Лекции - Дезактивация оборудования АЭС

Подождите немного. Документ загружается.

4.3 Классификация физико-химических процессов загрязнения поверхностей

Вид загрязнения

Процесс загрязне-

ния

Источники загрязнения Объекты загрязнения Особенности процесса загрязнения

Седиментационное

(рыхлые отложения,

шлам, круд)

Гравитационное

осаждение частиц

(шлама)

теплоноситель

внутренние (горизон-

тальные) поверхности

оборудования контура

Величина осаждения определяется гидро-

динамическим фактором

Адгезионное (рыхлые

отложения)

Адгезия (прилипа-

ние частиц)

Радиоактивные твердые

частицы (аэрозоли и

взвешенные в теплоноси-

теле) и капли (аэрозоли)

все поверхности поме-

щений, оборудования,

активной зоны

Наличие границы раздела между загряз-

нением и поверхностью

Поверхностное (внеш-

ний слой оксидов)

Адсобция, ионный

обмен, хемосорбция,

кристаллизация

Растворы радионуклидов,

теплоноситель

1. Наружные поверхно-

сти оборудования и по-

мещений. 2. Теплопере-

дающие поверхности, в

том числе и твэлы

Загрязнение поверхностного (внешнего)

слоя оксидов на внутренних поверхностях

оборудования. Высыхание капель радио-

активного раствора на поверхности по-

мещений, в том числе и

неметаллических.

Глубинное (плотные

окисные пленки)

Диффузия, образо-

вание окисной плен-

ки, коррозия

теплоноситель

Внутренние поверхности

контура

На поверхности металла образуется плот-

ная окисная пленка, играющая защитную

роль в процессах коррозии. В результате

диффузии через этот слой происходит

вынос продуктов коррозии в контур и по-

ступление радионуклидов в плотный слой

оксидов.

Глубинное (диффузи-

онное)

диффузия вглубь

материала

Растворы радионуклидов

Наружные поверхности

помещений и оборудо-

вания.

Полимерные и лакокрасочные материалы

обладают способностью впитывать радио-

активные вещества. Для отдельных ра-

дионуклидов возможно диффузионное

проникновение вглубь металла (Pu, Po) за

счет ядер отдачи. Загрязнение сосредото-

чено вблизи поверхности.

Наведенное

Активация нейтро-

нами в активной зо-

не

поглощение нейтронов

конструкционные мате-

риалы активной зоны

Радионуклиды равномерно распределены

в материале

Паровые

Пароструй-

ный

Маложидкост-

ные (сухие)

Пенный

Дезактива-

ция

пастами,

суспезиями,

расплавами

Сорбци-

онный

Дезактива-

ция

съемными

покрытиями

Проти-

рочный

Жидкостные

(растворами

химреагентов)

Погружной

(ванный)

Заполнение

Электрохи-

мический

Свыносным

катодом

Струйный

Ультра-

звуковой

Струйный с растворами

химических реагентов

Паровая

дезактивация с

химреагентами

Пароэмуль-

сионный

Дезактивация

перегретым

паром

Водные

Водо-

струйный

Гидро-

абразивный

Сухие

Механи-

ческий

Терми-

ческий

Ионно-

плазменный

Вакууми-

рование

Обдув

потоком

газа

Абразив-

ный обдув

Химические

Физико-химические

Физико-механические

Паровые

Пароструй-

ный

Маложидкост-

ные (сухие)

Пенный

Дезактива-

ция

пастами,

суспезиями,

расплавами

Сорбци-

онный

Дезактива-

ция

съемными

покрытиями

Проти-

рочный

Маложидкост-

ные (сухие)

Пенный

Дезактива-

ция

пастами,

суспезиями,

расплавами

Сорбци-

онный

Дезактива-

ция

съемными

покрытиями

Проти-

рочный

Жидкостные

(растворами

химреагентов)

Погружной

(ванный)

