中低放射性固体废物压缩减容系统辊道传输线集成设计

任宪常，丁 颖，欧国勇，戈永军，张 峰

(深圳中广核工程设计有限公司，广东 深圳 518000)

中低放射性固体废物压缩减容系统辊道传输线集成设计

任宪常，丁 颖，欧国勇，戈永军，张 峰

(深圳中广核工程设计有限公司，广东 深圳 518000)

根据工艺要求，进行了中低放射性固体废物压缩减容系统辊道传输线中单元设备的设计，并根据自动控制任务流程，进行了系统集成设计。该设计的应用使各工序有效地连接在一起，不仅提高了生产效率，而且有效避免了操作人员与放射性废物的过多接触。

压缩减容系统；辊道；集成设计

根据我国放射性废物分类方法的规定，中低放射性固体废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)的固体废物。这类废物中不含或只含有极少量的长寿命超铀核素，所以国际社会的最终处置方式均采取近地表处置。中低放射性固体废物的处置费用约为1～8 万美元/m3，对中低放射性废物实行有效的减容处理可大大减少废物处置费用，具有明显的经济效益和社会效益。

中低放射性固体废物处理流程图如图1所示。压缩减容系统主要包括切割解体单元、分拣初压单元、超压减容单元、灌浆固定单元以及废液存储单元，其主要设备包括辊道传输线、切割解体工作站、分拣手套箱、初压机、超压机、灌浆设备和屏蔽门等，其中，辊道传输线是系统的主要物料传输设备，其主要功能是实现废物桶在不同工位间的传输、定位和顶升。

图1 中低放射性固体废物处理流程图

长期以来，国内压缩减容系统设备由国外供应商集成供货，随着国内放射性废物处理任务的加重，压缩减容处理设备的国产化也带来了重要的发展机遇。本文以压缩减容能力建设项目为例，介绍了压缩减容系统辊道传输线的自主化集成设计。

1 设备组成

辊道传输线分布在分拣初压单元和超压减容单元2个子系统中，分拣初压单元辊道传输线包括9段辊道、2段侧移辊道、7套移载装置和6套顶升装置，如图2所示。各单元设备的功能如下：1)常规辊道，用于废物桶沿X方向或Y方向的双向传输；2)侧移辊道，与移载装置配合使用，实现废物桶在X-Y垂直方向的双向传输功能；3)移载装置，实现废物桶在X-Y垂直方向的双向传输功能；4)顶升装置，用于分拣手套箱装桶站位，将废物桶顶起，使其与手套箱装料口的密封圈实现密封对接。

超压减容单元仅有3段常规辊道，而且结构与分拣初压单元相同，本文以分拣初压单元的辊道传输线为例进行介绍。

图2 分拣初压单元辊道传输线布置示意图

2 设备设计

2.1 常规辊道

辊道传输线的传输对象为200 L废物桶。系统有多段辊道，长度不尽相同，最长的辊道可同时传输6个满载废物桶。导辊采用定轴式设计，导辊通过深沟球轴承安装在心轴上，心轴承担全部传输质量。导辊通过两端的定位套与机架实现快速连接，拆卸方便。链轮和链条采用防尘罩设计，防止被沾污。常规辊道示意图如图3所示，辊子结构示意图如图4所示[1]。

图3 常规辊道示意图

图4 辊子结构示意图

2.2 侧移辊道

侧移辊道除了实现常规辊道的功能外，还要与移载装置配合使用，实现废物桶在X-Y垂直方向的双向传输。侧移辊道结构图如图5所示。其与常规辊道的不同之处为：1)由于与移载装置为交叉装配，机架单边需开口；2)侧移辊道配置光电传感器，以进行定位废物桶的精确定位；3)传输速度为变频调速，调速范围为2～5 m/min。

图5 侧移辊道结构图

2.3 移载装置

移载装置是用于两段垂直辊道以及在垂直辊道方向进行废物桶传输的装置。移载装置由顶升机构和拖移机构组成(见图6)：顶升机构为旋转摆动机构，驱动装置推动摆动机架绕摆动轴旋转，实现废物桶的顶升及回落；拖移机构包括拖移链条和驱动装置，拖移链轮链条支承在摆动机架上，实现废物桶的传输。

