Александра-Плюс

ультразвуковые технологии и оборудование

от идеи до воплощения

Докладчик: Н. М. Лебедев

Опыт разработки и применения ультразвуковых технологий

в ядерной энергетике

Научно-технический совет Санкт-Петербургского государственного технологического института

Санкт-Петербург, 2015 г.

3

О предприятии в цифрах

25 патентов

58 авторов патентов

54 человека работают на предприятии

125 городов поставок в 9 странах

более 100 ультразвуковых излучателей

более 400 моделей оборудования

4

География поставок

5

ОтраслиМашиностроение 13,7 %

Металлургия 13,3 %

Железнаядорога 8,9 %

Горно-обогатительная16,0 %

Атомнаяэнергетика34,6 %

Прочие 4,4 %

Ликёроводочная 2,4 %

Коммунальноехозяйство 4,7 %

Фармацевти-ческая 2,1 %

Поставки в 2006—2013

годах

6

Крупнейшие заказчики в России● Российские железные

дороги● Нововоронежская АЭС

● Северсталь

● Новолипецкий металлургический комбинат

● Норильский Никель

● Кольчугинский завод цветных металлов

● НИИ «Гермес»

● Тяжпрессмаш

● Среднеуральский металлургический завод

● Чепецкий механический завод

● Рязанский завод металлокерамических приборов

● Ижевский мотозавод

● Северное федеральное предприятие по обращению с РАО

● Ярославский завод дизельной аппаратуры

7

Заказчики за рубежом

Украина● Запорожский сталепрокатный

завод● Мариупольский

металлургический комбинат● Мотор Сич● Криворожсталь● Катех-Электро● Чугуевский завод топливной

аппаратуры● Азовкабель● Панком-ЮН

Белоруссия● Белорусская

железная дорога● Белорусский

металлургический завод

● Речицкий метизный завод

● Технолит

8

Заказчики за рубежом

Литва● Западная

судоремонтная верфь

● Специалус Монтажас

Латвия● Локомотив-Сервис● Экстракту рупника

Казахстан● Казцинк● Казахмыс● Таукентское горно-

химическое предприятие● Петропавловский ЛВЗ

Киргизия● Кара-Балтинский

горнорудный комбинат

9

Научные партнёры

● МИСиС

● СПбГТИ

● МГУ им. Ломоносова

● НИИЭФА им. Ефремова

● НИКИЭТ им. Доллежаля

● ВХНРЦ им. Грабаря

● ВНИИНМ им. Бочвара

● ЦНИИчермет им. Бардина

● ЦНИГРИ

● МИФИ

● ОКБ Гидропресс

● ВНИИПБТ

● Гинцветмет

● Горный институт КНЦ РАН

● ИФХ РАН

● ВНИИ ж/д гигиены

● ВНИИХТ

10

Основные направления деятельности

● Ультразвуковая очистка● Дезактивация твёрдых радиоактивных

отходов● Обогащение руд● Обеззараживание питьевой и сточной воды● Кристаллизация металлов● Ускорение жидкостных процессов

(перемешивание, растворение, экстракция)

11

Примеры оборудования для очистки

← 5-нитевая установка для очистки проволоки

← Встраиваемый модуль для очистки поверхности труб

Установка для очистки тележек электровозов (самая большая в мире

УЗ ванна, 19 м³)

12

ЦНИИ «Буревестник»

Приёмка установки для ультразвуковой очистки труб длиной до 9 м

13

Вологодский оптико-механический завод

Линия ультразвуковой очистки оптических деталей

14

Уфимское моторостроительное производственное объединение

Комплекс ультразвуковой очистки с ополаскиванием и сушкой

15

Очистка ТВС

● Установка для очистки на Нововоронежской АЭС

● Очистка ТВС при ремонте реакторов

● Улучшение характеристик реакторов

16

Снижение трения при установке твэлов в ТВС

Дистанцирующие решётки

Канальные трубки

Преобразователь

Приёмный стол

Толкатель

Электро-шкаф

Сборочный стенд

● Работы проводились в ОКБ «Гидропресс»

● Использовался каркас ТВС-2 реактораВВЭР-1000

17

Снижение трения при установке твэлов в ТВС

● Усилие при установке твэлов снизилосьв 3–4 раза

18

Прессование топливых таблеток

100

120

140

160

180

200

220

240

400

450

500

550

600

650

700

прочность на изгиб, МПа

без УЗбез УЗ

УЗУЗ

Влияние ультразвука на прочность топливных

таблетокПуансон

УЗ преобразователи

Пресс-форма Прессуемыйматериал разрушающая

нагрузка, кгс

19

Кристаллизация металлов

Способы введения ультразвуковых колебаний (УЗК) в расплав металла:● При литье в изложнице:

● непосредственное введение УЗК в расплав● наложение УЗК на изложницу

● При непрерывном и полунепрерывном литье:● наложение УЗК на кристаллизатор● введение УЗК в зону кристаллизации через

расплав

2020

21

Полунепрерывное литьё медного слитка диаметром 200 мм

Схема кристаллизатора с УЗИ

22

Исследование изломов

Без ультразвука. При большом увеличении видны дефекты поверхности излома и частицы неметаллических включений.