Заполнение

Электрохи-

мический

Свыносным

катодом

Струйный

Ультра-

звуковой

Жидкостные

(растворами

химреагентов)

Погружной

(ванный)

Заполнение

Электрохи-

мический

Свыносным

катодом

Струйный

Ультра-

звуковой

Струйный с растворами

химических реагентов

Паровая

дезактивация с

химреагентами

Пароэмуль-

сионный

Дезактивация

перегретым

паром

Пароэмуль-

сионный

Дезактивация

перегретым

паром

Водные

Водо-

струйный

Гидро-

абразивный

Водные

Водо-

струйный

Гидро-

абразивный

Сухие

Механи-

ческий

Терми-

ческий

Ионно-

плазменный

Вакууми-

рование

Обдув

потоком

газа

Абразив-

ный обдув

Сухие

Механи-

ческий

Терми-

ческий

Ионно-

плазменный

Вакууми-

рование

Обдув

потоком

газа

Абразив-

ный обдув

Химические

Физико-химические

Физико-механические

Рисунок 5.1 – Классификация способов дезактивации

ЛЕКЦИЯ 5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЗАКТИВАЦИИ. СПО-

СОБЫ ДЕЗАКТИВАЦИИ. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЕЗАКТИ-

ВАЦИИ. КЛАССИФИКАЦИЯ. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ.

Коэффициент дезактивации

= А

исх

/А

ост

(5.1)

Степень дезактивации – доля удаленной активности от начального за-

грязнения

АА

исх

остисх

−

(5.2)

Доля остаточной активности

Дисх

ост

(5.3)

коэффициент дезактивируемости

ДЗ

ост

ДЗ

≤=

(5.4)

индекс дезактивации, D = lgК

= lgА

исх

– lgА

ост

(5.5)

∑

(5.6)

АА

удисх

исх

−

(5.7)

−

АА

исх

остисх

уд

(5.8)

−

(5.9)

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Степень дезактивации (

)

Коэффициент дезактивации (К

)

Рисунок 5.1 – Зависимость коэффициента дезактивации от

степени дезактивации

∑

iср

Кд

()

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

∑

∏

Кд

exp

КдКд

iср

Среднее арифметическое

Среднее геометрическое

∑

iср

Кд

()

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

∑

∏

Кд

exp

КдКд

iср

Среднее арифметическое

Среднее геометрическое

(5.10)

5.2.1 Физико-механические способы и устройства для дезактивации

Крацевание

– очистка поверхности эластичными щетками

Абразивный обдув заключается в действии на поверхность струи воздуха, со-

держащей абразивные частицы.

Термическая дезактивация

заключается в нагревании дезактивируемого обору-

дования на воздухе до 600 – 800° С или в газовой окислительной среде (О

, SO

;

Ионно-плазменный способ дезактивации

. Поток заряженных частиц (плазмы,

протонов, ионов), падающий в вакууме на поверхность, вызывает десорбцию ато-

мов поверхностного слоя.

Способы дезактивации с применением воды и пара. Водоструйный способ

1 – стационарный корпус с входным патрубком, 2 –

вращающийся корпус, 3 – вращающаяся насадка с

противоположно направленными соплами, 4 –

гидравлический тормоз, 5 – регулятор скорости вращения

емкость

гидромонитор

Крепежная крышка

труба

Гидромонитор, установленный

вемкости

1 – стационарный корпус с входным патрубком, 2 –

вращающийся корпус, 3 – вращающаяся насадка с

противоположно направленными соплами, 4 –

гидравлический тормоз, 5 – регулятор скорости вращения

емкость

гидромонитор

Крепежная крышка

труба

Гидромонитор, установленный

вемкости

Рисунок 5.2 – Гидромонитор ГМ-7

- Гидроабразивная очистка

– основана на использовании струи воды, содер-

жащей абразивные частицы.

Разновидностью гидроабразивного способа является вибрационный способ де-

зактивации. Паровая дезактивация более эффективна, чем водоструйный спо-

соб, вследствие высокой температуры пара (около 180° С).

