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Abstract

本实用新型公开了一种含氚重水自循环电解***，属于对核电站含氚重水处理回收技术领域。所述***包括电解槽、控制单元、氘/氧换热器、氘/氧分离器、氘/氧洗涤器、冷却水箱、冷却水泵和冷却水二次换热器；氘/氧换热器、氘/氧分离器和依次通过管道连接，并在出口管路上设置氘/氧出口自动阀；冷却水箱、冷却水泵和冷却水二次换热器依次通过管道连接；电解槽通过管道与氘/氧换热器连接，并在管路上设置温度传感器；氘/氧分离器通过管道与电解槽连通，且管道上并连有富集排放自动阀；氘/氧换热器通过管道与冷却水箱连接；氘/氧换热器通过管道与冷却水二次换热器连接，且在之间的管路上设置冷却水自动阀；控制单元与***之间通过电缆连接。

Description

一种含氚重水自循环电解***
技术领域
本实用新型涉及一种含氚重水自循环电解***，尤其涉及一种高浓度碱性含氚重水自循电解***，属于对核电站含氚重水处理回收相关的技术领域。
背景技术
核电在我国能源体系中所占的比重逐年提高，每年投入运行的核电站数量也不断增加，随之产生了大量带有放射性的含氚重水。当重水中氚的含量达到一定浓度时，其放射性就会对周围的人和设备造成很大危害，因此必须对其进行处理。以往的处理方法是将其密封后深埋，此种方式存在放射性物泄漏的风险，对重水和氚也是一种极大的浪费。目前，新研究开发的含氚重水处理方法有：蒸汽催化交换技术、液相催化交换技术和电解浓集方法。电解法具有成本低、流程简单、操作条件温和及电解池浓集因子高等优点，成为含氚重水处理的主要方法。上述方法为防止发生放射性物质泄漏，并防止空气中的普通水蒸气混入重水，影响重水的纯度，含氚重水的处理需在密闭***内进行，但这不能完全排除发生氚泄漏的可能，且碱性含氚重水电解富集***不能实现全自动控制或远程控制，会导致操作人员遭受放射性伤害。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种含氚重水自循环电解***，所述***工艺流程简单，操作条件温和，电解过程全自动控制，防止可能发生的放射性物质泄漏对操作人员造成的伤害。
本实用新型的目的由以下技术方案实现：
一种含氚重水自循环电解***，所述***主要包括电解槽、氘分离组件、氧分离组件、冷却组件和控制单元；
其中，所述电解槽的顶端设置有氘组分出口和氧组分出口，底端设置有碱液回流口；
所述氘分离组件包括氘换热器、氘分离器、氘洗涤器和氘出口自动阀；所述氘分离器上设置有氘侧液位传感器、碱液出口、氘气出口和待分离氘组分进口；
所述氧分离组件包括氧换热器、氧分离器、氧洗涤器和氧出口自动阀，所述氧分离器上设置有氧侧液位传感器、碱液出口、氧气出口和待分离氧组分进口；
所述冷却组件包括冷却水箱、冷却水泵和冷却水二次换热器；
整体连接关系为：
所述氘分离器的待分离氘组分进口通过连接管与氘换热器的热流体出口连通，氘气出口通过连接管与氘洗涤器的进口连通，并在氘洗涤器的出口管路上设置有氘出口自动阀；所述氧分离器的待分离氧组分进口通过连接管与氧换热器的出口连通，氧气出口通过连接管与氧洗涤器的入口连通，并在氧洗涤器的出口管路上设置有氧出口自动阀；所述电解槽的氘组分出口通过连接管与氘换热器的热流体入口连通，氧组分出口通过连接管与氧换热器的热流体入口连通，并在电解槽与氧换热器之间的管路上设置有温度传感器；所述氘分离器的碱液出口和氧分离器的碱液出口均通过连接管与电解槽的碱液回流口连通，且所述连接管上并连有富集排放自动阀；所述冷却组件的冷却水箱、冷却水泵和冷却水二次换热器依次通过连接管连接；所述氘换热器的冷却水进口和氧换热器的冷却水进口均通过连接管与冷却水二次换热器的二次冷却水出口通，且在氧换热器和冷却水二次换热器连接之间的管路上设置有冷却水自动阀；所述氘换热器的冷却水出口和氧换热器的冷却水出口均通过连接管与冷却水箱的冷却水入口连通；所述控制单元与氘出口自动阀、氧出口自动阀、冷却水自动阀、富集排放自动阀、温度传感器、氘侧液位传感器和氧侧液位传感器之间均通过电缆连接。