图6 移载装置结构示意图

在辊道传输时，移载装置位于侧移辊道下方，避免与废物桶干涉；当进行侧移操作时，顶升机构将废物桶顶起，链条传输面高于辊道传输面约10 mm，将废物桶顶起脱离辊道，拖移链条将废物桶传输至目标工位后，移载装置回落，废物桶重新落回到辊道传输线上，从而实现废物桶的传输[2]。

移载装置有3种类型(见图7)：1)I型移载装置，用于废物桶在垂直辊道之间的传输；2)II型移载装置，用于废物桶在辊道与顶升装置(分拣手套箱)之间的传输；3)III型移载装置，用于废物桶在辊道与初压机之间的传输。

图7 移载装置示意图

2.4 顶升装置

顶升装置位于分拣手套箱下部，用于待装料废物桶的顶升，如图8所示。当废物桶被移载装置传输至装桶位置时，移载装置回落，顶升装置将桶顶起。分拣手套箱下料口的空心密封圈与废物桶顶端进行密封对接，实现与分拣手套箱装桶口的密封，以防止放射性气溶胶的扩散。

图8 分拣手套箱与辊道位置示意图

顶升装置采用偏心轮结构，如图9所示，垂直顶升最大顶升行程为50 mm，顶升时间为3 s。所有上升和下降电动机都采用同方向运行设计，以保证偏心轮的磨损均匀[3]。

图9 顶升装置结构图

3 集成设计

3.1 总体设计

单元设备集成设计的主要目的是控制各个电动机的运行，保持电动机之间运行关系协调，并且设置防止发生事故的安全保护功能。

辊道传输线的控制方式设置分为手动和半自动2种(不能同时选择2种)：手动控制是指针对单个执行机构在人机界面上进行的所有单步操作；半自动控制是按预定程序实现工艺流程中某一部分功能的控制流程，每个半自动控制流程设置为1个子任务，每一步操作均以相应传感器检测到废物桶而停止。本系统共设置了10个子任务，各子任务的流程图如图10～图15所示。金属压扁间进桶、初级压缩和出桶流程与上述流程基本一致，不再赘述。

图10 进空桶流程图

图11 空桶开盖后传输流程图

图12 分拣初压流程(分拣手套箱到初级压缩机)

图13 分拣初压流程(初级压缩机到分拣手套箱)

图14 满桶出桶流程(分拣手套箱到封盖站位)

图15 满桶出桶流程(封盖站位到出桶站位)

3.2 控制原理

辊道传输各单元设备可以进行手动或半自动控制，对设备操作及运行提供适当的联锁和报警，并且将辊道所有报警信号传输至上位机，控制框图如图16所示。分拣间辊道控制系统与分拣手套箱系统及屏蔽门之间的信号交换采用总线通信方式。

图16 辊道传输线控制框图

3.3 系统组成

控制系统使用Profibus-TCP/IP网络，采用Profibus-TCP/IP的总线协议构成PLC总线控制系统，可以最大限度地减少输入和输出线路的长度和中转的接插件数量，以减少系统的故障点。通过Profibus-DP总线连接各从站并交换信息，可减少整个系统的控制连线，以利于减少设备的接触故障。系统通过控制触摸显示器，实现操作人员和控制系统的人机对话。控制触摸屏可以了解系统的工作状况，调整系统的工作参数，对系统的故障进行诊断。

为实现桶在辊道上的各个站点间能够平稳、准确地传输，辊道上采用对射光电开关以及接近开关对废物桶进行定位，PLC利用传感器的反馈信号对辊道进行控制。

3.4 系统可靠性

1)失去电源时，装置自动处于锁定状态，不得有滑动和跌落动作，不影响来电后设备恢复正常。重新通电时，发出报警信号并恢复到原状态，在人工解除锁定状态后，可以继续执行相应动作。

2)装置出现故障或遇到阻碍等异常状况时，暂停所有动作，发出报警信号并锁定。故障或异常排除且人工解除锁定状态后，装置恢复正常工作。

4 结语

本文完成了中低放射性固体废物压缩减容系统的辊道传输线集成设计，其应用使各工序有效地连接在一起，不仅提高了生产效率，更重要的是有效避免了操作人员与放射性废物的过多接触。

[1] 北京起重运输机械研究所. JB/T 7012—2008 辊子输送机[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.

[3] 王玉，刘化建.升降辊道装置的设计与研究[J].冶金设备管理与维修，2003,21(4)：4-5.

责任编辑马彤

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

任宪常(1984-)，男，工程师，硕士，主要从事核电厂三废处理设备设计等方面的研究。

2014-09-01