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申请/专利权人：中国核动力研究设计院

摘要：本发明属于核设施退役技术领域，具体涉及一种超高压超临界二氧化碳流载干冰切割的方法。本发明包括如下步骤：步骤1、超临界二氧化碳制备；步骤2、超高压超临界二氧化碳流载干冰喷射；步骤3、二氧化碳回收。本发明能够实现对核设施退役现场的金属废物的切割解体，提高切割效率，降低二次放射性废物处置量，保护工作人员、公众和环境安全。

主权项：1.一种超高压超临界二氧化碳流载干冰切割的方法，基于一种超高压超临界二氧化碳流载干冰的切割装置，包括工业气瓶1，补充泵2，储罐3，干冰造粒机4，干冰破碎机5，振动筛6，漏斗7，增压泵8，加热器9，负压导流罩10，喷射切割装置11，干燥器12，回收泵13，两级过滤器14，切割解体件15；工业气瓶1通过补充泵2与储罐3连接，储罐3同时与干冰造粒机4和增压泵8连接，干冰造粒机4与干冰破碎机5连接，增压泵8与加热器9连接；从干冰破碎机5生产出的干冰颗粒落入到漏斗7中，漏斗7上设振动筛6，漏斗7与喷射切割装置11连接；经过增压泵8、加热器9的超高压超临界二氧化碳与喷射切割装置11连接，喷射切割装置11一端连接有切割解体件15，外围设有负压导流罩10，负压导流罩10收集到的二氧化碳气体通过干燥器12、回收泵13、两级过滤器14与储罐3连通，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、超临界二氧化碳制备；步骤2、超高压超临界二氧化碳流载干冰喷射；步骤3、二氧化碳回收；所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1、将工业气瓶1中的液态二氧化碳通过补充泵2集中在储罐3内；步骤1.2、加热器9对液态二氧化碳加热，使其温度升高至35℃；步骤1.3、增压泵8对液态二氧化碳增压，使其压力可以达到100MPa～300MPa；步骤1.4、在增压泵8出口管道上设置压力传感器和温度传感器，当其压力和温度均超过其临界值时，打开增压泵8上的后端阀门，生成超高压超临界二氧化碳；所述步骤1.1中，储罐3压力控制在8.0MPa，罐内温度为室温，并安装冷却装置以及应急与保护措施，以确保试验人员与试验设备安全；储罐3安装有压力传感器与温度传感器，用来实时测量罐内二氧化碳流体的压力和温度；所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1、将储罐3连接到干冰造粒机4上，生产粒径大小为3mm的干冰颗粒，存入保温箱中备用；步骤2.2、将保温箱中暂存的3mm干冰颗粒倒入干冰破碎机5中，经过振动筛6生产粒径大小小于1mm的干冰颗粒；步骤2.3、打开增压泵8上的连接有超临界二氧化碳的后端阀门使超临界二氧化碳进入喷射切割装置11中；步骤2.4、将小于1mm的干冰颗粒落入到漏斗7中，依靠重力和真空吸附作用进入到喷射切割装置11，漏斗7配备有振动器，可以避免干冰颗粒粘附在漏斗壁上；步骤2.5、调整喷射切割装置11的各项参数，使超高压超临界二氧化碳流体载送干冰颗粒喷射到切割解体件15上，开展切割作业；所述步骤3包括如下步骤：步骤3.1、在切割解体件15的切割作业点范围内设置负压导流罩10，通过风管连接到回收泵13，使切割点范围内形成负压；步骤3.2、负压导流罩10收集到的二氧化碳气体需要通过干燥器12进行干燥，去除水蒸气，避免水蒸气打湿两级过滤器14滤芯；步骤3.3、二氧化碳气体需要通过冷却器，使其冷却至室温，然后使用回收泵13将二氧化碳气体经过两级过滤器14打入储罐3内，循环再利用；步骤3.4、使用两级过滤器14可以将二氧化碳气体中夹杂的固体杂质过滤、分离并收集；步骤3.5、在两级过滤器14后面连接空气净化小车，可以去除二氧化碳气体中夹杂的放射性气溶胶。