进一步的，所述氘换热器和氧换热器均为蛇管式换热器。
工作原理：
电解槽中的电解液通电后产生氘气和氧气；其中，所述氘气与碱液混合物依靠自身升力进入氘换热器初步冷却后，在氘分离器中分离，氘气上升进入氘洗涤器，碱液流回电解槽；所述氧气与碱液混合物依靠自身升力进入氧换热器初步冷却后，在氧分离器中分离，氧气上升进入氧洗涤器，碱液流回电解槽；冷却水从冷却水箱进入冷却水泵，经过冷却水二次换热器后进入氘换热器和氧换热器，吸收***热量后回到冷却水箱。
所述电解过程为放热过程，***温度不断升高接近工作温度后，冷却组件开始工作，冷却水泵启动，控制单元根据温度传感器采集到的***温度反馈信号，控制冷却水自动阀的开度，达到控制***温度的目的。
所述电解***为带压工作***，电解不断进行将使***压力不断升高，控制单元根据氘侧液位传感器和氧侧液位传感器采集到的液位反馈信号，控制氘出口自动阀和氧出口自动阀的开度，保证***压力及氘、氧两侧液位稳定。当电解时间达到设计要求，控制单元打开富集排放阀，将浓集后的含氚重水排出。
有益效果
(1)本实用新型所述***工艺流程简单，操作条件温和，电解过程全自动控制，防止了可能发生的放射性物质泄漏对操作人员造成的伤害。
(2)本实用新型所述***采用闭式冷却水方式，通过二级冷却的方法，使***介质与外来冷却水不会同时共存在同一换热器中，可避免一旦换热器发生泄漏造成对外来冷却水介质造成的放射性污染。
(3)本实用新型所述***的氘换热器和氧换热器均使用蛇管式换热器，可减少冷凝器的焊点，隔离***介质，降低发生氚泄漏的概率。
(4)本实用新型所述***还可与氢同位素交换***、低温蒸馏***联用，获得中性的高放射性含氚重水，实现氚资源的回收。
附图说明
图1为本实用新型所述含氚重水自循环电解***的结构示意图；
其中，1-电解槽、2-氘换热器、3-氧换热器、4-氘分离器、5-氧分离器、6-氘洗涤器、7-氧洗涤器，8-冷却水箱，9-冷却水泵，10-冷却水二次换热器，11-富集排放自动阀，12-氘出口自动阀，13-氘出口自动阀，14-冷却水自动阀，15-氘侧液位传感器，16-氧侧液位传感器，17-温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本实用新型，但不限于此。
实施例
一种含氚重水自循环电解***，所述***的结构示意图如图1所示，其主要包括电解槽1、氘分离组件、氧分离组件、冷却组件和控制单元；
其中，所述电解槽1的顶端设置有氘组分出口和氧组分出口，底端设置有碱液回流口；
所述氘分离组件包括氘换热器2、氘分离器4、氘洗涤器6和氘出口自动阀12；所述氘分离器4上设置有氘侧液位传感器15、碱液出口、氘气出口和待分离氘组分进口；
所述氧分离组件包括氧换热器3、氧分离器5、氧洗涤器7和氧出口自动阀13，所述氧分离器5上设置有氧侧液位传感器16、碱液出口、氧气出口和待分离氧组分进口；
所述冷却组件包括冷却水箱8、冷却水泵9和冷却水二次换热器10；
整体连接关系为：
所述氘分离器4的待分离氘组分进口通过连接管与氘换热器2的热流体出口连通，氘气出口通过连接管与氘洗涤器6的进口连通，并在氘洗涤器6的出口管路上设置有氘出口自动阀12；所述氧分离器5的待分离氧组分进口通过连接管与氧换热器3的出口连通，氧气出口通过连接管与氧洗涤器7的入口连通，并在氧洗涤器7的出口管路上设置有氧出口自动阀13；所述电解槽1的氘组分出口通过连接管与氘换热器2的热流体入口连通，氧组分出口通过连接管与氧换热器3的热流体入口连通，并在电解槽1与氧换热器3之间的管路上设置有温度传感器17；所述氘分离器4的碱液出口和氧分离器5的碱液出口均通过连接管与电解槽1的碱液回流口连通，且所述连接管上并连有富集排放自动阀11；所述冷却组件的冷却水箱8、冷却水泵9和冷却水二次换热器10依次通过连接管连接；所述氘换热器2的冷却水进口和氧换热器3的冷却水进口均通过连接管与冷却水二次换热器10的二次冷却水出口通，且在氧换热器3和冷却水二次换热器10连接之间的管路上设置有冷却水自动阀14；所述氘换热器2的冷却水出口和氧换热器3的冷却水出口均通过连接管与冷却水箱8的冷却水入口连通；所述控制单元与氘出口自动阀12、氧出口自动阀13、冷却水自动阀14、富集排放自动阀11、温度传感器17、氘侧液位传感器15和氧侧液位传感器16之间均通过电缆连接。
