Радиоактивные загрязнения оборудования АЭС и предпосылки дезактивации оборудования

Радиоактивные загрязнения оборудования АЭС и предпосылки дезактивации оборудования

атомный электростанция радиоактивный дезактивация Интенсивное развитие ядерной энергетики во многом зависит от успешного решения проблем, связанных с безопасностью эксплуатации АЭС и охраной окружающей среды. Дезактивация занимает важное место и в общем комплексе мероприятий по охране окружающей среды, осуществляемых в нашей стране. В настоящее время в России и за рубежом созданы и используются универсальные и эффективные методы и средства дезактивации.

Решение научных и технологических вопросов дезактивации зависит от характера процессов, обусловливающих радиоактивное загрязнение оборудования и поверхностей АЭС: коррозии реакторных материалов, переноса и активации продуктов коррозии, образование радиоактивных отложении и т. п. Эффективность дезактивации существенно зависит от от типа радиоактвного загрязнения, природы поверхности, характера воздействия дезактивирующей среды на поверхность.

Вопрос дезактивации парогенератторов является одним из важнейших, так как они являются частью и первого и второго контуров. В процессе эксплуатации РУ АЭС с ВВЭР на поверхностях коллекторов теплоносителя и теплообменных труб парогенератора (ПГ) со стороны первого контура происходит рост отложений радиоактивных продуктов коррозии.

С целью уменьшения дозовых нагрузок на оперативный и ремонтный персонал перед проведением контроля металла, технического обслуживания и ремонта ПГ в период планово-предупредительного ремонта (ППР) необходимо проводить дезактивацию ПГ со стороны первого контура. Удовлетворительная эффективность дезактивации достигается при условии растворения и смыва слоя радиоактивных отложений и частично окисной пленки металла, обогащенной радиоактивными продуктами коррозии, и обеспечения надежной пассивации поверхности металла.

1. Источники радиоактивных загрязнений

Дезактивация — удаление радиоактивных загрязнений (РА) с поверхностей оборудования и трубопроводов — является одним из защитных мероприятий, уменьшающих воздействие ионизирующего излучения на персонал АЭС, а также предупреждающих распространение радиоактивных загрязнений по помещениям и территории станции.

Дезактивация неразрывно связана с источниками и условиями радиационных загрязнений, которые определяются механизмом образования, природой, радионуклидным (РН) составом и другими особенностями этих загрязнений. По существу дезактивация является процессом, обратным процессу радиоактивного загрязнения.

В зависимости от условий образования радиоактивных продуктов и последствий их воздействия на окружающую среду представим источники радиоактивных загрязнений в виде пяти основных групп:

I. производственные;

II. радиоактивные загрязнения после снятия с эксплуатации отработавших ЯЭУ;

III. РА загрязнения, связанные с локальным выбросом РА продуктов, представляющих опасность для персонала;

IV. аварийные, приводящие к выбросу РА продуктов и затрагивающие безопасность населения;

V. РА загрязнения в результате взрыва ядерных зарядов и аварий, связанных с ними.

Различные условия образования РА веществ могут привести к локальным или массовым загрязнениям. Обычно локальные загрязнения не распространяются за пределы промышленного предприятия (АЭС), урановых рудников, заводов по получению ядерных компонент топлива и др.) и могут быть вызваны небрежным обращением с РА веществами (разлив‚ просыпка и т. д.) ‚ или проникновением их в рабочее помещение через негерметичные участки оборудования. Сам факт работы с РА веществами, их транспортировка и перенос, могут служить причиной локальных загрязнений.

Локальные загрязнения касаются преимущественно персонала. Иногда некоторая часть их распространяется за пределы рабочей зоны, не представляя опасности для населения. Локальные РА загрязнения обычно прогнозируют, а способы их дезактивации разрабатывают заранее.

Массовыми следует считать такие загрязнения, которые опасны для населения, требуют частичной или помпой его эвакуации, а проведение дезактивации осуществляется, в том числе и вне зоны нахождения источника РА загрязнений.

1.1 Производственная дезактивация

К производственной прежде всего относится дезактивация объектов, загрязнение которых связано с эксплуатацией АЭУ, в процессе технологического цикла получения ядерного топлива, при транспортировке и захоронении РА отходов.

В процессе эксплуатации АЭС происходит образование РА продуктов в результате активации нейтронами конструкционных материалов активной зоны, коррозии материалов контура циркуляции теплоносителя, выхода продуктов реакции деления. Все внутренние поверхности узлов и деталей, соприкасающиеся с теплоносителем, подвергаются РА загрязнению.