Применение пылевлагоотсасывающих устройств для удаления грубодис-

персного шлама из оборудования

Рисунок 5.3 – Электромеханический гидромонитор ГЭМ

Таблица 5.1 - Пылесос промышленный, вихревой ВОРТЭКС-300 С: Произ-

водитель: ВОРТЭКС, г. Новосибирск (www.vorteks.su

) Дилер – «Юниэко»,

С.Петербург (www.unieko.ru

)

Наименование Технические характеристики

Цена

(руб.)

Пылесос промышленный, вих-

ревой ВОРТЭКС-300 С

Комплектация:

-пылесос

-шланг резиновый 3 м (стан-

дарт. комплектация,

18 м - максим.)

-насадки сменные, 6 шт. (пло-

ская, щелевая, угловая, круг-

лая, трубчатая, переходник

угловой)

-кабель электропитания, 10 м

-паспорт

Мощность, кВт 2,5

Производительность со шлангом

3 м, м

/мин 5,5 (330 м

/ч)

Разрежение макс., кПа 21

Вместимость бункера пыли, л 40

Вес, кг 38

Материал корпуса сталь

Габариты, мм

ширина 450

длина 670

высота 1120

Рабочий диапазон температур –20÷+50

40 000

Рисунок 5.4 – Общий вид пылесоса Вортэкс-300С

Рисунок 5.5 – Устройство пылесоса Вортэкс 300 С

Рисунок 5.6 – Установка универсальной дезактивации фирмы Дреко

Основные технические характеристики УУД:

1. Напряжение питания сети - 220 В.

2. Мощность - 2900 Вт

3. Рабочее давление сжатого воздуха 6-8 кгс/см2

4. Габаритные размеры в мм – 1000*650*1000

5. Вес – 70 кг.

6. Объем рабочей емкости для залива раствора – 24 л.

7. Расход состава – 30-50 г/м2

8. Сборник РАО с воздушным фильтром - 100 л.

9. Емкость

для приготовления дезактивирующих составов - 100 л.

5.2.2 Химические и физико-химические способы дезактивации. Уст-

ройства для дезактивации

Погружная дезактивация

Нагрев растворов Перемешивание растворов

Ванны струйного типа. Ванны специального назначения. Циркуляционные

стенды

Пенная дезактивация

Рисунок 5.7 – Пеногенератор

Дезактивация пастами и суспензиями

Сорбционная дезактивация

. Дезактивация съемными полимерными покры-

тиями.

Таблица 5.2 Состав пленкообразующей композиции

Компоненты Назначение Соотношение

состава компонентов

Поливиниловый спирт

(ПВС)

пленкообразователь 10

Глицерин пластификатор 5

ОП-7 или ОП-10 ПАВ 0,5

Азотная кислота дезактивирующий агент 0,5

Вода растворитель остальное

Дезактивация растиранием раствора (тряпки, щетки

Струйная дезактивация. Паровая дезактивация с использованием растворов

химических реагентов

Краткая техническая характеристика одного из пароэжекционых распылителей

- давление пара – 0,3÷0,5 МПа;

- расход пара – 0,5÷0,7 кг/мин;

- расход моющего раствора – 1,0÷2,5 л/мин.;

- расстояние (оптимальное) от среза сопла до поверхности 15-20 см;

- температура среды на дезактивируемой поверхности не менее 50

оС

Рисунок 5.8 – Пароэжекционный распылитель

Рисунок 5.9 - Перемещаемый сопловый пароэжекционный коллектор для де-

зактивации исполнительных механизмов копирующих манипуляторов

Рисунок 5.10 - Передвижной пароэжекционный коллектор

Рисунок 5.11 - Пароэжекционное устройство для дезактивации наружной по-

верхности контейнера

Дезактивация насыщенным и перегретым паром

Рисунок 5.12 – Установка дезактивации активированным паром

Рисунок 5.13 - Паровой смеситель (сопло Лаваля)

Ультразвуковая дезактивация

Электрохимический способ дезактивации.

