中低放射性固體廢物壓縮減容系統(tǒng)輥道傳輸線集成設(shè)計

任憲常，丁 穎，歐國勇，戈永軍，張 峰

(深圳中廣核工程設(shè)計有限公司，廣東 深圳 518000)

中低放射性固體廢物壓縮減容系統(tǒng)輥道傳輸線集成設(shè)計

任憲常，丁 穎，歐國勇，戈永軍，張 峰

(深圳中廣核工程設(shè)計有限公司，廣東 深圳 518000)

根據(jù)工藝要求，進(jìn)行了中低放射性固體廢物壓縮減容系統(tǒng)輥道傳輸線中單元設(shè)備的設(shè)計，并根據(jù)自動控制任務(wù)流程，進(jìn)行了系統(tǒng)集成設(shè)計。該設(shè)計的應(yīng)用使各工序有效地連接在一起，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且有效避免了操作人員與放射性廢物的過多接觸。

壓縮減容系統(tǒng)；輥道；集成設(shè)計

根據(jù)我國放射性廢物分類方法的規(guī)定，中低放射性固體廢物是指含有放射性核素或被放射性核素污染的比活度≤4×1010Bq/kg(5 a≤半衰期≤30 a)或≤4×109Bq/kg(半衰期>30 a)的固體廢物。這類廢物中不含或只含有極少量的長壽命超鈾核素，所以國際社會的最終處置方式均采取近地表處置。中低放射性固體廢物的處置費用約為1～8 萬美元/m3，對中低放射性廢物實行有效的減容處理可大大減少廢物處置費用，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

中低放射性固體廢物處理流程圖如圖1所示。壓縮減容系統(tǒng)主要包括切割解體單元、分揀初壓單元、超壓減容單元、灌漿固定單元以及廢液存儲單元，其主要設(shè)備包括輥道傳輸線、切割解體工作站、分揀手套箱、初壓機(jī)、超壓機(jī)、灌漿設(shè)備和屏蔽門等，其中，輥道傳輸線是系統(tǒng)的主要物料傳輸設(shè)備，其主要功能是實現(xiàn)廢物桶在不同工位間的傳輸、定位和頂升。

圖1 中低放射性固體廢物處理流程圖

長期以來，國內(nèi)壓縮減容系統(tǒng)設(shè)備由國外供應(yīng)商集成供貨，隨著國內(nèi)放射性廢物處理任務(wù)的加重，壓縮減容處理設(shè)備的國產(chǎn)化也帶來了重要的發(fā)展機(jī)遇。本文以壓縮減容能力建設(shè)項目為例，介紹了壓縮減容系統(tǒng)輥道傳輸線的自主化集成設(shè)計。

1 設(shè)備組成

輥道傳輸線分布在分揀初壓單元和超壓減容單元2個子系統(tǒng)中，分揀初壓單元輥道傳輸線包括9段輥道、2段側(cè)移輥道、7套移載裝置和6套頂升裝置，如圖2所示。各單元設(shè)備的功能如下：1)常規(guī)輥道，用于廢物桶沿X方向或Y方向的雙向傳輸；2)側(cè)移輥道，與移載裝置配合使用，實現(xiàn)廢物桶在X-Y垂直方向的雙向傳輸功能；3)移載裝置，實現(xiàn)廢物桶在X-Y垂直方向的雙向傳輸功能；4)頂升裝置，用于分揀手套箱裝桶站位，將廢物桶頂起，使其與手套箱裝料口的密封圈實現(xiàn)密封對接。

超壓減容單元僅有3段常規(guī)輥道，而且結(jié)構(gòu)與分揀初壓單元相同，本文以分揀初壓單元的輥道傳輸線為例進(jìn)行介紹。

圖2 分揀初壓單元輥道傳輸線布置示意圖

2 設(shè)備設(shè)計

2.1 常規(guī)輥道

輥道傳輸線的傳輸對象為200 L廢物桶。系統(tǒng)有多段輥道，長度不盡相同，最長的輥道可同時傳輸6個滿載廢物桶。導(dǎo)輥采用定軸式設(shè)計，導(dǎo)輥通過深溝球軸承安裝在心軸上，心軸承擔(dān)全部傳輸質(zhì)量。導(dǎo)輥通過兩端的定位套與機(jī)架實現(xiàn)快速連接，拆卸方便。鏈輪和鏈條采用防塵罩設(shè)計，防止被沾污。常規(guī)輥道示意圖如圖3所示，輥子結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示[1]。

