Vitrificare

Instalații de vitrificare pentru deșeuri lichide puternic radioactive 

În anul 2021, Kraftanlagen Heidelberg se poate mândri cu 40 de ani de experiență în proiectarea, construcția și darea în funcțiune a instalațiilor de vitrificare a deșeurilor lichide puternic radioactive (HAWC, engl. high active waste concentrate) rezultate în urma reprocesării elementelor de combustibil nuclear. De la bun început ne-am bazat pe tehnologia cuptorului de topire ceramic Joule alimentat cu lichid (engl. liquid-fed ceramic melt – LFCM), beneficiind mereu de sprijin din partea Institutului pentru Tehnologie din Karlsruhe (germ. Karlsruher Institut für Technologie – KIT) și de Institutul pentru Gestionarea Deșeurilor Nucleare (germ. Institut für Nukleare Entsorgung – INE). Încă din anii 80 au fost încheiate acorduri de colaborare și de cooperare, în baza cărora este asigurată până astăzi procesarea competentă și eficientă a comenzilor pentru instalațiile de vitrificare.

Pe lângă instalațiile de vitrificare prezentate în cele ce urmează, utilizate pentru vitrificarea HAWC prin operare la cald, Kraftanlagen Heidelberg s-a implicat și în proiectarea și construcția a numeroase instalații de testare.

Celule fierbinți și telemanipulare

În instalațiile de vitrificare sunt transportate și tratate lichide radioactive de activitate mare. Aceste instalații se caracterizează prin rate mari de dozare și cerințe extreme privind integritatea și funcționalitatea componentelor și echipamentelor. Tehnologia cu celule fierbinți și instalarea și îndepărtarea de la distanță a componentelor, precum și utilizarea manipulatoarelor sunt imperios necesare în acest sens. Kraftanlagen Heidelberg stăpânește aceste tehnologii, proiectează și furnizează de mulți ani echipamentele corespunzătoare și are, de asemenea, specialiști și programe adecvate pentru a produce studii CAD 3D privind procesele de manipulare, studii de impact și spațiile de asamblare și pentru a genera simulări corespunzătoare.

Această experiență a fost deja utilizată cu succes în numeroase proiecte de dezmembrare, atât în demontarea centralelor nucleare, cât și în demontarea instalațiilor de cercetare nucleară și a instalațiilor cu celule fierbinți. Aceasta deoarece la dezmembrarea multora dintre instalațiile nucleare mereu se efectuează lucrări cu ajutorul echipamentelor și metodelor de telemanipulare, în multe zone fiind imposibilă intervenția directă.

Prima instalație de vitrificare activă în Mol, Belgia

Începând cu anul 1981, în Mol, Belgia, a fost construită și dată în funcțiune, cu contribuția semnificativă a Kraftanlagen, prima instalație de vitrificare operată activ din Europa, bazată pe tehnologia cuptorului de topire ceramic alimentat cu lichid.

Prima instalație de vitrificare operată activ din Germania în cadrul instalației de reprocesare din Karlsruhe (VEK)

Începând cu anul 1999, în incinta instalației de reprocesare din Karlsruhe (astăzi KTE), a fost construită prima facilitate de vitrificare din Germania(VEK), iar deșeurile depozitate acolo au fost vitrificate în anul 2009, în numai 9 luni de la darea în funcțiune. Și în acest caz Kraftanlagen Heidelberg s-a implicat decisiv în planificarea tuturor etapelor de construcție, în darea în funcțiune și în aprobare și de asemenea a furnizat și o parte din echipa de operare.

Instalații de vitrificare în China – prima instalație din Guangyuan, provincia Sichuan (VPC) 

În anul 2009, unui consorțiu german încheiat între Kraftanlagen Heidelberg, Steag și KTE i-a fost atribuit contractul având ca obiect o primă instalație de vitrificare în China (engl. Vitrification Plant China, VPC). Obiectul contractului includea proiectarea și furnizarea componentelor-cheie, inclusiv a cuptorului de topire ceramic, precum și monitorizarea montajului, darea în funcțiune și asistență operațională.

Instalația a fost construită în Guangyuan, provincia Sichuan și este foarte similară din punct de vedere tehnic cu instalația de vitrificare din Karlsruhe (VEK). Însă are o capacitate operațională de cinci ori mai mare. 

