新的DOE处理方法

      INEEL在一个位于南爱达荷州的890平方英里的美国政府保留地中运营着8个主要设施从20世纪50年代至90年代，INEEL 的主要任务之一就是接收，储存和再处理使用过的核燃料。使用过的核燃料从核反应堆送至INEEL，在核反应堆处，这些使用过的核燃料被保存在地下储槽中得以冷却然后这些废核燃料用酸浸并经过一个三级分离过程。自1962年起，从分离过程中得到的液体提取废料经过锻烧工艺使其变为烘干的粉末—这样可以更稳定地储存—然后将这些粉末状废料放置在不锈钢的储罐中。

      这种工艺在1992被停用了。在1998 年以前，液体的废料被彻底地锻烧。但是，其他来自工厂正常运行的液态废料和来自去污净化过程的废料—也被称为含碱废料（SBW）一直在产生。SBW与提取出的废料溶液有很大的不同，不能用传统的锻烧工艺进行处理。自20世纪90年代初期，能源部门（DOE）一直在研究用于有效处理SBW的方案。

      可以理解公众和政府部门对于INEEL的处理放射性废料方式所给予的强烈关注。在改变环保法规，技术要求和行政管理等方面为DOE采用新的处理核废料技术的行为带来很多额外的挑战。实行任何新的工艺都会面临技术和法规方面的风险。

      为了最大程度地控制风险，DOE同时推进了两种处理SBW的方法：

      ◆ 蒸汽重整
      ◆ 更新锻烧工艺

      蒸汽重整

      图1 说明了蒸汽重整工艺流程。来自罐区的SBW进入到混合罐中，在混合罐中，所有必须的添加剂在重整工艺开始之前与核废料进行混合。混合的废料在一个还原性环境中（缺氧富碳）进入到一个流化床进行蒸汽重整。从重整装置顶部出来的尾气含有一些颗粒，经过一个旋风分离器和一个洗涤塔进行分离，余气被送入至一个热氧化器中去除所有的碳氢化合物。然后，气体经过HEPA过滤器和汞去除工艺，从排出管排出。

图1：蒸汽重整工艺

      更新的锻烧工艺

      图2说明了更新的锻烧工艺。更新的锻烧工艺与蒸汽重整工艺很类似。具体区别包括：

      ◆ 需要充足的添加剂（在混合罐中）来处理SBW中多余的碱。
      ◆ 反应器是一个使用煤油为燃料的锻烧流化床。在反应器中的富氧环境会产生很多的氮氧化物（NOx），必须在尾气中去除这类氮氧化物。

      尾气处理是一个多级工艺过程。首先，去除NOx，在中间阶段净化尾气。最后工艺段是用氧化剂去除所有残留在尾气中的毒素。

图2 ：更新的锻烧工艺

      尾气的测量

      在这些系统的两端，流量计都是必须配备的在进口端，流量计测量氧气的质量流量，使用氧气流量计，操作员可以调节正确的还原或氧化气雾在出口端，流量计测量物料平衡。贯穿工艺过程的物料平衡对于评估废料处理系统而言是一个关键性的测量。以测量尾气质量流量为基础的质量平衡测量可以使得操作员了解工艺是怎样运行的—这些元素是怎样进出系统的—因此他们可以调整工艺以更好地运转。从公众审核和法规要求的立场而言，这点也是非常重要的。公众和环境机构希望知道处理工艺是否有效，安全并且对环境的负面影响程度最小。所以对尾气进行的精确质量流量测量，是绝对必要的。

      但是，在如何获得精确的尾气测量方面，存在很多困难，譬如:

      ◆ 尾气是高温且有腐蚀性的，必须要考虑到材料的选择和流量计的设计因数
      ◆ 在流出反应器之前，尾气的精确成分一般是不知道的。

      INEEL试验工厂

      INEEL建造了一个试验工厂来示范运行DOE推行的新型处理方法。在设计处理系统的时候，考虑到两种流量测试技术：科氏质量流量计和孔板差压流量计。

      孔板差压流量计

      考虑采用孔板流量计的主要原因是压差式流量计被广泛¡地了解，使用和接受。孔板流量计可以提供相对简单的测量，这些测量可以非常容易地被整合入任何控制系统中。

      但是，有很多在这类应用中不采用孔板流量计的理由。应用的设计目的是测量整个工艺过程的物料平衡，安装孔板流量计得到精确质量测量被证明是有困难的。为达到一个很好的精确水平，孔板流量计的安装要求非常特殊的管道，会有很高的压损。此外，孔板流量计要求分离式的温度和压力测量，和已知的空气组分来计算质量流量。将两个额外的仪表安装到管道上是很不方便的，但不是一件不可能的事。但是，提前知道尾气的组分却不是很容易能实现的。

      在使用孔板流量计测试的过程中，INEEL人员使用连续放射监视设备来确定尾气的组分。但是，这样测定的质量流量无法用于实现物料平衡。放射监视仪表需要经常进行标定，当用于典型尾气测定时，被证明是不可靠的。此外，在测试结束后确定计算的精度是一项烦琐的工作，每次运行需要占用大约每个统计员40小时的时间，在使用孔板流¡量计的成本中增加了相当可观的费用。

      高准科氏质量流量计

      尽管INEEL工程师不是很熟悉高准科氏质量流量计，但他们不会遇到如孔板流量计一样的问题。科氏质量流量计直接测量质量，不会因尾气中压力、温度、或者组分改变而带来影响。无需额外的仪表和放射监视设备。科氏质量流量计的all-in-one方案带给用户的更进一步的受益在于仪表的精度是持续可测量的—尾气温度或者组分可以有很大的变化但是这种变化不会影响科氏质量流量计的质量流量精度。

      总结

      科氏质量流量计是唯一能够在半真空工况下，精确测量组分不断发生变化的尾气质量的测量技术。由高准科氏质量流量计提供的持续一致的高精度测量在INEEL试验工厂项目中展示了独特的适应性以满足能源部处理SBW的需求并给环境带来最小的影响。此外，高准科氏质量流量计为INEEL节省使用孔板流量计时所需的40小时/每统计员/每次运行。如果每个统计员的人工成本为$50/小时，使用高准质量流量计所需要的费用仅为3到4次运行。

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