Способ очистки поверхностей от радиоактивных загрязнений
Изобретение относится к области дезактивации объектов. Сущность изобретения: способ очистки поверхности от радиоактивных загрязнений путем обработки загрязненной поверхности водным дезактивирующим раствором с последующим удалением отработанного дезактивирующего раствора. При этом обработку загрязненной поверхности осуществляют в замкнутом объеме дезактивирующего раствора путем воздействия на загрязненную поверхность кавитирующим потоком дезактивирующего раствора. Разность между давлением протекания дезактивирующего раствора и статическим давлением замкнутого объема дезактивирующего раствора составляет 0,4-0,6 МПа, а обработку загрязненной поверхности ведут при температуре дезактивирующего раствора 18-22°С. Преимущества изобретения заключаются в том, что осуществляют быструю и качественную обработку загрязненной радионуклидами поверхности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к способам очистки поверхностей от радиоактивных загрязнений, а именно к дезактивации внутренних замкнутых поверхностей технологического оборудования на объектах атомной техники.
В настоящее время значительная часть теплообменного и технологического оборудования, используемого на объектах атомной техники, представляет собой замкнутые поверхности теплообменников, технологических трубопроводов, емкостей и т.п. В процессе эксплуатации на внутренних поверхностях этого оборудования появляются комбинированные отложения, которые состоят из солевых отложений циркулирующих растворов, одновременно содержащих радиоактивные загрязнения. При ремонте, обслуживании или замене указанного оборудования необходимо производить очистку внутренних поверхностей такого оборудования как от радиоактивных загрязнений - дезактивацию, так и от других загрязняющих отложений.
Существующие способы дезактивации по механизму их действия можно разделить на три группы:
- основанные на механическом удалении загрязнений;
- основанные на частичном растворении радиоактивных веществ при обработке поверхности водой или органическими растворителями;
- основанные на физико-химических процессах.
Физико-химические способы дезактивации предусматривают обработку поверхностей сложными дезактивирующими растворами.
Известен "Способ дезактивации металлических поверхностей ядерных энергетических реакторов" (МКИ G 21 F 9/00, заявка ЕПВ №0138289, публ. 1985). Способ осуществляют путем обработки загрязненной поверхности дезактивирующим раствором с рН 1,5-4 при температуре 70-200°С, затем поверхность промывают водой, а потом обрабатывают водным щелочным раствором при температуре 70-200°С.
Известен также "Способ дезактивации металлических поверхностей" (МКИ G 21 F 9/30, пат. Франции №2644618, публ. 1990). Способ состоит из поочередно выполняемых операций длительностью по два часа каждая и предусматривает обработку поверхности сначала окисляющим водным раствором, а затем - восстановительным. Процесс ведут при температуре 70-95°С.
Известен "Способ дезактивации оборудования" (МКИ G 21 F 9/30, заявка Японии №60-50320, публ. 1985). Очистку загрязненных поверхностей осуществляют химическим или механическим методом с использованием воды под давлением и последующим формированием на очищенной поверхности окисной пленки.
К недостаткам этих способов дезактивации относятся:
- длительность процесса дезактивации;
- необходимость нагревания дезактивирующей композиции и поддерживание температуры процесса как минимум в 70°С.
- сложность переработки образующихся жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и твердых радиоактивных отходов (ТРО).
Известен процесс дезактивации поверхностей с использованием водных дезактивирующих растворов (С.М. Городинский, Д.С. Гольдштейн. Дезактивация полимерных материалов. М.: Атомиздат, 1975, с. 30). Описан способ очистки поверхностей от радиоактивных загрязнений путем обработки загрязненной поверхности водным дезактивирующим раствором и последующим удалением отработанного дезактивирующего раствора, включающего радиоактивные загрязнения.
К недостаткам этой технологии следует отнести то, что при промывке загрязненной поверхности переход радиоактивной составляющей в дезактивирующий раствор происходит только из очень тонкого наружного слоя, контактирующего с дезактивирующим раствором. Процесс дезактивации в таких условиях происходит очень медленно только за счет химической реакции и последующего удаления продуктов реакции с отработанным дезактивирующим раствором.
Очистку поверхностей от других загрязнений, не имеющих радиоактивную составляющую, осуществляют другими способами.
Известен "Способ очистки отверстий печатных плат" от микровключений за счет воздействия на загрязненную поверхность струйного потока кавитирующей жидкости при определенном перепаде давлений (патент РФ №2074537, МПК Н 05 К 3/26, опубл. 24.01.94).