Elementul central al liniei de proces VPC – și astfel al întregii instalații – este cuptorul de topire ceramic alimentat cu lichid.

Tehnologia vitrificării este acceptată la nivel global ca fiind cea mai sigură metodă de încorporare a deșeurilor puternic radioactive în vederea depozitării lor intermediare sau finale. Instalația de vitrificare din China (Vitrification Plant China, VPC) îndeplinește toate standardele internaționale pentru instalații nucleare.

VPC este o „instalație cu celule fierbinți“ rezistentă la cutremure, în care are loc condiționarea deșeurilor puternic radioactive. Celula cuptorului, celulele pentru manipularea „canistrelor” (containerelor din oțel inoxidabil) și celula gazelor reziduale sunt echipate cu geamuri din sticlă cu plumb, macarale cu celule, manipulatoare manuale și grele și uși de protecție. 

Vitrificarea are loc într-un cuptor de topire ceramic alimentat cu lichid și încălzit electric cu eficiență dovedită. Prin adăugare de frită de sticlă, deșeurile puternic radioactive sunt evaporate, calcinate, încorporate omogen într-o masă de sticlă și apoi umplute în containere din oțel inoxidabil. Toate componentele din celula cuptorului au fost proiectate și optimizate de KAH pentru telemanipulare și, în urma trecerii cu succes a testărilor de tip factory acceptance tests testele și a aprobărilor, au fost expediate către client în Guangyuan. Între timp, în 2020 a avut loc darea în funcțiune la rece, în urma finalizării montajului și a testelor extinse ale sistemului, iar anul viitor sistemul urmează să aibă loc darea în funcțiune la cald a instalației și vitrificarea celor aproape 850 m3 de deșeuri lichide puternic radioactive existente la fața locului.

Noi instalații de vitrificare în China – în Diwopu, provincia Gansu (DVP)

Începând cu anul 2017 au demarat negocierile cu parteneri chinezi vechi și noi, care au avut ca rezultat încheierea de contracte având ca obiect mai multe instalații de vitrificare. Partenerul contractual reprezentând partea germană este un consorțiu încheiat între Kraftanlagen Heidelberg și Steag. Partenerii contractuali reprezentând partea chineză sunt CNPE (China Nuclear Power Engineering), CNEIC (China Nuclear Energy Industrie Cooperation) și 404 Company.

Ca și până acum, am reușit să obținem sprijin de la Institutul pentru Gestionarea Deșeurilor Nucleare (INE) din cadrul KIT pentru chimia sticlei, analizele de laborator și tehnologia vitrificării. 

Contractul de engineering-are ca obiect, în esență, proiectarea unei instalații de vitrificare a deșeurilor lichide puternic radioactive deja depozitate la fața locului, precum și vitrificarea deșeurilor provenite de la o instalație de reprocesare pilot. De asemenea, va fi proiectată și o instalație de testare pentru a colecta experiența operațională cu simulant HAWC în operare inactivă și pentru a permite teste de vitrificare. 

Dezvoltarea sticlei specifice deșeurilor, inclusiv toate testele de laborator necesare și analiza sunt de asemenea incluse în obiectul contractului. Contractul este completat cu proiectarea unei zone de întreținere și demontare și a unei facilități de depozitare intermediară pentru cele câteva mii de containere de deșeuri produse la fața locului cu ajutorul instalației de vitrificare. Cuptoarele de topire ale acestor instalații sunt aproape identice cu cel al VPC.

Instalația este solicitantă, deoarece la fața locului există cerințe speciale datorită activității ridicate a deșeurilor care urmează a fi vitrificate și de asemenea sunt necesare măsuri tehnice preventive speciale pentru a ține sub control sarcinile mari din accelerațiile cutremurului.

În anul 2020 a fost negociat un al doilea contract. Acesta are ca obiect furnizarea componentelor cheie și asistența la montaj și la darea în funcțiune, precum și servicii de detail engineering și de asistență în obținerea aprobărilor oficiale.

Până în anul 2030 urmează să fie în funcțiune ambele instalații (instalația de operare la cald și instalația de testare), precum și facilitatea de depozitare intermediară a containerelor din oțel inoxidabil umplute cu deșeuri vitrificate.