1.2 Аварийные РА загрязнения и дезактивация

С развитием ядерной энергетики постоянно ведется хроника аварийных ситуаций. Таких как:

· аварии, произошедшие в промышленности, связанной получением ядерного топлива;

· выбросы в виде РА аэрозолей, происходящие в результате тяжелых аварий, к числу которых относится, например, падение самолета на установку регенерации плутония;

· аварии, связанные с разгерметизацией, взрывом и выходом из строя отдельных узлов и агрегатов оборудования производственного ядерного цикла;

· радиоактивные отходы, способные выделять газообразные продукты, в частности водород, накопление которых может привести к взрыву и выбросу РА веществ из хранилищ этих отходов;

· аварии на атомных подводных лодках и космических объектах.

2. Классификация РА загрязнений

Источники РА загрязнений имеют свои особенности, что позволяет классифицировать РА загрязнений на первичные, вторичные и многократные. Первичные загрязнения вызваны РА веществами, которые образовались в процессе аварии, производственной деятельности, взрывов ядерных боеприпасов, т. е. на основе тех причин, которые обозначены в верхней части таблицы 1.

Вторичные РА загрязнения определяются воздействием ранее загрязненных объектов. Именно вторичные загрязнения после Чернобыля определяли загрязнение массы новых объектов, увеличивая масштабы дезактивационных работ. Источником вторичных загрязнений являлась местность, подвергшаяся первичному загрязнению в результате оседания РА частиц. Под многократными подразумеваются загрязнения одних и тех же ранее загрязненных объектов, которые обычно после каждою загрязнения подвергаются дезактивации.

Сам же процесс как первичного, так и вторичного РА загрязнения может происходить в результате контакта загрязненной поверхности с РА средой, оседания и осаждения РА частиц, находящихся в воздухе и образующих РА аэрозоли (аэрозольное загрязнение, см. таблицу 1).

Следует различать термины «оседание» и «осаждение» аэрозольных частиц. Оседание происходит самопроизвольно за счет гравитации, а осаждение — принудительно под действием внешних сил на препятствия, находящихся по пути аэрозольного потока.

Помимо аэрозольного (см. таблицу 1) возможно контактное РА загрязнение, которое происходит в результате соприкосновения (контакта) поверхностей различных объектов с газовой, жидкой или твердой средой, содержащей радионуклиды.

Контактное загрязнение жидкими, а также твердыми продуктами, в состав которых входят РН, имеет место в процессе технологического цикла добычи, получения, переработки, транспортировки и хранения ядерного топлива.

В атмосфере воздуха могут находиться в газообразной форме радионуклиды криптона (89Kr) и ксенона (137Хе), пары йода и его соединений. Парообразные и газообразные РН способны адсорбироваться на различных поверхностях и загрязнять их. В данном случае контакт загрязняемой поверхности происходит с газовой средой.

Загрязнение внутренних поверхностей АЭС, соприкасающихся с жидким РА теплоносителем, соответствует контактному процессу загрязнения и зависит от типа реактора, его надежности и эксплуатационной истории.

Таким образом, верхняя и левая части табл. 1 характеризуют источники и масштабы РА загрязнений. Другая нижняя и правая части табл. 1, в которых отражена вид, агрегатное состояние, особенности и причины РА загрязнений, предопределяют элементарные акты закрепления и удаления этих загрязнений. Две части табл. 1 неразрывно связаны и обобщенно представляют характеристику РА загрязнений.

3. Классификация способов дезактивации

Процесс дезактивации, обратный процессу РА загрязнения, связан с удалением РА загрязнений с обрабатываемых объектов. В случае поверхностного загрязнения дезактивация ограничивается удалением с поверхности объектов РА веществ, которые закреплялись на ней в результате адгезии и адсорбции молекул или ионов РН (для дезактивации при глубинном загрязнении этого недостаточно — возникает необходимость извлечь РА загрязнения, проникшие в глубь поверхности, и только после этого происходит удаление РА загрязнений, перешедших из глубины на поверхность объекта. Возможно удаление находящихся в глубине материала РА загрязнений вместе с этим материалом.

Дезактивация осуществляется при помощи различных способов. Способ дезактивации — это совокупность операций с использованием средств дезактивации по удалению РА загрязнений с объектов или по изоляции поверхностей этих объектов. Способы дезактивации реализуются в результате воздействия дезактивирующих растворов (ДР) или сред на обрабатываемую поверхность с учетом особенностей объекта и используемых технических средств (ТС).

Существующие способы дезактивации можно классифицировать по различным признакам, которые, с одной стороны, определяются условиями РА загрязнения, а с другой — условиями проведения самой дезактивации. Выбор способа дезактивации диктуется особенностями РА загрязнений и самого объекта. В основу классификации всех способов дезактивации могут быть положены два основные принципа, определяющие агрегатное состояние дезактивирующей среды и особенности проведения собственно дезактивации В зависимости от агрегатного состояния дезактивирующей среды все способы дезактивации можно подразделить на жидкостные и безжидкостные, а также комбинированные.