全文数据：一种超高压超临界二氧化碳流载干冰切割装置及方法技术领域本发明属于核设施退役技术领域，具体涉及一种超高压超临界二氧化碳流载干冰切割的装置及方法。背景技术在核设施退役现场实施过程中，无论是设备的拆除还是拆除物项的解体，均要涉及到放射性切割作业。比如，在核电厂退役过程中，反应堆压力容器的切割解体，一回路系统主管道的切割解体等。目前，常用的切割方式主要分为冷切割和热切割两种。其中，冷切割技术主要包括金刚石绳锯、圆盘锯、高压水射流切割等；热切割技术主要包括水下等离子切割、氧乙炔割炬切割等。但是，金刚石绳锯、圆盘锯等机械冷切割方式切割效率低下，耗材使用较多；高压水射流切割、水下等离子切割会产生大量的二次废水；氧乙炔割炬切割会产生大量的放射性气溶胶。在退役现场，二次废物量的增多，将直接导致退役经费的增加。因此，核设施退役现场亟需一种切割效率高、二次废物产生量少的切割方式。目前，在国内外已广泛将超临界二氧化碳射流技术应用于石油开采中。超临界二氧化碳是压力和温度均高于其临界值Pc＝7.39MPa，Tc＝31.06℃的二氧化碳流体，其密度接近液态二氧化碳的密度；其粘度与气态二氧化碳相当；其扩散系数是液态二氧化碳的100倍，接近于气态。随着超临界二氧化碳压力的升高，其性质更接近于液态二氧化碳。中国石油大学的研究表明，当超临界二氧化碳射流的压力为30MPa时，在硬度为3Mos的大理石上的切割深度达6mm；射流压力为50MPa时，切割深度可达11mm。另外，在我国核动力装置退役时采用的磨料水射流技术，当水射流压力为380MPa时，可以切割100mm厚的不锈钢硬度为4Mos～5Mos；同时，在研究中发现，射流切割主要是依靠射流的冲击作用，也就是射流压力转化成的冲击动能，射流中添加磨料主要是增加切割速度、提高切割效率的。发明内容本发明解决的技术问题：本发明提供一种超高压超临界二氧化碳流载干冰切割的装置及方法，能够实现对核设施退役现场的金属废物的切割解体，提高切割效率，降低二次放射性废物处置量，保护工作人员、公众和环境安全。本发明采用的技术方案：一种超高压超临界二氧化碳流载干冰的切割装置，包括工业气瓶，补充泵，储罐，干冰造粒机，干冰破碎机，振动筛，漏斗，增压泵，加热器，负压导流罩，喷射切割装置，干燥器，回收泵，两级过滤器，切割解体件；工业气瓶通过补充泵与储罐连接，储罐连接同时与干冰造粒机和增压泵连接，干冰造粒机与干冰破碎机连接，增压泵与加热器连接；从干冰破碎机生产出的干冰颗粒落入到漏斗中，漏斗上设振动筛，漏斗与喷射切割装置连接；经过增压泵、加热器的超高压超临界二氧化碳与喷射切割装置连接，喷射切割装置一端连接有切割解体件，外围设有负压导流罩，负压导流罩收集到的二氧化碳气体通过干燥器、回收泵、两级过滤器与储罐连通。一种超高压超临界二氧化碳流载干冰切割的方法，包括如下步骤：步骤1、超临界二氧化碳制备；步骤2、超高压超临界二氧化碳流载干冰喷射；步骤3、二氧化碳回收。所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1、将工业气瓶中的液态二氧化碳通过补充泵集中在储罐内；步骤1.2、电加热器对液态二氧化碳加热，使其温度升高至35℃；步骤1.3、增压泵对液态二氧化碳增压，使其压力可以达到100MPa～300MPa；步骤1.4、在增压泵出口管道上设置压力传感器和温度传感器，当其压力和温度均超过其临界值时，打开增压泵上的后端阀门，生成超高压超临界二氧化碳。所述步骤1.1中，储罐压力控制在8.0MPa，罐内温度为室温，并安装冷却装置以及应急与保护措施，以确保试验人员与试验设备安全；储罐安装有压力传感器与温度传感器，用来实时测量罐内二氧化碳流体的压力和温度。所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1、将储罐连接到干冰造粒机上，生产粒径大小为3mm的干冰颗粒，存入保温箱中备用；步骤2.2、将保温箱中暂存的3mm干冰颗粒倒入干冰破碎机中，经过振动筛生产粒径大小小于1mm的干冰颗粒；步骤2.3、打开增压泵上的连接有超临界二氧化碳的后端阀门使超临界二氧化碳进入喷射装置中；步骤2.4、将小于1mm的干冰颗粒落入到漏斗中，依靠重力和真空吸附作用进入到喷射装置，漏斗配备有振动器，可以避免干冰颗粒粘附在漏斗壁上；步骤2.5、调整喷射装置的各项参数，使超高压超临界二氧化碳流体载送干冰颗粒喷射到切割解体件上，开展切割作业。