阅读说明：本技术 一种带有透气装置的船用放射性废水储存罐 (Marine radioactive wastewater storage tank with ventilation device ) 是由 贺军 韩想安 付云鹏 孙佳云 蔡报炜 彭磊 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种带有透气装置的船用放射性废水储存罐,包括储存罐本体,储存罐本体的顶部还固定有主透气管路透气组件和辅助透气管路透气组件；主透气管路透气组件包括转运直通截止阀和可远程操作的遥控阀,储存罐本体顶部通过管路依次连接转运直通截止阀和遥控阀,遥控阀连接有透气兼溢流管；辅助透气管路透气组件包括储存直通截止阀和呼吸阀,储存罐本体顶部通过管路依次连接储存直通截止阀和呼吸阀。本发明采用非承压放射性废水储存罐,在常压储存的前提下,提高了收集罐接纳废水的容量,基本避免了放射性废气逸散至罐外的风险,同时保证了系统的正常稳定运行,提高了船舶总体资源利用率,降低了废水储运系统的造价。(The invention discloses a marine radioactive wastewater storage tank with a ventilation device, which comprises a storage tank body, wherein the top of the storage tank body is also fixedly provided with a main ventilation pipeline ventilation assembly and an auxiliary ventilation pipeline ventilation assembly; the main ventilation pipeline ventilation assembly comprises a transfer straight-through stop valve and a remote control valve capable of being operated remotely, the top of the storage tank body is sequentially connected with the transfer straight-through stop valve and the remote control valve through pipelines, and the remote control valve is connected with a ventilation and overflow pipe; supplementary ventilative subassembly of pipeline is including storing through stop valve and breather valve, and storage tank body top connects gradually through stop valve and breather valve through the pipeline. The invention adopts the non-pressure-bearing radioactive waste water storage tank, improves the waste water receiving capacity of the collection tank on the premise of normal pressure storage, basically avoids the risk of radioactive waste gas escaping to the outside of the tank, simultaneously ensures the normal and stable operation of the system, improves the utilization rate of the total resources of the ship, and reduces the manufacturing cost of the waste water storage and transportation system.)

一种带有透气装置的船用放射性废水储存罐

技术领域

本发明涉及一种带有透气装置的船用放射性废水储存罐，属于船舶特殊系统(装备)设计和核工程系统设计的交叉技术领域。

背景技术

随着船舶功能的多样化，对船舶特殊系统的设计要求也越来越高，近年来，核动力船舶凭借自身的优势，逐渐在船舶领域扮演起重要角色。核动力装置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。

放射性废水收集系统的功能主要包括两方面：转运工况，其主要特点是液位变化大，废水储存罐中空气压力波动大；储存工况，其主要特点是液位稳定，但是罐内放射性废水的自由液面会随着船舶运动产生波动，还有温度变化导致的罐内空气体积发生变化，进而导致罐内空气压力有轻微波动。

目前已有的具有放射性废水收集功能的船舶，主要是采用承压式屏蔽容器来进行收集，一般需要承压达到0.5MPa以上。由于放射性废水储存罐一般需达到20m³以上，且需要设置铅层屏蔽，所以对于承压式屏蔽罐的生产和制造来说，其工艺复杂，体积大，重量重，且造价较高，检验复杂，对于船舶总体资源的消耗也比较大。放射性废水采用承压式屏蔽容器储存主要是考虑在废水收集系统转运和运输过程中，为了避免产生放射性气体逸散至船舶其他部位，将屏蔽容器密闭，所以容器需要能够承受设计压力下的强度安全。如采用非承压放射性废水储存罐，虽然其生产制造的工艺简单，体积小，重量轻，检验简单，但其存在设计强度和密封性的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何使得放射性废水储存罐同时满足制造成本低、制造工艺和检验流程简单化、能承受的强度高、容器密闭。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种带有透气装置的船用放射性废水储存罐，包括储存罐本体，储存罐本体的顶部设有冲洗入口和废水入口，储存罐本体的底部设有废水出口，其特征在于，所述的储存罐本体的顶部还固定有主透气管路透气组件和辅助透气管路透气组件；主透气管路透气组件包括转运直通截止阀和可远程操作的遥控阀，储存罐本体顶部通过管路依次连接转运直通截止阀和遥控阀，遥控阀连接有透气兼溢流管；辅助透气管路透气组件包括储存直通截止阀和呼吸阀，储存罐本体顶部通过管路依次连接储存直通截止阀和呼吸阀。