Причинами, препятствующими использованию данного способа, являются:
- возможность вторичного радиоактивного загрязнения поверхностей из-за низкой способности связывания радионуклидов в очищающей жидкости;
- невозможность очищать поверхности с большим слоем отложений, так как указанный способ рекомендуется для очистки только микровключений на поверхности.
Известен также "Способ очистки внутренней поверхности трубопроводов от загрязнений" (заявка РФ №99110613, МПК В 08 В 9/04, опубл. 13.05.99). Способ заключается в генерации ударных волн у входа в трубопровод, резкой подаче импульсов сжатого воздуха под большим давлением и сливе загрязненной жидкости, причем заполнение и слив осуществляют через гидроблок в одном замкнутом цикле.
К недостаткам, препятствующим использованию данного изобретения, относится возможность вторичного радиоактивного загрязнения поверхностей трубопроводов.
Наиболее близким способом очистки поверхностей от радиоактивных загрязнений к заявляемому по совокупности существенных признаков является способ очистки поверхностей, описанный в источнике информации "Дезактивация полимерных материалов" авторов С.М. Городинский, Д.С. Гольдштейн, который и выбран в качестве прототипа.
Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, формулируется следующим образом: очистка замкнутой поверхности от радиоактивных загрязнений и одновременно от других отложений нерадиоактивного характера с
- сокращением времени проведения процесса;
- проведением процесса при комнатной температуре (18-22°С);
- отсутствием вторичного радиоактивного загрязнения очищаемой поверхности;
- возможностью многократного использования очищающего раствора;
- возможностью удаления достаточно толстых (реальных) слоев отложений.
Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в значительном сокращении времени на проведение дезактивационных работ в замкнутом объеме за счет сочетания дезактивирующих и кавитационных свойств потока. При этом внутренние поверхности оборудования и трубопроводов одновременно очищают от различных видов (в том числе разной толщины) загрязнений, включая радиоактивные. Одновременно с этим значительно снижаются энергозатраты и расход дезактивирующего раствора за счет его многократного использования. При этом отсутствует вторичное радиоактивное загрязнение очищаемой поверхности, что значительно повышает эффективность дезактивации. Использование замкнутого цикла обращения дезактивирующего раствора позволяет создать экологически безопасный процесс дезактивации.
Указанный технический результат достигается тем, что применяется способ очистки поверхности от радиоактивных загрязнений путем обработки загрязненной поверхности водным дезактивирующим раствором с последующим удалением отработанного дезактивирующего раствора, причем обработку загрязненной поверхности осуществляют в замкнутом объеме дезактивирующего раствора путем воздействия на загрязненную поверхность кавитирующим потоком дезактивирующего раствора, при этом разность между давлением протекания дезактивирующего раствора и статическим давлением замкнутого объема дезактивирующего раствора составляет 40-60 атм (0,4-0,6 МПа), а обработку загрязненной поверхности ведут при температуре дезактивирующего раствора 18-22°С.
При необходимости обеспечения замкнутого цикла очистки с повторным использованием дезактивирующего раствора предпочтительно после удаления отработанный дезактивирующий раствор направляют на переработку для отделения радиоактивных и механических составляющих загрязнения, а после переработки дезактивирующий раствор повторно направляют на обработку загрязненной поверхности.
Признаки, указанные в формуле изобретения, являются необходимыми и достаточными, т.е. являются существенными.
Предложение не известно из доступных источников информации, явным образом не следует из уровня техники и при этом является промышленно применимым в качестве способа дезактивации, то есть соответствует всем критериям охраноспособности по действующему законодательству.
Предлагаемый способ (схематично) поясняется чертежами:
На фиг.1 схематично представлен цикл осуществления дезактивации внутренней замкнутой поверхности трубопровода. На фиг.2 представлен замкнутый цикл, где:
1 - генератор кавитационного потока;
2 - трубопровод;
3 - внутренняя поверхность трубопровода, подлежащая очистке;
4 - дезактивирующий раствор;
5 - устройство для обеспечения затопленности струи (заглушки);
6 - система переработки отработанного дезактивирующего раствора;
7 - нагнетатель дезактивирующего раствора.
Способ реализуется следующим образом.
Генератор кавитационного потока 1 вводится, например, с помощью штанги, в трубопровод 2, внутренняя поверхность 3 которого подлежит очистке (дезактивации). Дезактивирующий раствор 4, температура которого 20±2°С, подается в объем трубопровода 2 для дезактивации его внутренней поверхности 3 с помощью нагнетателя дезактивирующего раствора 7. При определенном значении (0,4-0,6 МПа) разницы между давлением протекания дезактивирующего раствора 7 из насадки гидрокавитационного генератора 1 и статическим давлением замкнутого объема дезактивирующего раствора 4, образованного с помощью устройства для обеспечения затопленности 5, образуются газопаровые пузырьки, которые при взаимодействии с очищаемой поверхностью схлопываются с образованием микровзрывов, за счет которых происходит интенсивное разрушение отложений на поверхности. Причем сама поверхность остается неповрежденной.
