технология дезактивации агрегатов и корпусов атомных реакторов

Формула изобретения

Способ дезактивации агрегатов и корпусов атомных реакторов, включающий снятие с конструкции слоя материала, имеющего повышенную активность, упаковку радиоактивных отходов и захоронение, отличающийся тем, что корпус или агрегат размещают в аэрогерметизированной камере, соединяют ее полость с вакуумной установкой, объем внутренней полости корпуса или агрегата уменьшают за счет введения в нее упругоподатливой емкости, в полость этой емкости подают сжатую среду для прижатия емкости к стенкам корпуса или агрегата с образованием между ними зазора для подачи в этот зазор агрессивной среды, в зазоре между стенкой корпуса или агрегата и емкостью располагают объемный сетчатый электрод, стенку корпуса или агрегата и электрод соединяют с полюсами источника тока, между стенками корпуса или агрегата и сетчатым электродом в зазор подают агрессивную рабочую среду из смеси кислот, в которую вводят газонаполненные шарики с растворимой стенкой, и по мере накопления в рабочей среде радионуклидов часть рабочей среды отводят на разделение с помощью флокулянтов и утилизацию, восстанавливают объем и концентрацию рабочей среды за счет введения порции нового раствора кислот, процесс ведут до получения в отводимой рабочей среде заданной концентрации радиоактивных веществ, по которой судят о завершении процесса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к физико-технологическим процессам дезактивации основных агрегатов и корпусов атомных реакторов (АКАР) при их реабилитации к использованию в основных и вторичных процессах.

Известны способы дезактивации агрегатов и корпусов атомных реакторов, наиболее представительным из которых является процесс извлечения реактора или агрегата из энергетического узла, укрытие его защитной оболочкой, транспортировка и захоронение в могильнике [1]

Существенными и очевидными недостатками такого процесса являются нерешение проблемы дезактивации материала, высокие потери ценного металла, отчуждение территории и отрицательное воздействие на экологию и ее характеристики среды обитания.

Наиболее близким по физико-технологической сущности является способ дезактивации АКАР, включающий процесс обработки поверхности материала корпуса абразивным методом, упаковку всех полученных отходов и захоронение в могильнике [2]

Эта технология также имеет существенные недостатки, заключающиеся в использовании пескодробеструйного метода, связанного с получением значительного объема радиоактивных твердых и пылевидных отходов, ведущего к запылению рабочей площадки и оборудования, несоблюдение норм радиационной безопасности и санитарных норм НРБ-87 и их последующих дополнений (после Чернобыльской аварии). Процесс связан с высокими энергетическими затратами и низкой культурой производства при низкой эффективности дезактивации агрегата, что не позволяет использовать его корпус или его материал в основном или вторичном производстве, отрицательно отражается на технико-экономических и экологических характеристиках всего процесса.

Предлагаемая заявителем технология предусматривает повышение эффективности дезактивации материала корпуса за счет доведения его фоновых излучений до установленных норм при сокращении времени на осуществление процесса, снижении трудо- и энергозатрат, предупреждении отрицательных технических и экологических последствий и возврат корпуса АР в основной процесс получение энергии.

Эта эффективность процесса дезактивации достигается в предлагаемой технологии за счет оригинальной одновременной и полной обработки всей поверхности корпуса реактора согласованной и регулируемой схемой воздействия на материал корпуса, при которой корпус размещают в аэрогерметизированной камере, соединяют ее полость с вакуум-установкой, объем внутренней полости реактора (корпуса) уменьшают введением в нее упругоподатливой емкости, между стенками корпуса и этой емкостью располагают объемный сетчатый электрод, стенку агрегата (корпуса) соединяют с источником тока, после этого между стенкой корпуса и поверхностью сетчатого электрода осуществляют циркуляцию агрессивной, по отношению к материалу корпуса, рабочей среды, в эту среду вводят газонаполненные шарики (тела), например гранулы CO₂ в масляной пленке с растворимой стенкой, и по мере накопления в рабочей среде радиоактивных отходов часть потока вводят на разделение, обогащение и утилизацию с помощью флокулянтов, восстанавливая объем и концентрацию среды введением новой порции раствора, процесс ведут до получения в отводимой среде заданных норм ПДК РАО, по которым судят о процессе завершения дезактивации.

При этом в качестве электродов используют гибкие объемные пустотелые цилиндры с сеткой на стороне, обращенной к корпусу, а при дезактивации поверхности монолитной конструкции используют электроды-емкости с сеткой на внутренней поверхности, в которую (электрод-емкость) помещают эту монолитную конструкцию (корпус).