优选地，所述的转运直通截止阀和储存直通截止阀均为常开状态。

优选地，所述的主透气管路透气组件和辅助透气管路透气组件均设有两组，船用放射性废水储存罐内部分为前片体和后片体，前片体和后片体上均设有一组主透气管路透气组件、一组辅助透气管路透气组件、一个冲洗入口、一个废水入口和一个废水出口；前片体和后片体之间通过连通管连接。

优选地，所述的前片体和后片体上的遥控阀均与废水转运系统连接，前片体和后片体上的遥控阀之间设置联锁。

优选地，所述的连通管上设有气溶胶吸附滤器。

优选地，所述的气溶胶吸附滤器的外部敷设有可拆式屏蔽层。

优选地，所述的储存罐本体为非承压放射性废水储存罐本体。

优选地，转运工况时，在放射性废水接纳和排出过程中，打开主透气管路上的遥控阀，实现转运功能；转运工作结束后，及时关闭遥控阀；

储存工况时，关闭所有遥控阀，通过呼吸阀，减少储存罐本体内空气与储存罐本体外空气的接触。

优选地，所述的呼吸阀包括阀体，阀体内设有真空阀配重盘和真空阀盘，真空阀配重盘设于真空阀盘上，真空阀盘设于真空阀座上，真空阀座设于阀体的下端，阀体的下端通过防火网外罩与防火网底罩连接，防火网外罩内设有防火网，防火网底罩的中间设有顶杆，顶杆的一端依次穿过防火网底罩、防火网、真空阀座并顶在真空阀盘上，真空阀配重盘的正上方设有压力阀盘，压力阀盘设于压力阀座上，压力阀座设于阀体上，压力阀盘上设有压力阀配重，阀体与其上方的阀盖固定连接，压力阀配重设于阀体与阀盖之间的腔体内，压力阀配重的上端与提升杆的一端固定连接，提升杆的另一端穿过阀盖的上端与提升手柄固定连接。

优选地，所述的阀盖的上端与提升杆之间设有衬套和O形圈，O形圈设于衬套与提升杆之间。

本发明采用非承压放射性废水储存罐，对透气装置进行了设计，在常压储存的前提下，提高了收集罐接纳废水的容量，基本避免了放射性废气逸散至罐外的风险，保障危险液体(如放射性废水)在船舶上安全存放，同时保证了系统的正常稳定运行，提高了船舶总体资源利用率，降低了废水储运系统的造价，适用于船用放射性废水收集系统，也可以为其他危险液体转运系统提供参考。

本发明可保障系统正常运转和隔离安全性，可实现危险液体在船舶上储存和转运的特殊要求，确保系统在满足功能要求的同时，保证罐体的强度安全和密封的有效性，且自动化程度高，操作简便。

本发明采用双透气管路和连通短管的创新设计，既满足废水储存罐在不同工况下的强度安全和密封性要求，又可以对废水罐的内部空气进行过滤净化，优化出罐空气质量，方便维护。

采用本发明后，放射性废水收集系统可以采用非耐压屏蔽罐作为废水储存罐，有效降低了整套系统的尺寸、重量，提高船舶舱室利用率；同时也降低了废水罐的制造成本。通过联锁控制的手段，可以满足放射性废水的管控要求，自动化程度高，操作方便，安全便捷。

本发明的有益效果是：

1)通过透气装置的应用，可使用非耐压屏蔽罐收集放射性废水，实现废水转运系统基本功能，保证了废水罐强度安全和屏蔽隔离的有效性；

2)相比传统的屏蔽压力罐储存，透气装置可以有效减小屏蔽罐的尺寸，降低重量，优化船舶总体资源配置；

3)透气装置可以有效处理和净化透气品质，基本避免了放射性气溶胶对罐外造成污染的风险；

4)避免了屏蔽压力容器繁杂的制造工艺和检验流程，降低了系统制造成本；

5)透气装置可采用远程操作，自动化程度高，安全可靠，便于操作；

6)透气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

图1为本发明提供的一种带有透气装置的船用放射性废水储存罐的工作原理示意图；

图2为本发明提供的一种带有透气装置的船用放射性废水储存罐顶部的安装位置布置图；

图3为呼吸阀的结构示意图。

具体实施方式

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。

本发明提供了一种带有透气装置的船用放射性废水储存罐，透气装置应用的场景是放射性废水储存罐，如图1所示，储存罐本体的顶部设有冲洗入口和废水入口，储存罐本体的底部设有废水出口，放射性废水储存罐内部分为前片体和后片体，每个片体可以独立接收、储存、排放放射性废水。