Жидкостные способы могут быть основаны на использовании механического воздействия (струей воды. ультразвуком и др.) растворов с использованием физико-химических процессов (адсорбционных, ионо-обменных, мембранных и др), а также на сочетании различных видов воздействия. Желание повысить эффективность дезактивации привело к осуществлению дезактивации путем сочетания различных способов. Подобное сочетание жидкостных и безжидкостных способов обработки реализуется в комбинированных способах обработки.

Под комплексной дезактивацией следует понимать обработку одного и того же объекта различными способами.

В табл. 3 приведена классификация способов дезактивации без учета особенности очистки воздуха, воды и санитарной обработки.

Не все способы дезактивации применяются одинаково часто. По этой причине их можно условно разделить на две группы — основные и вспомогательные. Сравнительно редко осуществляется дезактивация пенами и с использованием мембранной технологии. Кроме того, к вспомогательным следует отнести те способы дезактивации, которые осуществляются без применения технических средств; например, протирание загрязненной поверхности вручную щетками или ветошью.

Иногда способы дезактивации разграничивают на физико-механические, химические и физико-химические. Физико-механические способы осуществляются с помощью механических или физических процессов; например, механическое воздействие щетки, аэродинамическое воздействие жидкого или газового потока и т. д. В химических способах происходит химическое взаимодействие РН с компонентами ДР; оно может быть интенсифицировано под действием внешних факторов, в частности электрического поля. Физико-химические способы дезактивации сочетают особенности двух предшествующих. Если придерживаться этой классификации, то все безжидкостные способы можно отнести к физико-механическим, а жидкостные и комбинированные — к физико-химическим с преобладанием, либо химических, либо физических процессов.

4. Виды дезактивационных работ на АЭС

При проведении работ по обслуживанию реакторного оборудования, ремонтных работ, а также в вероятных аварийных ситуациях возможно загрязнение радиоактивными веществами наружных поверхностей оборудования и помещений АЭС.

Развитие ядерной энергетики должно сопровождаться разработкой современных методов и средств дезактивации и способов предотвращения радиоактивных загрязнений. Увеличивающиеся мощности и размеры ядерных энергетических установок и повышенные требования к безопасности обусловливают необходимость разработки максимально автоматизированных средств дезактивации, отличающихся высокой эффективностью и производительностью. Например, площадь центрального зала под защитной оболочной реактора ВВЭР-1000 составляет около 2000 м², поэтому дезактивация таких поверхностей безусловно требует применения высокопроизводительных механизмов.

Число способов очистки поверхностей, используемых в различных отраслях техники, достаточно велико, но эти способы либо малоприемлемы для дезактивационных работ, либо требуют коренной модернизации.

При дезактивации основными факторами являются безопасность обслуживающего персонала и защита окружающего пространства от бесконтрольного распространения радионуклидов. Поэтому дезактивация пожнет быть проведена с помощью методов, сочетающих высокую степень механизации всех технологических операции, дистанционный характер управления процессов и надежную локализацию радионуклидов в ограниченном объеме.

Применяемые на АЭС методы и технические средства дезактивации весьма различны. Выбор их определяется видом дезактивационных работ, конкретными конструктивными особенностями оборудования, характером поверхностей, уровнями радиоактивных загрязнений, требуемой степенью очистки и другими факторами.

Все работы по дезактивации, которые встречаются в практике эксплуатации современных АЭС, условно можно разделить на следующие виды: 1) дезактивация циркуляционных контуров; 2) дезактивации контурного оборудования; 3) дезактивация поверхностей помещений и оборудования; 4) дезактивация емкостного оборудования и бассейнов выдержки ТВЭЛов; 5) дезактивация транспортного и крупногабаритного оборудования.

5. Оценка эффективности дезактивации

5.1 Самодезактивация

Снижение уровня РА загрязнений различных объектов может произойти без применения средств дезактивации, во-первых., вследствие естественного РН распада и, во-вторых, под действием различных внешних факторов — атмосферных осадков, попутных потоков, вибрации при движении транспорта и других причин. Возможны случаи, когда эти две причины снижения активности действуют в совокупности.

Наиболее сильное снижение уровня РА загрязнений и меньшее значение периода полуснижения соответственно за счет естественного распада достигается сразу после формирования РА следа, т. е. после первичного РА загрязнения.

Таким образом, за счет естественного РА распада и под действием внешних факторов в той или иной мере происходят самодезактивация. В некоторых случаях она приводит к обезвреживанию объектов и к исключению необходимости дезактивации. В других, довольно частных случаях, удаления РА загрязнений за счет внешних факторов сводятся лишь к снижению подобного загрязнения одних объектов за счет увеличения РА загрязнений других — фактически речь идет лишь о перемещении РА веществ.