Описываемая технология дезактивации АКАР поясняется чертежами, на которых изображено устройство для ее осуществления, где на фиг.1 показан общий вид устройства и технологическая схема дезактивации корпуса; на фиг.2 общий вид устройства с сечением по вертикали; на фиг.3 размещение рабочей камеры и корпуса для обработки; на фиг.4 деталь корпуса монолитного сечения в рабочей камере; на фиг.5 деталь обработки площади корпуса; на фиг.6 деталь обработки участка корпуса при дезактивации; на фиг.7 сечение по А-А на фиг. 3 устройства.

Процесс дезактивации поясняется при описании устройства.

Корпус реактора 1 (или агрегата ядерного узла), имеющий наведенную или остаточную активность (при демонтированной сборке твэлов), оснащают на рабочей площадке оборудованием и приборами для осуществления технологии: пульт программного управления 2 соединяют каналами командной и обратной связи с силовой установкой 3, с узлом 4 подачи жидких рабочих агентов, блоками вытяжной вентиляции 5, блоком датчиков 6 контроля фоновых излучений, соединенным с пультом 2 и рабочей камерой корпуса 1. Установка 7 предназначена для подачи рабочего агента от узла 4 в рабочую камеру, соединена каналами связи с пультом 2.

Устройство содержит также узел 8 подачи возвратного агента и узел 9 подачи нейтрального газа в рабочую камеру, при этом узел 8 соединен с резервной камерой 10 возвратного и дополнительного рабочего агента и камерой 11 сбора низкоконцентрированного агента.

Для накопления концентрата служат контейнеры 12 средней концентрации и контейнеры 13 высокой. На рабочей площадке размещен ресивер 14 для наддува камер во время их освобождения от рабочего или возвратного агентов. В рабочей камере 15 размещен объемный сетчатый электрод 16, соединенный с блоком питания 3, от которого второй полюс подключен к корпусу реактора 1.

Корпус 1 имеет горловину 17 и размещенный в корпусе полый вал 18, в нижней части которого закреплен спиральный импеллер 19 для сбора осадка к центру и отвода его по полому валу 18. В кольцевое пространство между валом 18 и электродом 16 подают сжатый агент по патрубку 21, а отвод газообразных фаз осуществляют по каналам 22 через вытяжную систему 5. Устройство имеет нижний патрубок 23 для отвода слива из емкости корпуса и содержит упругоподатливый направляющий рукав 24, через который в корпус вводится объемный сетчатый электрод 16, натянутый на эластичную емкость 25, с помощью которой электрод вводят по направляющей 26 в полость корпуса 1.

При дезактивации наружных поверхностей, когда корпус размещают внутри электрода 16, сетку электрода располагают внутри емкости 25.

Для фиксации заданного зазора между электродом 16 и стенкой корпуса 1 на сетке электрода закреплены упоры 27 из диэлектрика, гарантирующие зазор 28 и предупреждающие контакт электрода с корпусом. При необходимости сетку электрода защищают пленкой полимера 29, чтобы не было зарастания проволочек сетки электрода при работе.

Рабочий агент подают по трубке 30, выполненной из эластичного материала, к которой прикреплен токонесущий кабель 31 источника тока, один полюс которого соединен с электродом 16, другой полюс с корпусом 1, что образует анодную дезактивируемую стенку корпуса и собирающий катодный узел объемный сетчатый электрод 16.

Труба 30 выполнена коаксиальной: наружная 32 и внутренняя 33, из которой рабочий агент подают по трубам 34 в кольцевой зазор 28 между стенкой корпуса 1 и емкостью 25.

Направляющий рукав 26 является герметизирующим и имеет кольцевой уплотнитель 35, закрепленный на горловине 17, и кольцевой уплотнитель 36, прижатый к верхней стенке корпуса 1 емкостью 25 при ее заполнении сжатой рабочей средой (жидкостью, водой, рассолом и т.п.). Отвод газов из кольцевого зазора 28 осуществляется через верхний патрубок 37 на фильтры блока 5. На наружной поверхности корпуса 1 закреплены генераторы акустических колебаний 38 (предпочтительно магнито-стрикционные), которые эффективны при удалении точечных отложений РАВ ( фиг.4). Для снятия таких локальных отражений РАВ используют рабочий орган 39 в виде трубки с соплом, через которое на пятно подают раствор кислоты и одновременно воздействуют электрогидравлическим ударом, подавая на электроды 40 разрядное напряжение.