所述步骤3包括如下步骤：步骤3.1、在切割解体件的切割作业点范围内设置负压导流罩，通过风管连接到回收泵，使切割点范围内形成负压；步骤3.2、负压导流罩收集到的二氧化碳气体等需要通过干燥器进行干燥，去除水蒸气，避免水蒸气打湿两级过滤器滤芯；步骤3.3、二氧化碳气体需要通过冷却器，使其冷却至室温，然后使用回收泵将二氧化碳气体经过两级过滤器打入储罐内，循环再利用；步骤3.4、使用两级过滤器可以将二氧化碳气体中夹杂的固体杂质过滤、分离并收集；步骤3.5、在两级过滤器后面连接空气净化小车，可以去除二氧化碳气体中夹杂的放射性气溶胶。本发明的有益效果：1实现了超高压超临界二氧化碳流载干冰颗粒对金属废物的切割解体；2提高了核设施退役中大量金属废物的拆解效率；3减少了拆解过程中二次废物的产生量；4节约了核设施退役废物处置经费；5保护了工作人员和环境的安全，具有显著的经济和社会效效益。附图说明图1为本发明提供的一种超高压超临界二氧化碳流载干冰切割的方法流程图；图中：1-工业气瓶，2-补充泵，3-储罐，4-干冰造粒机，5-干冰破碎机，6-振动筛，7-漏斗，8-增压泵，9-加热器，10-负压导流罩，11-喷射切割装置，12-干燥器，13-回收泵，14-两级过滤器，15-切割解体件。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种超高压超临界二氧化碳流载干冰切割的装置及方法作进一步详细说明。如图1所示，本发明提供的一种超高压超临界二氧化碳流载干冰的切割装置，包括工业气瓶1，补充泵2，储罐3，干冰造粒机4，干冰破碎机5，振动筛6，漏斗7，增压泵8，加热器9，负压导流罩10，喷射切割装置11，干燥器12，回收泵13，两级过滤器14，切割解体件15；工业气瓶1通过补充泵2与储罐3连接，储罐3同时与干冰造粒机4和增压泵8连接，干冰造粒机4与干冰破碎机5连接，增压泵8与加热器9连接；从干冰破碎机5生产出的干冰颗粒落入到漏斗7中，漏斗7上设振动筛6，漏斗7与喷射切割装置11连接；经过增压泵8、加热器9的超高压超临界二氧化碳与喷射切割装置11连接，喷射切割装置11一端连接有切割解体件15，外围设有负压导流罩10，负压导流罩10收集到的二氧化碳气体通过干燥器12、回收泵13、两级过滤器14与储罐3连通。本发明提供的一种超高压超临界二氧化碳流载干冰切割的方法，包括如下步骤：步骤1、超临界二氧化碳制备步骤1.1、只有在确保二氧化碳为液态的条件下，才能保证其正常输送。将工业气瓶1中的液态二氧化碳通过补充泵2集中在储罐内3，罐内压力控制在8.0MPa，罐内温度为室温，并安装冷却装置以及应急与保护措施，以确保试验人员与试验设备安全。储罐3安装有压力传感器与温度传感器，用来实时测量罐内二氧化碳流体的压力和温度。步骤1.2、选择合适的电加热器8，对液态二氧化碳加热，使其温度升高至35℃。步骤1.3、选择合适的增压泵9，对液态二氧化碳增压，使其压力可以达到100MPa～300MPa。步骤1.4、在增压泵9出口管道上设置压力传感器和温度传感器，当其压力和温度均超过其临界值时，打开增压泵9上的后端阀门，生成超高压超临界二氧化碳。步骤2、超高压超临界二氧化碳流载干冰喷射步骤2.1、将储罐3连接到干冰造粒机4上，生产粒径大小为3mm的干冰颗粒，存入保温箱中备用。步骤2.2、将保温箱中暂存的3mm干冰颗粒倒入干冰破碎机5中，经过振动筛6生产粒径大小小于1mm的干冰颗粒。步骤2.3、打开增压泵9上的连接有超临界二氧化碳的后端阀门使超临界二氧化碳进入喷射装置11中。步骤2.4、将小于1mm的干冰颗粒落入到漏斗7中，依靠重力和真空吸附作用进入到喷射装置11，漏斗7配备有振动器，可以避免干冰颗粒粘附在漏斗壁上。步骤2.5、调整喷射装置11的各项参数，使超高压超临界二氧化碳流体载送干冰颗粒喷射到切割解体件15上，开展切割作业。步骤3、二氧化碳回收步骤3.1、在切割解体件15的切割作业点范围内设置负压导流罩10，通过风管连接到回收泵13，使切割点范围内形成负压；步骤3.2、负压导流罩10收集到的二氧化碳气体等需要通过干燥器12进行干燥，去除水蒸气，避免水蒸气打湿两级过滤器14滤芯；步骤3.3、二氧化碳气体需要通过冷却器，使其冷却至室温，然后使用回收泵13将二氧化碳气体经过两级过滤器14打入储罐3内，循环再利用；步骤3.4、使用两级过滤器14可以将二氧化碳气体中夹杂的固体杂质过滤、分离并收集；步骤3.5、在两级过滤器14后面连接空气净化小车，可以去除二氧化碳气体中夹杂的放射性气溶胶。