5.2 Коэффициент дезактивации

Цель дезактивации — обеспечить безопасность людей; ее можно считать достигнутой, когда РА загрязнения объектов снижаются ниже допустимых норм. Такую дезактивацию следует считать эффективной. При удалении РА веществ эффективность дезактивации оценивается при помощи коэффициента дезактивации (КД), а в случае снижения опасности облучения людей — при помощи коэффициента снижении МД. Коэффициент дезактивации характеризует удаление РА веществ с поверхности различных объектов, т. е.

К_д = А_н / А_к,

где А_н, А_к — соответственно начальное (до дезактивации) и конечное (после дезактивации) РА загрязнение поверхностей объектов.

Помимо КД эффективность дезактивации можно оценить с помощью доли удаленных в процессе дезактивации РА загрязнений _F или оставшихся на поверхности загрязнений после дезактивации _F; эти величины соответственно равны:

_F = А_к/ А_н100; _F = (А_н — А_к) / А_н*100.

6. Дезактивация контурного оборудования

К съемному контурному оборудованию АЭС с реакторами с водой под давлением и кипящего типа относят различные узлы н устройства, которые в процессе длительной эксплуатации должны периодически подвергаться осмотру, ремонту или замене. Оборудованием таково вида являются, например, выемные части главных циркуляционных насосов, главных запорных задвижек, приводы органов регулированная реактора, различная арматура, датчики контрольно-измерительных приборов и т. п.

Все это оборудование необходимо дезактивировать перед проведением ремонтов или осмотров.

Радиоактивное загрязнение съемного контурного оборудования обусловлено длительным контактом с теплоносителем первою контура и характеризуется наличием на поверхностях слоя активированных продуктов коррозии. Дезактивацию съемного оборудования в зависимости от его размеров и конструктивных особенностей можно производить различными способами, в том числе погружным. струйным. электролитическим и т. п.

6.1 Ванны дезактивации

Наибольшее распространение для дезактивации съемного контурного оборудования получили ванны погружного типа, оснащенные средствами подогрева и перемешивания растворов, вентиляционным отсосом, контрольно-измерительными приборами. Нагрев ванн производят с помощью электронагревателей, паровых змеевиков или паровой рубашки, а также острым паром, подаваемым непосредственно в моющий раствор.

Для перемешивания в ваннах предусмотрены механические мешалки, насосы, паровой или воздушный барботаж и т. п. В корпусе ванн имеются штуцера для подвода ноющих растворов, промывочной воды и слива отработанных растворов. Ванна оборудуется герметично закрывающейся крышкой. Процесс дезактивации осуществляется под небольшим разрежением (10−30 мм вод. ст.). создаваемым с помощью вентиляционного отсоса, Объемы ванн могут быть до нескольких кубических метров в зависимости от размеров обмываемых изделий. Загрузку крупногабаритных деталей производят с помощью подъемно-транспортных механизмов.

На ряде зарубежных АЭС, в том числе АЭС «Гарильяно», ванны используют для дезактивации рабочих колес циркуляционных насосов. Объем таких ванн около 1,5 м³. Они оборудованы механическими мешалками и электронагревателями мощностью от 6 до 30 кВт. Процесс дезактивации ведется двухванным способом при температуре 90 С в течение 20 ч и более. Достигаемые коэффициенты дезактивации находятся в пределах 10−200. Значительной интенсификации процесса достигают, используя ультразвук, что позволяет сократить время дезактивации в 2−5 и более раз.

Применяемые ультразвуковые ванны оборудованы встроенными в корпус (днище или стенки) магнитострикционными или пьезокерамическими преобразователями и комплектуются ультразвуковыми генераторами мощностью 1,6−10 кВт. Дезактивация оборудования производится в частотном диапазоне 18−40 кГц с удельной интенсивностью излучения 0‚5−1,5 Вт/см².

Ультразвуковые ванны оборудуют также нагревателями, устройствами для загрузки и перемещения деталей (вращающийся барабан), устройствами для фильтрования растворов и другими приспособлениями. Объем ванн составляет 40−150 л и более.

Для дезактивации используют те же десорбирующие растворы, что и для погружных ванн, однако время обработки сокращается до 10−15 мин. Наиболее эффективно применение ванн такого типа для обработки малогабаритных деталей, на поверхности которых имеются труднорастворимые отложения. Схема ультразвуковой ванны изображена на рис 6.1.1.

Наряду с ультразвуковыми применят ванны электрохимической дезактивации. В этом случае используется эффект анодного растворения, травления или электрохимической полировки металла. Конструктивно эти ванны выполнены аналогично гальваническим. Режим обработки и рецептуры электролитов подбирают в зависимости от материала деталей и условий проведения дезактивации.