每个片体上均安装有透气装置，透气装置由两组独立的透气组件组成：一组为主透气管路透气组件，用来执行转运工况下的透气功能，由316L不锈钢管(主透气管路)、转运直通截止阀(前片体转运直通截止阀1、后片体转运直通截止阀15)和遥控阀(即前片体电液式遥控阀2、后片体电液式遥控阀16。本实施例中，遥控阀均为电液式遥控阀。)组成，管径DN100，一般情况下前片体转运直通截止阀1和后片体转运直通截止阀15常开，前片体电液式遥控阀2、后片体电液式遥控阀16由废水转运系统遥控操作，并设置联锁；另一组为辅助透气管路透气组件，用来执行储存工况下的透气功能，由316L不锈钢管(辅助透气管路)、储存直通截止阀(前片体储存直通截止阀3、后片体储存直通截止阀13)和呼吸阀(前片体呼吸阀4、后片体呼吸阀14)组成，管径DN80，一般情况下前片体储存直通截止阀3和后片体储存直通截止阀13常开。在两个片体中间设置短管连接，材质316L，通径DN100，并设置1只滤器(即气溶胶吸附滤器9)，可以吸附过滤废水转运过程中逸散在空气里的水汽和气溶胶。滤器外部敷设可拆式屏蔽，材料为10mm铅板+2mm不锈钢装饰板，方便维护和更换。倘若顶部安装空间紧张，气溶胶吸附滤器9也可以不设，中间的连通管8相当于U型管，有一定的阻隔作用，减少气体中的水汽成分，达到净化透气的效果。即前片体和后片体之间的连通管8可以阻碍废水转运过程中的水汽逸散。

在主透气管路执行功能时，储存罐的一个片体内空气通过连通管8至另一侧片体的主透气管路排出(吸入)储存罐。

主透气管路透气组件和辅助透气管路透气组件均设有两组，船用放射性废水储存罐内部分为前片体和后片体，前片体上设有一组主透气管路透气组件(前片体转运直通截止阀1、前片体电液式遥控阀2)、一组辅助透气管路透气组件(前片体储存直通截止阀3、前片体呼吸阀4)、前片体冲洗入口6、前片体废水入口7和前片体废水出口10；后片体上设有一组主透气管路透气组件(后片体转运直通截止阀15、后片体电液式遥控阀16)、一组辅助透气管路透气组件(后片体储存直通截止阀13、后片体呼吸阀14)、后片体冲洗入口12、后片体废水入口11和后片体废水出口18。前片体和后片体之间通过连通管8连接。

在转运工况时，由于废水系统波动大，废水中的气溶胶容易弥散在空气中，但经过连通管8和气溶胶吸附滤器9后，可以有效地净化和降低罐内空气中的放射性物质；

在放射性废水接纳和排出过程中，打开主透气管路上的电液式遥控阀，保证转运过程的顺畅，实现转运功能。由于储存罐不承压，透气兼溢流管需满足溢流管的基本要求，即1.25倍注入管径。同时应根据船舶总体的辐射防护管理方案和放射性废水系统设计方案，决定是否需要设置后处理装置，一般可采用气溶胶吸附滤器9。在结束放射性废水转运工作后，应及时操作主透气管路上的电液式遥控阀，关闭此主透气管路。

对于接收排放工况，以废水罐前片体接收废水为例阐述如下：首先遥控打开废水罐后片体顶部的后片体电液式遥控阀16，过10s后，遥控打开废水罐的前片体废水入口7处的阀门执行废水接收任务，随着废水罐前片体中的液位升高，液面上部空气的压力增大，迫使罐内空气流入中间连通管8中，经过气溶胶吸附滤器9吸附空气中的气溶胶后进入废水罐后片体，再通过主透气管路的后片体转运直通截止阀15、后片体电液式遥控阀16，排出罐外。接收废水完成后，首先遥控关闭废水罐前片体的前片体废水入口7的阀门，经过10s后，自动关闭废水罐后片体顶部的后片体电液式遥控阀16。任务执行完毕。

在储存工况时，只需将所有遥控阀门关闭即可，利用前片体呼吸阀4和后片体呼吸阀14的压差控制功能，在保证罐子强度安全的前提下，隔断罐内空气与外部的联系。由于罐内自由空气少，液位稳定，气溶胶含量低，随着废水温度降低，在呼吸阀的作用下(压力阀可以适当调高，但不超过罐体设计强度)，罐内空气压力会略低于罐外，基本可以避免罐内气体排出罐外的可能。