权利要求：1.一种超高压超临界二氧化碳流载干冰的切割装置，其特征在于：包括工业气瓶1，补充泵2，储罐3，干冰造粒机4，干冰破碎机5，振动筛6，漏斗7，增压泵8，加热器9，负压导流罩10，喷射切割装置11，干燥器12，回收泵13，两级过滤器14，切割解体件15；工业气瓶1通过补充泵2与储罐3连接，储罐3连接同时与干冰造粒机4和增压泵8连接，干冰造粒机4与干冰破碎机5连接，增压泵8与加热器9连接；从干冰破碎机5生产出的干冰颗粒落入到漏斗7中，漏斗7上设振动筛6，漏斗7与喷射切割装置11连接；经过增压泵8、加热器9的超高压超临界二氧化碳与喷射切割装置11连接，喷射切割装置11一端连接有切割解体件15，外围设有负压导流罩10，负压导流罩10收集到的二氧化碳气体通过干燥器12、回收泵13、两级过滤器14与储罐3连通。2.一种超高压超临界二氧化碳流载干冰切割的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、超临界二氧化碳制备；步骤2、超高压超临界二氧化碳流载干冰喷射；步骤3、二氧化碳回收。3.根据权利要求2所述的一种超高压超临界二氧化碳流载干冰切割的方法，其特征在于：所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1、将工业气瓶1中的液态二氧化碳通过补充泵2集中在储罐3内；步骤1.2、电加热器8对液态二氧化碳加热，使其温度升高至35℃；步骤1.3、增压泵9对液态二氧化碳增压，使其压力可以达到100MPa～300MPa；步骤1.4、在增压泵9出口管道上设置压力传感器和温度传感器，当其压力和温度均超过其临界值时，打开增压泵9上的后端阀门，生成超高压超临界二氧化碳。4.根据权利要求3所述的一种超高压超临界二氧化碳流载干冰切割的方法，其特征在于：所述步骤1.1中，储罐3压力控制在8.0MPa，罐内温度为室温，并安装冷却装置以及应急与保护措施，以确保试验人员与试验设备安全；储罐3安装有压力传感器与温度传感器，用来实时测量罐内二氧化碳流体的压力和温度。5.根据权利要求4所述的一种超高压超临界二氧化碳流载干冰切割的方法，其特征在于：所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1、将储罐3连接到干冰造粒机4上，生产粒径大小为3mm的干冰颗粒，存入保温箱中备用；步骤2.2、将保温箱中暂存的3mm干冰颗粒倒入干冰破碎机5中，经过振动筛6生产粒径大小小于1mm的干冰颗粒；步骤2.3、打开增压泵9上的连接有超临界二氧化碳的后端阀门使超临界二氧化碳进入喷射装置11中；步骤2.4、将小于1mm的干冰颗粒落入到漏斗7中，依靠重力和真空吸附作用进入到喷射装置11，漏斗7配备有振动器，可以避免干冰颗粒粘附在漏斗壁上；步骤2.5、调整喷射装置11的各项参数，使超高压超临界二氧化碳流体载送干冰颗粒喷射到切割解体件15上，开展切割作业。6.根据权利要求5所述的一种超高压超临界二氧化碳流载干冰切割的方法，其特征在于：所述步骤3包括如下步骤：步骤3.1、在切割解体件15的切割作业点范围内设置负压导流罩10，通过风管连接到回收泵13，使切割点范围内形成负压；步骤3.2、负压导流罩10收集到的二氧化碳气体等需要通过干燥器12进行干燥，去除水蒸气，避免水蒸气打湿两级过滤器14滤芯；步骤3.3、二氧化碳气体需要通过冷却器，使其冷却至室温，然后使用回收泵13将二氧化碳气体经过两级过滤器14打入储罐3内，循环再利用；步骤3.4、使用两级过滤器14可以将二氧化碳气体中夹杂的固体杂质过滤、分离并收集；步骤3.5、在两级过滤器14后面连接空气净化小车，可以去除二氧化碳气体中夹杂的放射性气溶胶。

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