Электрохимической дезактивации обычно подвергаются детали относительно простой формы, так как деталям со сложной конфигурацией очень трудно подобрать соответствующий их форме катод. Несоблюдение этого условия приводит к неравномерному съему металла с поверхности обрабатываемых деталей.

Для дезактивации деталей сложной конфигурации с наличием отверстий, пазов и т. п. предназначены ванны струйного типа. Принцип действия такой ванны заключается в том, что на вращающемся столе, установленном внутри ванны, закреплена дезактивируемая деталь, на которую направляются струи десорбирующего раствора, подаваемого под повышенным давлением. Для удобства обработки сопла выполнены поворотными. Наблюдение за процессом осуществляется через смотровые окна. Дезактивирующий раствор внутри ванны циркулирует по замкнутой схеме. Вращение поворотного стола обеспечивается с помощью турбинного колеса, на которое направлены струи циркулирующего раствора. Общий вид струйной ванны показан на рис. 6.1.2.

На АЭС могут использоваться ванны специального назначения: например, целесообразно создание аппарата для дезактивации выемной части ГЦН. Такая ванна представляет собой цилиндрический сосуд с коническим днищем и съемной крышкой, в нижней части которого расположен змеевик для парового обогрева. Кроме того ванна оборудована барботером для перемешивания растворов сжатым воздухом, необходимыми штуцерами и контрольно-измерительными приборами (рис. 6.1.3, а).

Выемная часть ГЦН краном устанавливается своим фланцем на специальное опорное кольцо, размещенное внутри корпуса ванны, после чего закрывают крышку и приступают к проведению процесса дезактивации.

Другой вид ванн специального назначения — ванна для дезактивации приводов СУЗ реактора. Она изготавливается соответствии с размерами приводов и имеет длину порядка 10 м и диаметр 150−200 мм. В ней предусмотрено устройство для центровки и закрепления привода во время дезактивации. Кроме того, она оборудуется крышкой, устройствами для приема и выдачи растворов, средствами подогрева (паровой змеевик) и перемешивания (воздушный барботер), контрольно-измерительными приборами. В ванне может быть установлено струйное устройство для промывки привода после дезактивации (рис. 6.1.3, б).

6.2 Циркуляционный стенд

Различное оборудование (теплообменники, малогабаритные емкости и др), которое по соображениям целесообразности не может быть разобрано на отдельные детали и узлы, дезактивируется на специальном циркуляционном стенде. Принципиальная схема циркуляционного стенда включает баки для приготовления десорбирующих растворов, оборудованные паровым обогревом и имеющие биологическую защиту; насос для циркуляции моющих растворов по отмываемому тракту; поддон, на котором устанавливается дезактивируемый объект. Кроме того, стенд оборудуется необходимыми контрольно-измерительными приборами и арматурой.

Работа стенда заключается в следующем. Дезактивируемое оборудование устанавливают на поддоне и присоединяют трубопроводами или резиновыми шлангами к линиям подачи и выдачи десорбирующего раствора. Чаще всего такое оборудование дезактивируется окислительно-восстановительными растворами двухванного метода. В соответствии с этим в двух баках раздельно приготавливают оба десорбирующих раствора. В третьем баке находится промывочная вода. Дезактивация ведется поочередной циркуляцией горячих десорбирующих растворов с промежуточной промывкой водой. Схема циркуляционного стенда изображена на рис. 6.2.1.

Другой возможный вариант циркуляционного стенда представляет собой установка дезактивации парогенераторов энергоблока ВВЭР-440. Установка разработана в ГДР и предназначена для дезактивации отдельного парогенератора, отсеченного от коммуникации первого контура. В состав установки входят бак для приготовления дезактивирующих растворов, циркуляционный насос, запорные органы для трубопроводов Ду500, соединительные коммуникации, арматура и другие вспомогательные детали (рис. 6.2.2).

При монтаже установки первоначально производится отсечение парогенератора от первого контура с помощью специальных заглушек. Затем к верхней части «холодного» п «горячего» коллектора подсоединяется циркуляционный насос. Монтируется бак для приготовления дезактивирующих растворов. Работа установки осуществляется следующим образом: предварительно осушенный по первому контуру парогенератор заполняется из бака приготовленным раствором, после чего включается насос, создающий циркуляцию раствора в трубчатке парогенератора со скоростью не менее 0.1 м/с. Подогрев системы производится горячей водой со стороны второго контура. Удаление отработавших дезактивирующих растворов и промывных вод осуществляется с помощью сжатого воздуха.

Аналогичный способ применяли при дезактивации парогенераторов II и III блоков НВАЭС. Применение этой установки для дезактивации ПГ на АЭС «Козлодуй» показало хорошие результаты. При дезактивации коллекторов с помощью двух циклов двухванного метода Кд составил 40−100.