在放射性废水储存过程中，关闭主透气管路，打开辅助透气管路的呼吸阀，依靠压差平衡装置(即常开的储存直通截止阀)来保证储存罐密闭性和强度安全。

对于其他非典型工况，如冲洗、空载等，可以灵活的套用以上两种模式，保障系统正常使用。

对于透气装置的操作和转换，均为远程操作，避免了进入沾染区的风险，在远程控制柜上设置一键操作模式——转运模式和储存模式，可一键打开相应控制装置，不需要人为干预，自动化程度高，操作简便，也避免了误操作的可能。同时通过放射性废水系统的监控系统，实时关注容器内液位和压力，在应急状况下可以越控单独操作各个阀件，保证了系统的可用性和安全性。

如图2所示，透气装置安装在储存罐本体的顶板上，布置在储存罐本体的加强筋之间。主透气管路采用焊接连接，并延长至储存罐本体侧面的污水井内；辅助透气管路的控制阀件直接焊接在顶面板的加强筋之间；连通管8也是采用焊接连接，长度约1.5米，通径与主透气管路采用同样的口径DN100，管路壁厚与罐体主结构壁厚相同，采用6mm厚不锈钢管路。

前片体电液式遥控阀2连接有前片体透气兼溢流管，前片体透气兼溢流管的出口为前片体透气兼溢流口5；后片体电液式遥控阀16连接有后片体透气兼溢流管，后片体透气兼溢流管的出口为后片体透气兼溢流口17。前片体呼吸阀4上设有前片体储存透气口19，后片体呼吸阀14上设有后片体储存透气口20。

如图3所示，呼吸阀包括阀体401，阀体401内设有真空阀配重盘408和真空阀盘406，真空阀配重盘408设于真空阀盘406上，真空阀盘406设于真空阀座407上，真空阀座407设于阀体401的下端，阀体401的下端通过防火网外罩404与防火网底罩405连接，防火网外罩404内设有防火网403，防火网底罩405的中间设有顶杆402，顶杆402的一端依次穿过防火网底罩405、防火网403、真空阀座407并顶在真空阀盘406上，真空阀配重盘408的正上方设有压力阀盘409，压力阀盘409设于压力阀座410上，压力阀座410设于阀体401上，压力阀盘409上设有压力阀配重411，阀体401与其上方的阀盖415通过双头螺栓413、六角螺母414固定连接，阀体401与阀盖415之间设有垫片412，压力阀配重411设于阀体401与阀盖415之间的腔体内，压力阀配重411的上端与提升杆419的一端固定连接，提升杆419的另一端穿过阀盖415的上端与提升手柄418固定连接。

阀盖415的上端与提升杆419之间设有衬套416和O形圈417，O形圈417设于衬套416与提升杆419之间。阀盖415的侧面设有用于显示提升手柄位置的标牌421。

压力盘关闭时提升手柄位置如图3中的422所示，压力盘开启时提升手柄位置如图3中的423所示。

本发明中的呼吸阀保证废水罐密闭储存安全的压差装置主要由高精度呼吸阀来实现。高精度呼吸阀由真空阀和压力阀组成，阀体采用不316L不锈钢。根据本专利应用的废水罐设计压力为40kpa，将压力阀的开启压力设定为10kpa±10％，最大工作压力≤21kpa；真空阀的开启压力设定为-5kpa±20％，最大工作压力>-7kpa。同时，本发明应用的场景中，两个片体内的呼吸阀可以互相备份，提高了透气系统的可靠性。

本发明对非耐压放射性废水储存罐的透气系统进行开发设计，在确保非耐压罐强度安全的前提下，控制罐内的放射性气体无法进入船舶舱室内。通过本装置的应用可以有效降低放射性废水储存罐的尺寸、重量和制造成本。

采用双透气管路设计：对于转运、冲洗等工况采用主透气管路；对于储存、空载等工况采用辅助透气管路维持废水罐内压力。

辅助透气管路中的压差平衡装置采用呼吸阀设计，根据储存罐设计压力调整呼吸阀设定压力，满足储存罐强度和密闭性要求。

在内部分隔的非耐压罐透气管路设计时，可以在罐体外部顶端设置相互连通的短管将各独立区域打通，并最终选择合适的部位与罐外连通透气。

在内部分隔的非耐压罐透气管路设计时，可以采用连通管设计对排出空气进行简单净化，或视情增设处理装置，优化排出气体质量。