Контроль уровня и смену части рабочего агента ведут через коаксиальный трубопровод 30, забирая агент через перфорации 41 в наружной трубе 32, а используя трубы 32 и 33, ведут не только долив агента, его отбор на анализ проб по ПДК РАВ, но и осуществляют циркуляцию агента в рабочем зазоре 28 емкости корпуса 1, который является рабочей камерой.

При дезактивации конструкций монолитного сечения (фиг.4) емкостью 25 охватывают этот блок 42, создавая для электрода 16 те же условия.

В процессе обработки корпуса 1 в полость 28 периодически вводят газонаполненные шарики (тела) по трубе 30.

Способ дезактивации корпуса 1 с помощью описанного устройства осуществляют следующим образом. Учитывая, что за период эксплуатации корпус 1 подвергается заражению РАВ ввиду изотопно-обменных диффузионных процессов, многокомпонентной ионо-обменной адсорбции, литеральных и пространственных распространителей радионуклидов это привело к наведенной и остаточной радиоактивности корпуса 1: высокому фону внутри него до 10-20 Р/ч, снаружи - 0,1 0,2 Р/ч и более; для дезактивации такого высокоактивного объекта, расположенного в стесненном геометрическом пространстве (фиг.3), разработан единственно эффективный автономный процесс, при котором в горловину 17 вводят направляющий рукав 26, который предупреждает потери отложений РАВ на электроде 16 при его извлечении вместе с объемной емкостью 25, в которой расположен эластичный трубопровод 30 с токонесущим кабелем 31, вводят по направляющей 26 в полость корпуса 1 (фиг.2,3), подают в емкость 25 сжатую рабочую среду, что приводит к прижатию ее к стенкам корпуса 1 с образованием зазора на толщину электроизолирующих прокладок 27 (фиг.5), затем в зазор 28 подают рабочий агент и газонаполненные шарики нейтрального газа (типа CO₂, Не и т.п.) - для предотвращения концентрации водорода и для активной напорной флотации процесса; на корпус и на электрод 16 подают ток, образуя процесс электрохимического переноса частиц от тела корпуса 1 на электрод 16 в виде РАВ. В качестве рабочего агента используют смесь кислот: серной и HCe, или серной и HF, или азотной и HF (активной и депассиватора из галогенводородных кислот)

При этом ведут контроль температуры и давления, выбирая температуру 25 - 80^oC при давлении 1,05 1,25 кгс/см², при подаче тока происходит растворение слоя на корпусе 1 и перенос ионов, в т.ч. радионуклидов, на электрод 16, образуя компактный осадок РАВ на его поверхности. Концентрацию РАВ в растворе определяют пробами из трубок 32 через перфорации 41. При этом возможно оседание тяжелых частиц на дно. В этом случае подачей раствора ведут промывку зазора и слив отходов через патрубок 23 в контейнеры 11 и 12 приема РАО с обработкой флокулянтами.

Пример осуществления технологии. При объеме внутренней полости корпуса 1 5-10 м³ и заполняемости его рабочего объема около 80% потребность зазора 28 в рабочем агенте составляет около 1,5 м³. При ведении процесса дезактивации, как указано выше, подачей циркулирующего агента, подачей газонаполненных шариков и подачей тока на корпус 1 и электрод 16 объем дезактивируемого металла стенки корпуса равен 0,2 м³ при массе этого РАО 1,6 т, при этом потребность в электроэнергии при напряжении 36 В и силе тока 5 кА, мощности 126 кВт и плотности тока 60 мА/см² определяется временем ведения процесса дезактивации указанного корпуса 1, которое составляет около 70 часов при 60% выходе по току при плотности смеси кислот (раствора):

15% H₂SO₄ + 8% HF или 12% HNO₃ + 9% HF.

Полученный концентрат РАО помещают в контейнеры и отправляют на захоронение в региональный могильник. А экологические характеристики дезактивированного корпуса соответствуют ПДК по НРБ-87 и Дополнениям и не превышают изонорму по общему фоновому излучению 30 мкР/ч.

Таким образом, разработанная технология дезактивации корпусов и агрегатов атомных энергетических установок является высокоэффективной, т.к. по времени превосходит известные технологии (фирм "Вестен Гаус", "Нукем" и др.) в 10-15 раз; по энергозатратам экономичнее в 8-10 раз. Процесс применим как для отдельных агрегатов, так и для корпусов ЯЭУ, а главное, предложение позволяет полностью решить вопросы дезактивации, утилизации и захоронения при комплексной обработке и переработке объектов ядерных энергетических установок.