В настоящее время проблема дезактивации отдельного парогенератора энергоблока ВВЭР-400 решается иным способом. Для этого создана специальная установка, представляющая собой погружной электронасос с разделительной диафрагмой, который устанавливается в одном из коллекторов парогенератора. Кроме насоса, установка включает бак для приготовления растворов. отсекающие диафрагмы для «холодного» и «горячего» трубопроводов и другие вспомогательные детали. В один из коллекторов опорожненного парогенератора вставляется насосное устройство, при этом происходит одновременное отсечение коллектора от трубопровода первою контура. Разделительная диафрагма, укрепленная на насосе, делит коллектор на две половины. Другой, холостой, коллектор также отсекается специальной уплотнительной диафрагмой от трубопровода. Одновременно в центральном зале устанавливают бак для приготовления реагентов, который гибким рукавом соединяют со штуцером на крышке холостого коллектора. Парогенератор по первому контуру заполняется дезактивирующим раствором. При работе погружного насоса в нижней половине коллектора происходит всасывание дезактивирующего раствора, а в верхней — нагнетание. что обеспечивает циркуляцию раствора через трубный пучок парогенератора со скоростью около 0,7 м/с.

Подогрев дезактивирующих растворов производится горячей водой, подаваемой во второй контур парогенератора. Удаление отработавших растворов и промывных вод осуществляется с помощью сжатого воздуха, подводимого через штуцер на крышке холостого коллектора. Принципиальная схема устройства для дезактивации парогенераторов показана на рис. 6.2.3.

На практике дезактивацию парогенератора проводят в два цикла двухванным методом с промежуточной отмывкой конденсатом, причем между циклами рабочее и холостое устройства меняют местами. Эффективность дезактивации, достигаемая при использовании описанного устройства, достаточно высока. Опыт использования этой установки для дезактивации ПГ АЭС с ВВЭР-440 показывает, что за два цикла двухванной обработки К_д горячего коллектора составил 49, холодного коллектора — 25, трубчатки — 62.

7. Установка дезактивации парогенераторов РУ с ВВЭР-1000

7.1 Технология дезактивации парогенератора ПГВ-1000 М

Опыт проведения дезактивации ПГ РУ с ВВЭР-440 в целом подтвердил возможность применения химического жидкостного метода дезактивации для снижения мощностей доз ионизирующего излучения в ПГ в период ППР. Однако, технология дезактивации ПГ, применяемая на АЭС с ВВЭР-440, имеет ряд недостатков:

* недостаточно высокий коэффициент дезактивации;

* неполное удаление шлама;

* недостаточно качественная пассивация.

Опыт дезактивации парогенераторов ПГВ-440 был всесторонне проанализирован на международном семинаре ВАО АЭС-МЦ на тему «Дезактивация парогенераторов АЭС», состоявшемся 05−09 апреля 2004 года на АЭС Пакш в Венгрии. В Памятной записке по итогам семинара было отмечено, что «Дезактивация — это полезный инструмент при эксплуатации парогенераторов, но очень опасный. Его применение может привести к весьма негативным последствиям. Поэтому пользоваться этим инструментом следует только в крайнем случае, когда нет другого выхода, и только при наличии необходимых технических средств и отработанных технологий. Решение о проведении дезактивации парогенераторов должно приниматься только после тщательного анализа, учета всех факторов и возможных негативных последствий». Исходя из этого дезактивация парогенератора должна проводится в исключительных случаях по решению администрации АЭС, согласованному с Главным конструктором реакторной установки, и только при полностью выгруженной активной зоне.

С учетом опыта проведения дезактивации ПГ РУ с ВВЭР-440 была разработана технология дезактивации ПГ РУ с ВВЭР-1000, при этом в технологию были внесены изменения, направленные на повышение ее эффективности и устранение имеющихся недостатков. Так техническое решение Минатома (1995 г.), разработанное и согласованное «Атомэнергопроект», ВНИПИЭТ, ВНИИАЭС, ОКБ «Гидропресс», ИФХ РАН предусматривает внедрение на АЭС с ВВЭР однованной технологии дезактивации оборудования первого контура взамен двухванного метода. Необходимо отметить, что внедрение малореагентных и малостадийных технологий дезактиваций обеспечивает:

* сокращение вынужденных простоев энергоблока для выполнения дезактиваций;

* снижение объема перерабатываемых отходов;

* ограничение коррозионного воздействия на металл;

* предотвращение быстрой реактивации дезактивированных поверхностей.