С ультразвуком. Классический ямочный излом. В ямках видны раздробленные ультразвуком частицы неметаллических включений.

23

Обеззараживание жидкостейУльтразвуковые преобразователи

Ультрафиолетоваялампа

Микроорганизмы попадают в светозвуковое поле…

…где подвергаются воздействию

кавитации……и ультрафиолетового

излучения

24

Примеры оборудования для обеззараживания воды

25

Проблема дезактивации РАО

● 8—15 тыс. т металлических РАО (МРО) образуются при выводе одного блока АЭС

● Захоронение затратно, транспортировка сложна и опасна

● Переработка экономически интересна● Большинство загрязнений —

в поверхностной плёнке: продукты коррозии, отложения и т. п. (150—200 мкм)

26

Ультразвуковая дезактивация

● Удаление продуктов коррозии и поверхностных загрязнений в растворах

● Кавитация ускоряет жидкостные процессы● Нужны большие ультразвуковые (УЗ) ванны

с сильной кавитацией● Пьезокерамические УЗ излучатели

эффективны и надёжны● Резонансные явления усиливают эффект

27

Опытная установка для дезактивации MO-42

Установка на испытаниях в ПВХ губы Андреева

28

Результаты испытаний в губе Андреева

● Исходное β-загрязнение образов:до 18 000 частиц/(см² мин)⋅

● После дезактивации: 16 частиц/(см² мин)⋅● Средний коэффициент дезактивации: 850● Объем кондиционированных РАО

уменьшился более чем в 30 раз● Себестоимость дезактивации: 15 руб./кг

(в ценах 2007 года)

29

Опытная дезактивация ТРО Белоярской АЭС

Модуль НО-145

Без ультразвука С ультразвуком

112 часов 2 часа 48 минут

Фрагменты ТРОдо и после дезактивации

30

Изменение активности(опытная дезактивация ТРО Белоярской АЭС)

0,1

1

10

100

1000

10000

0,1 1 10 100

с УЗбез УЗ

Время, часы

Уде

льн

ая а

кти

внос

ть,

кБк/

кг

МЗУА

2 ч 48 мин0,23 кБк/кг

112 ч2,24 кБк/кг

Среднеактивные

Низкоактивные

31

Ультразвук + электрохимия

1 5 7 10 Время, мин.

10

5

0

15

20

25

30

Коэ

фф

ицие

нт д

езак

т ива

ци

и

ЭХ

УЗ

УЗ+ЭХ

Дезактивацияв лабораторииСПбГТИ (ТУ)

32

Ультразвук + электрохимия

● Дезактивация труб твэлов в ПО «Маяк»

● Время экспозиции: 30—60 с

● Исходная загрязнённость:1000 α-част./мин. см²⋅

● После обработки:≤ 5 α-част./мин. см²⋅ МО-174

33

Установка для дезактивации MO-128

● Сделана по заказу ВНИИНМ им. Бочвара

● Передвижная ультразвуковая ванна со встроенной системой струйной очистки высокого давления

34

Установка для дезактивации MO-152

● Спроектирована и изготовлена для Калининской АЭС

● Объём ультразвуковой ванны — 2,2 м³

35

Новые установки

МО-332 (Нижегородское отделение «РосРАО»)дезактивация крупногабаритных изделий

МО-304 (ПО «Маяк»)дезактивация фрагментов пеналов АМБ

36

Ёмкость для подготовки дезактивирующего раствора

Проект участка дезактивации

Ёмкость для чистой воды для ополаскивания

Место приёма ТРОМесто отгрузки

дезактивированных ТРО

MO-21 MO-21

Блок цементирования ЖРО

MO-92 MO-92MO-92MO-42

MO-12

MO-152MO-128

УЗВ-12 MO-110 MO-55

УЗВ-12

MO-128

Фильтр контейнер

Зона дезактивации Зона ополаскивания

37

Очистка хранилищ ЖРО

● Растворение донных и пристеночных отложений

● Модуль плавает под действием акустических течений

На испытаниях модуля

38

Контактный резонансный ультразвук

● Резонатор установки очистки ТВС на Нововоро-нежской АЭС

● Резонатор на трубной доске теплообменника завода «Надежда» («Норильский Никель»)