Таблица 5.3 Характеристики электролитов, рекомендуемых для проведения

анодной ЭХД (плотность тока 200÷500 А/дм

Состав, %

вес.

Обрабатываемый мате-

риал

Скорость

обработки,

дм

/А·час

Характер обработан-

ной поверхности

10÷12 H

Все типы сталей

0,6±0,2

Нерастравленная

10÷15 H

2÷5 H

Нержавеющие хроми-

стые и хромоникелевые

со следами окалины

1,0±0,5

Чистая, следы рас-

травливания

6÷8 H

Нержавеющие хромо-

никелевые

0,4±0,15 То же

60 H

20 H

То же 0,05±0,02 Полированная

Рисунок 5.14 – Установка электрохимической дезактивации

Таблица 5.4 Основные технические характеристики установки УЭХД-50.

Наименование параметра Значение

1 2

Рабочая среда кислотные растворы до 10-15%

масс.

Рабочий объем бачка, л, не менее 16

Производительность эл/насоса, л/мин 0-0,33

Потребляемая мощность, кВт, не более 4,5

Параметры питающей однофазной сети:

частота, Гц

напряжение, В

ток, А, не более

220

Расход углеродной тесьмы УТ-21 по ТУ6-06-

9-32-83 на одну насадку, г, не более

Габаритные размеры HxBxL составных час-

тей установки, мм, не более:

УЭХДп-50М

Бачок с насосом

Длина штанги

450х250х450 с колёсами

250х170х550

2000

Масса составных частей установки в су-

хом состоянии без шлангов и кабелей, кг, не

более

УЭХДп-50м

Бачок с насосом

Штанга с ДУ

НЭ (насадка)

2,5

0,55

Рисунок 5.15 – Общий вид установки электрохимической дезактивации и

сменные насадки

Дезактивация фреон-спиртовой смесью (ФРЭС)

Таблица 5.4 Состав фреон-спиртовой смеси для дезактивации

Наименование

компонента

Расход

(г/м

)

Кол-во

(%)

Примечание

Фреон-113 252,48 80

Этанол или изо-

пропанол

63,12 20

Расход состава

ФРЭС-20 – 400

г/м

Дезактивация поверхностей методом криогенного бластинга

Рисунок 5.16 – Сравнение абразивной очистки и очистки сухим льдом

а) б)

в) г)

Рисунок 5.17 – Бластер одношланговый Triblast BL-T2 с комплектующими

деталями:

а) бластер; б) шланг; в) насадка; г) пистолет-распылитель

Рисунок 5.19 – Привод бласте-

ра с электромотором

Рисунок 5.18 – Конструкция

основной рамы бластера

Рисунок 5.20 – Конструкция турбины пневматической подачи гранул сухого

льда бластера BL50 «Triblast Т2»

Дезактивация с применением лазера

Рисунок 5.21 – Обработка лазером с применением прозрачных пленок

1- обработка без пленки

2- обработка сквозь пленку

3- продукты дезактивации на сорбирующей пленке

Рисунок 5.22 – Мобильный лазерный комплекс для целей дезактивации

Техническая характеристика комплекса

Длина волны излучения 1,06 мкм

Энергия импульса, до 200 мДж

Длительность импульсов 20 нс

Частота повторения импульсов 50 Гц

Расстояние от излучателя до зоны обработки, до 2,0 м

Размер обрабатываемой зоны на расстоянии 1 м 600 мм х600 мм

Скорость обработки, до 0,3 кв.м / час

Толщина удаляемого слоя, до 100 мкм

Электропитание 220 В, 1,5 кВт

Суммарный вес комплекса, не более 40 кГ

Рисунок 5.23 – Степень удаления радионуклидов с поверхности образцов при

лазерной дезактивации

дСо

=70%

дCs

=76%

дEu

=85%

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Co-60 Cs-137 Eu-152

фотопик

, имп

До дезактивации После дезактивации