Рецептура дезактивирующего раствора на первой стадии предусматривает использование азотной кислоты с концентрацией 5−10 г./л и перманганата калия с концентрацией 0,5−1 г./л. На второй стадии в окислительный раствор дозируется оксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФК) или щавелевой кислоты до концентрации 20−30 г./л. Обработка внутренних поверхностей дезактивирующим раствором на каждой стадии проводится при температуре 70−90єС в течение до 4 ч. После завершения дезактивации проводится водная промывка ПГ обессоленной водой, по окончанию которой производится отбор проб промывочной воды для измерения концентрации хлорид-иона, прозрачности и водородного показателя рН. В качестве критериев завершения водной промывки используются:

* водородный показатель рН — не менее 5,5;

* концентрация хлорид-иона — не более 100 мкг/кг;

* прозрачность — не менее 70%.

Эффективность указанной технологии подтверждена результатами лабораторных экспериментов и результатами опробования на Кольской АЭС, однако, окончательное заключение об эффективности технологи дезактивации может быть сделано после ее опытно-промышленного опробования на парогенераторе ПГВ-1000.

7.2 Установка дезактивации парогенератора (УДПГ)

Для реализации упомянутой выше технологии дезактивации парогенератора ПГВ-1000М, в 2004 году в ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС» была впервые разработана и изготовлена установка дезактивации (УДПГ) парогенератора ПГВ — 1000 М для Тяньваньской АЭС в Китае. При разработке конструкции УДПГ был использован опыт проведения дезактивации ПГ РУ с ВВЭР-440.

Принципиальная технологическая схема установки дезактивации парогенератора приведена на рис. 7.2.

Дезактивация парогенератора осуществляется за счет поочередной прокачки дезактивирующего раствора через секторы из пяти вертикальных рядов теплообменных труб из «горячего» коллектора в «холодный». По остальным теплообменным трубам дезактивирующий раствор из «холодного» коллектора самотеком вновь возвращается в «горячий» коллектор за счет разности уровней дезактивирующего раствора в коллекторах.

По результатам измерений мощности дозы г-излучения у «холодного» коллектора ПГ в средней части по высоте через отверстие в крышке УДПГ до и после дезактивации оценивается эффективность (коэффициент дезактивации).

Разработанная установка дезактивация парогенератора состоит из следующих основных составных частей, рис. 1: устройство насосное, крышка, две заглушки коллектора, комплект аппаратуры управления. В состав УДПГ также входят рукав для химикатов, рукава и трубки для подачи воздуха, а также кабели соединительные.

Устройство насосное устанавливается на «горячий» коллектор ПГ и обеспечивает с помощью погружного насоса прокачку дезактивирующего раствора через теплообменные трубы парогенератора, а также герметичность «горячего» коллектора первого контура ПГ при вытеснении отработанного дезактивирующего раствора и промывочной воды из коллектора сжатым воздухом. Распределение дезактивирующего раствора по трубам осуществляется соплом, которое за 44 шага поворачивается на 360є и последовательно продувает все теплообменные трубы парогенератора. В устройстве насосном применен оригинальный движитель, выполненный в виде блока коронок, который преобразовывает поступательное движение поршня пневмоцилиндра во вращение подвижных частей устройства и одновременно обеспечивает плотное прижатие уплотнительного резинового элемента сопла к стенкам коллектора, исключающее протечки дезактивирующего раствора.

На крышке УДПГ, которая устанавливается на «холодный» коллектор ПГ, находятся патрубок для подвода дезактивирующего раствора, патрубки для подвода и отвода воздуха, три датчика-реле уровня, пневморедуктор для понижения давления воздуха из воздушной линии АЭС до давления вытеснения дезактивирующего раствора из коллекторов ПГ — 0,25МПа, два предохранительных клапана и пробка для организации отбора проб в процессе дезактивации. Крышка также обеспечивает герметичность «холодного» коллектора ПГ при вытеснении отработанного дезактивирующего раствора и промывочной воды из коллектора сжатым воздухом через устройство отводящее, которое также устанавливается на крышке.

Для формирования герметичного объема в первом контуре парогенератора при проведении операции дезактивации внутренних поверхностей коллекторов и теплообменных труб парогенератора используются две заглушки коллектора, которые устанавливаются в полости каждого коллектора ПГ в районе внутренней проточки.

Управление УДПГ и электропитание погружного насоса устройства насосного осуществляется с помощью комплекта аппаратуры управления, основным элементом которой является щит управления. Аппаратура управления, осуществляет плавные пуск погружного насоса при прижатом к стенкам коллектора сопле и останов насоса — при отжатом сопле, позволяет определять текущий номер шага, обеспечивает срабатывание блокировок, а также обеспечивает работу датчиков-реле уровня и индикацию их показаний.