圖3 常規(guī)輥道示意圖

圖4 輥子結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 側(cè)移輥道

側(cè)移輥道除了實現(xiàn)常規(guī)輥道的功能外，還要與移載裝置配合使用，實現(xiàn)廢物桶在X-Y垂直方向的雙向傳輸。側(cè)移輥道結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。其與常規(guī)輥道的不同之處為：1)由于與移載裝置為交叉裝配，機(jī)架單邊需開口；2)側(cè)移輥道配置光電傳感器，以進(jìn)行定位廢物桶的精確定位；3)傳輸速度為變頻調(diào)速，調(diào)速范圍為2～5 m/min。

圖5 側(cè)移輥道結(jié)構(gòu)圖

2.3 移載裝置

移載裝置是用于兩段垂直輥道以及在垂直輥道方向進(jìn)行廢物桶傳輸?shù)难b置。移載裝置由頂升機(jī)構(gòu)和拖移機(jī)構(gòu)組成(見圖6)：頂升機(jī)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)擺動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動裝置推動擺動機(jī)架繞擺動軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)廢物桶的頂升及回落；拖移機(jī)構(gòu)包括拖移鏈條和驅(qū)動裝置，拖移鏈輪鏈條支承在擺動機(jī)架上，實現(xiàn)廢物桶的傳輸。

圖6 移載裝置結(jié)構(gòu)示意圖

在輥道傳輸時，移載裝置位于側(cè)移輥道下方，避免與廢物桶干涉；當(dāng)進(jìn)行側(cè)移操作時，頂升機(jī)構(gòu)將廢物桶頂起，鏈條傳輸面高于輥道傳輸面約10 mm，將廢物桶頂起脫離輥道，拖移鏈條將廢物桶傳輸至目標(biāo)工位后，移載裝置回落，廢物桶重新落回到輥道傳輸線上，從而實現(xiàn)廢物桶的傳輸[2]。

移載裝置有3種類型(見圖7)：1)I型移載裝置，用于廢物桶在垂直輥道之間的傳輸；2)II型移載裝置，用于廢物桶在輥道與頂升裝置(分揀手套箱)之間的傳輸；3)III型移載裝置，用于廢物桶在輥道與初壓機(jī)之間的傳輸。

圖7 移載裝置示意圖

2.4 頂升裝置

頂升裝置位于分揀手套箱下部，用于待裝料廢物桶的頂升，如圖8所示。當(dāng)廢物桶被移載裝置傳輸至裝桶位置時，移載裝置回落，頂升裝置將桶頂起。分揀手套箱下料口的空心密封圈與廢物桶頂端進(jìn)行密封對接，實現(xiàn)與分揀手套箱裝桶口的密封，以防止放射性氣溶膠的擴(kuò)散。

圖8 分揀手套箱與輥道位置示意圖

頂升裝置采用偏心輪結(jié)構(gòu)，如圖9所示，垂直頂升最大頂升行程為50 mm，頂升時間為3 s。所有上升和下降電動機(jī)都采用同方向運行設(shè)計，以保證偏心輪的磨損均勻[3]。

圖9 頂升裝置結(jié)構(gòu)圖

3 集成設(shè)計

3.1 總體設(shè)計

單元設(shè)備集成設(shè)計的主要目的是控制各個電動機(jī)的運行，保持電動機(jī)之間運行關(guān)系協(xié)調(diào)，并且設(shè)置防止發(fā)生事故的安全保護(hù)功能。

輥道傳輸線的控制方式設(shè)置分為手動和半自動2種(不能同時選擇2種)：手動控制是指針對單個執(zhí)行機(jī)構(gòu)在人機(jī)界面上進(jìn)行的所有單步操作；半自動控制是按預(yù)定程序?qū)崿F(xiàn)工藝流程中某一部分功能的控制流程，每個半自動控制流程設(shè)置為1個子任務(wù)，每一步操作均以相應(yīng)傳感器檢測到廢物桶而停止。本系統(tǒng)共設(shè)置了10個子任務(wù)，各子任務(wù)的流程圖如圖10～圖15所示。金屬壓扁間進(jìn)桶、初級壓縮和出桶流程與上述流程基本一致，不再贅述。