Процесс дезактивации внутренней поверхности 3 трубопровода 2 в зависимости от типа отложений осуществляется со скоростью 0,1-1,0 м/мин. Этой скорости достаточно, чтобы очистить его поверхность 3 от радиоактивных загрязнений и от других солевых отложений.
Затем отработанный дезактивирующий раствор удаляют (фиг.1) из объема очищаемого трубопровода 2.
Для осуществления замкнутого цикла (фиг.2) дезактивации отработанный раствор направляют на переработку 6 для отделения как радиоактивных, так и различных солевых отложений. Переработанный дезактивирующий раствор вновь подают через нагнетатель 7 в очищаемый трубопровод 2 или в объем другого очищаемого оборудования.
В предлагаемом изобретении оптимальные условия для процесса дезактивации обеспечиваются при перепаде давления 0,4-0,6 МПа.
Экспериментальные исследования показывают, что при перепаде давления ниже 0,4 МПа интенсивность процесса кавитационной эррозии резко падает.
При перепаде выше 0,6 МПа интенсивность процесса не возрастает и поэтому не имеет смысла увеличивать перепад давления.
Изменение температуры раствора не ведет к резким изменениям эффективности процесса, поэтому затраты на нагрев раствора нецелесообразны.
В результате применения предлагаемого способа очистки не происходит вторичного радиоактивного загрязнения поверхностей.
Указанным способом возможна очистка поверхностей с высокой степенью отношения толщины загрязнения к диаметру трубопровода, вплоть до наглухо забитых трубопроводов.
При этом остаточная радиоактивная загрязненность поверхностей не превышает значений, указанных в нормах радиационной безопасности НРБ-99 для обслуживаемых помещений.
Традиционный способ дезактивации с помощью жидких дезактивирующих растворов осуществляют в течение ~4-6 часов до установления химического равновесия, предлагаемый способ дезактивации осуществляют в течение нескольких минут.
В предлагаемом способе дезактивации по сравнению с прототипом эффективность дезактивации в 100-1000 раз выше. (Кд - коэффициент дезактивации, его величина определяет эффективность очистки поверхности от загрязнений и наличие вторичного загрязнения).
Использование предлагаемого способа позволяет вести процесс без подогрева, многократно очищать одним раствором, сократить время проведения процесса дезактивации и исключить вторичное радиоактивное загрязнение обрабатываемых поверхностей.
Такие результаты достигаются сочетанием дезактивирующих свойств раствора и свойств кавитирующего потока при определенной величине перепада давлений и невысокой температуры среды (18-22°С).
Таким образом, предлагаемое изобретение направлено на решение поставленной задачи и отвечает всем критериям охраноспособности по действующему законодательству.
Способ прошел апробацию при проведении работ по дезактивации насосно-компрессорных труб в г. Нефтекумск Ставропольского края и на Смоленской АЭС.
Формула изобретения
1. Способ очистки поверхности от радиоактивных загрязнений путем обработки загрязненной поверхности водным дезактивирующим раствором с последующим удалением отработанного дезактивирующего раствора, отличающийся тем, что обработку загрязненной поверхности осуществляют в замкнутом объеме дезактивирующего раствора путем воздействия на загрязненную поверхность кавитирующим потоком дезактивирующего раствора, при этом разность между давлением протекания дезактивирующего раствора и статическим давлением замкнутого объема дезактивирующего раствора составляет 40-60 атм (0,4-0,6 МПа), а обработку загрязненной поверхности ведут при температуре дезактивирующего раствора 18-22°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после удаления отработанный дезактивирующий раствор направляют на переработку для отделения радиоактивных механических составляющих загрязнения, а после переработки дезактивирующий раствор повторно направляют на обработку загрязненной поверхности.
РИСУНКИ
Другие изменения, связанные с зарегистрированными изобретениями
Изменения:Зарегистрирован переход исключительного права без заключения договораДата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 17.12.2009/РП0000436Патентообладатель: Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии - Атомстрой» Прежний патентообладатель: Федеральное государственное унитарное предприятие «Инвестиционно-строительный концерн «Росатомстрой»
Номер и год публикации бюллетеня: 32-2004
Извещение опубликовано: 27.01.2010 БИ: 03/2010