Проект УДПГ был выполнен с использованием технологии трехмерного проектирования на основе программы SolidWorks, что позволило:

* выполнить общую и детальную компоновки изделия с проведением анализа собираемости отдельных узлов изделия, их взаимодействия, удобствамонтажа и обслуживания;

* значительно сократить время на этапе выпуска рабочей документации за счет генерирования из детальной трехмерной модели установки для дезактивации парогенератора двумерных чертежей;

* провести кинематический анализ движущихся частей установки для дезактивации парогенератора, что позволило отказаться от изготовления макетного образца и существенно сократило материальные затраты и время на разработку изделия;

* значительно сократить время на разработку конструкции сложных узлов;

* детально смоделировать монтажные операции, которые необходимо выполнять во время эксплуатации установки;

* рационально разместить в транспортных контейнерах оборудование с обеспечением его надежного раскрепление и удобного доступа персонала для его обслуживания;

* автоматически вычислить массу деталей и изделия в целом, а также координаты центра масс контейнеров с размещенным в них оборудованием.

В процессе изготовления, на стадии сборки для облегчения работ использовались трехмерные изображения отдельных составных частей и узлов установки дезактивации парогенератора.

Проверка работоспособности отдельных составных частей и узлов УДПГ была проведена на специально созданных для этого стапеле и стенде.

В декабре 2004 года установка дезактивации была принята заказчиком и отправлена на Тяньваньскую АЭС.

В апреле 2005 года были проведены испытания установки дезактивации (без проведения дезактивации) на парогенераторе № 1 первого блока Тяньваньской АЭС с использованием конденсата в качестве технологической среды. В результате испытаний было подтверждено выполнение установкой своих основных функций в соответствии с руководством по эксплуатации УДПГ.

В настоящее время совместно с ФГУП НИТИ им. Александрова проводятся работы по оценке эффективности рецептур и технологий дезактивации поверхностей теплообменных труб парогенераторов со стороны первого контура РУ АЭС с ВВЭР.

Заключение

Современные ядерные энергетические установки требуют постоянного наблюдения и контроля процессов, выполнения регулярных «регламентных» работ по продлению сроков эксплуатации энергоблоков (их очистке), а также грамотной и своевременной утилизации отработавших энергоблоков, что предполагает большие объемы работ, длительные ремонты и привлечение многочисленного персонала, задействованного на этих работах.

Для решения задачи очистки и дезактивации в атомной технике разработано большое количество способов очистки материалов от радиоактивных загрязнений (речь идёт об очистке и дезактивации поверхности, так что подразумевается, что загрязнение локализовано в приповерхностном слое, как это и имеет место на практике). В настоящее время наиболее распространенными являются химический и электрохимический методы дезактивации радиоактивно загрязненных поверхностей.

При проведении дезактивационных мероприятий необходим строго дифференцированный подход к определению объектов, которые следует обеззараживать в первую очередь, выделив из них наиболее важные для жизнедеятельности людей (особенно при ограниченных силах и средствах).

Основной целью дезактивации является снижение радиоактивного загрязнения оборудования до допустимой нормы или уровня, позволяющего проводить персоналом АЭС ремонтные работы в течение полного рабочего дня. Сами способы дезактивации должны удовлетворять следующим требованиям:

· обеспечивать эффективное удаление с поверхностей радиоактивных загрязнений;

· не вызывать существенной коррозии и механического разрушения (повреждения) дезактивируемого материала;

· количество радиоактивных отходов должно быть минимальным;

· способы дезактивации должны быть экономичными, безопасными, не приводить к распространению радиоактивных загрязнений, допускать возможность их механизации.

Дезактивация является одной из эффективных мер радиационной защиты, так как предназначена для удаления радиоактивных веществ из сферы жизнедеятельности человека и, тем самым, для снижения уровней радиационного воздействия на него.

Также в заключении необходимо отметить, что проекты новых парогенераторов, таких как ПГВ-1000МК и ПГВ-1500, предусматривают использование для обслуживания ПГ по первому и второму контурам дистанционных средств, в частности для осмотра ПГ, промывки трубных пучков со стороны второго контура, проведения вихретокового контроля и глушения дефектных труб парогенераторов с использованием приварных заглушек. Это позволяет исключить необходимость проведения дезактивации парогенераторов строящихся АЭС с ВВЭР-1000 и АЭС, на которых будет использован для замены парогенератор ПГВ-1000МК, а также перспективной АЭС с ВВЭР-1500.

Список используемой литературы

1. А. Д. Зимон, В. К. Пикалов «Дезактивация», Издат 1994 г.

2. Н. И. Ампелогова, Ю. М. Симановский, А. А. Трапезников «Дезактивация в ядерной энергенике», Энергоатомиздат, 1982 г.

3. Н. Г. Рассохин «Парогенераторные установки атомных электростанций», Энергоатомиздат, 1987 г.

4. Л. М. Воронин «Особенности эксплуатации и ремонта АЭС», Энергоатомиздат, 1981 г.