进一步的，所述氘换热器2和氧换热器3均为蛇管式换热器。
工作原理：
电解槽1中的电解液通电后产生氘气和氧气；其中，所述氘气与碱液混合物依靠自身升力进入氘换热器2初步冷却后，在氘分离器4中分离，氘气上升进入氘洗涤器6，碱液流回电解槽1；所述氧气与碱液混合物依靠自身升力进入氧换热器3初步冷却后，在氧分离器5中分离，氧气上升进入氧洗涤器7，碱液流回电解槽1；冷却水从冷却水箱8进入冷却水泵9，经过冷却水二次换热器10后进入氘换热器2和氧换热器3，吸收***热量后回到冷却水箱8。
所述电解过程为放热过程，***温度不断升高接近工作温度后，冷却组件开始工作，冷却水泵9启动，控制单元根据温度传感器17采集到的***温度反馈信号，控制冷却水自动阀14的开度，达到控制***温度的目的。
所述电解***为带压工作***，电解不断进行将使***压力不断升高，控制单元根据氘侧液位传感器15和氧侧液位传感器16采集到的液位反馈信号，控制氘出口自动阀12和氧出口自动阀13的开度，保证***压力及氘、氧两侧液位稳定。当电解时间达到设计要求，控制单元打开富集排放阀，将浓集后的含氚重水排出。
本实用新型包括但不限于以上实施例，凡是在本实用新型精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种含氚重水自循环电解***，其特征在于：所述***主要包括电解槽(1)、氘分离组件、氧分离组件、冷却组件和控制单元；
其中，所述电解槽(1)的顶端设置有氘组分出口和氧组分出口，底端设置有碱液回流口；
所述氘分离组件包括氘换热器(2)、氘分离器(4)、氘洗涤器(6)和氘出口自动阀(12)；所述氘分离器(4)上设置有氘侧液位传感器(15)、碱液出口、氘气出口和待分离氘组分进口；
所述氧分离组件包括氧换热器(3)、氧分离器(5)、氧洗涤器(7)和氧出口自动阀(13)，所述氧分离器(5)上设置有氧侧液位传感器(16)、碱液出口、氧气出口和待分离氧组分进口；
所述冷却组件包括冷却水箱(8)、冷却水泵(9)和冷却水二次换热器(10)；
整体连接关系为：
所述氘分离器(4)的待分离氘组分进口通过连接管与氘换热器(2)的热流体出口连通，氘气出口通过连接管与氘洗涤器(6)的进口连通，并在氘洗涤器(6)的出口管路上设置有氘出口自动阀(12)；所述氧分离器(5)的待分离氧组分进口通过连接管与氧换热器(3)的出口连通，氧气出口通过连接管与氧洗涤器(7)的入口连通，并在氧洗涤器(7)的出口管路上设置有氧出口自动阀(13)；所述电解槽(1)的氘组分出口通过连接管与氘换热器(2)的热流体入口连通，氧组分出口通过连接管与氧换热器(3)的热流体入口连通，并在电解槽(1)与氧换热器(3)之间的管路上设置有温度传感器(17)；所述氘分离器(4)的碱液出口和氧分离器(5)的碱液出口均通过连接管与电解槽(1)的碱液回流口连通，且所述连接管上并连有富集排放自动阀(11)；所述冷却组件的冷却水箱(8)、冷却水泵(9)和冷却水二次换热器(10)依次通过连接管连接；所述氘换热器(2)的冷却水进口和氧换热器(3)的冷却水进口均通过连接管与冷却水二次换热器(10)的二次冷却水出口通，且在氧换热器(3)和冷却水二次换热器(10)连接之间的管路上设置有冷却水自动阀(14)；所述氘换热器(2)的冷却水出口和氧换热器(3)的冷却水出口均通过连接管与冷却水箱(8)的冷却水入口连通；所述控制单元与氘出口自动阀(12)、氧出口自动阀(13)、冷却水自动阀(14)、富集排放自动阀(11)、温度传感器(17)、氘侧液位传感器(15)和氧侧液位传感器(16)之间均通过电缆连接。
2.根据权利要求1所述的一种含氚重水自循环电解***，其特征在于：所述氘换热器(2)和氧换热器(3)均为蛇管式换热器。
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