39

Контактный резонансный ультразвук

● УЗ модули встроены в установку производства НИИ «Гермес»

● Очистка баков и сборочных единиц ракет Протон-М и Союз-2

● Металлургический завод «Серп и молот»

● УЗ преобразователи на кристаллизаторе

● Повышение качества поверхности и снижение трения

40

Проблема

● Очень много радиоактивного грунта

Губа Андреева

осадки

грунт

глина

41

Объёмы загрязнённого грунта на ПВХ

● Губа Андреева:

~ 3500 м³ НАО (104—106 Бк/кг)

~ 500 м³ САО (до 107 Бк/кг)● Пос. Гремиха:

~ 2000 м³ НАО (104—106 Бк/кг)

~ 200 м³ САО (до 4,7×107 Бк/кг)

42

Существующая схема дезактивации

Грунт

Сортировка

Замачивание

УЗ обработка

Гидроклассификация

Флокуляция

Камни, ветки

Чистый грунт

Оборотная вода

ТРО

отделениемелкодисперсной

фракции

отделение воды,компактирование

43

Ультразвуковая дезактивация грунта

● Ультразвуковая очистка поверхностей частиц

● Крупная фракция требует более тщательной очистки

● Разделение фракций ускоряет процесс и снижает расходы

44

Опытные работы

● Промывка и разделение фракций просеиванием

● Испытания на модельном материале

● Испытания в «Радоне» на реальном и искусственно загрязнённом радиоактивном грунте

НО-180

45

Результаты дезактивации

0 1 3 5 101

10

100

1000

570

71 69 66 65

570

5,1

2,5 2,2 2

без УЗс УЗМЗУА

время, ч

удел

ьна

я а

кти

вно

сть,

кБ

к/кг

Дезактивация песка, загрязнённого 137Csв растворе HNO3, 63 г/л

46

Образцы грунта

До обработки После обработки

47

Установки колонного типа

● Обработка сыпучих веществ жидкостью с ультразвуком

● Вещество загружается сверху

● Жидкость подаётся противотоком снизу

Установка для очистки порошка гафния на ЧМЗ

48

Проект промышленной установки

Нужно исследовать:● Диаметр● Шаг витков шнека● Градиент и удельная

площадь отверстий● Напор жидкости● и т. д.

Вода

Реагент

Шнек сперфо-рацией

УЗ преобра-зователи

Грунт

49

Схема работы установки

50

Скважинное выщелачивание урановых руд. Точки внедрения

UU

U

U

UU

UU

UU

UU

U

U

U

U

U

закачка выщелачивающего раствора

откачка продуктивного раствора

закачная скважина откачная скважина

снижениевязкости

повышениеокислительнойспособности

очисткаскважинныхфильтроврудоносный

песчаныйгоризонт

2

3

1

51

Снижение вязкости раствора

● Вязкость повышается в холодное время

● Возрастает сопротивление в насосах, трубопроводах и фильтрах закачных скважин

к закачнойскважине

модули с ультразвуковыми излучателями

насос

● Ультразвук снижает вязкость

● Требуется меньшее количество и мощность насосов

● Улучшается проникновение раствора в рудоносный слой

52

Повышение окислительной способности раствора

● Обработка раствора ультразвуком и УФ-излучением

● Насыщение раствора озоном

● Повышение интенсивности и глубины выщелачивания урана из руды

закачная скважина

ультразвуковыеизлучатели

ультрафиолетовыелампы

раствор

воздух

53

Очистка скважинных фильтров

● Ультразвуковая очистка известна своей эффективностью

● Проблема: нет погружного УЗ генератора → потеря сигнала в длинных проводах

U

U

UU

U

U

U

U U

откачнаяскважина

ультразвуковойизлучатель

скважинныйфильтр

УЗГ

54

Очистка скважинных фильтров

● Решение проблемы: разработка УЗ генератора, способного работать в скважине на больших глубинах

U

U

UU

U

U

U

U U

откачнаяскважина

ультразвуковойизлучатель

скважинныйфильтр

УЗГ

55

Испытания генератора

Разобранный ультразвуковой генератор

Полевые испытания на ТГХП

56

Спасибо за внимание

ООО «Александра-Плюс»

Россия, г. Вологда

+7 (8172) 72-40-88, 72-90-19

mail@alexplus.ru

www.alexplus.ru