圖10 進(jìn)空桶流程圖

圖11 空桶開蓋后傳輸流程圖

圖12 分揀初壓流程(分揀手套箱到初級壓縮機(jī))

圖13 分揀初壓流程(初級壓縮機(jī)到分揀手套箱)

圖14 滿桶出桶流程(分揀手套箱到封蓋站位)

圖15 滿桶出桶流程(封蓋站位到出桶站位)

3.2 控制原理

輥道傳輸各單元設(shè)備可以進(jìn)行手動或半自動控制，對設(shè)備操作及運行提供適當(dāng)?shù)穆?lián)鎖和報警，并且將輥道所有報警信號傳輸至上位機(jī)，控制框圖如圖16所示。分揀間輥道控制系統(tǒng)與分揀手套箱系統(tǒng)及屏蔽門之間的信號交換采用總線通信方式。

圖16 輥道傳輸線控制框圖

3.3 系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)使用Profibus-TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，采用Profibus-TCP/IP的總線協(xié)議構(gòu)成PLC總線控制系統(tǒng)，可以最大限度地減少輸入和輸出線路的長度和中轉(zhuǎn)的接插件數(shù)量，以減少系統(tǒng)的故障點。通過Profibus-DP總線連接各從站并交換信息，可減少整個系統(tǒng)的控制連線，以利于減少設(shè)備的接觸故障。系統(tǒng)通過控制觸摸顯示器，實現(xiàn)操作人員和控制系統(tǒng)的人機(jī)對話。控制觸摸屏可以了解系統(tǒng)的工作狀況，調(diào)整系統(tǒng)的工作參數(shù)，對系統(tǒng)的故障進(jìn)行診斷。

為實現(xiàn)桶在輥道上的各個站點間能夠平穩(wěn)、準(zhǔn)確地傳輸，輥道上采用對射光電開關(guān)以及接近開關(guān)對廢物桶進(jìn)行定位，PLC利用傳感器的反饋信號對輥道進(jìn)行控制。

3.4 系統(tǒng)可靠性

1)失去電源時，裝置自動處于鎖定狀態(tài)，不得有滑動和跌落動作，不影響來電后設(shè)備恢復(fù)正常。重新通電時，發(fā)出報警信號并恢復(fù)到原狀態(tài)，在人工解除鎖定狀態(tài)后，可以繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)動作。

2)裝置出現(xiàn)故障或遇到阻礙等異常狀況時，暫停所有動作，發(fā)出報警信號并鎖定。故障或異常排除且人工解除鎖定狀態(tài)后，裝置恢復(fù)正常工作。

4 結(jié)語

本文完成了中低放射性固體廢物壓縮減容系統(tǒng)的輥道傳輸線集成設(shè)計，其應(yīng)用使各工序有效地連接在一起，不僅提高了生產(chǎn)效率，更重要的是有效避免了操作人員與放射性廢物的過多接觸。

[1] 北京起重運輸機(jī)械研究所. JB/T 7012—2008 輥子輸送機(jī)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[3] 王玉，劉化建.升降輥道裝置的設(shè)計與研究[J].冶金設(shè)備管理與維修，2003,21(4)：4-5.

責(zé)任編輯馬彤

IntegrationDesignofRollerConveyerintheCompressionandVolumeReductionSystemforLowandIntermediateLevelRadioactiveSolidWaste

REN Xianchang, DING Ying, OU Guoyong, GE Yongjun, ZHANG Feng

(Shenzhen China Nuclear Power Design Co., Ltd., Shenzhen 518000, China)

According to the requirement of the processing, this paper designs the unit equipment of the roller conveyer in the compression and volume reduction system for low and intermediate level radioactive solid waste. Besides, integration design is achieved based on the automatic control process, which connects all the processes effectively, not only improves production effectively, but also avoids excessive contact to the radioactive waste for the operator.

compression and volume reduction system，roller conveyer，integration design

TH 215

：A

任憲常(1984-)，男，工程師，碩士，主要從事核電廠三廢處理設(shè)備設(shè)計等方面的研究。

2014-09-01