СПОСОБ ОТМЫВКИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 1996 года по МПК G21F9/28 

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к процессам отмывки поверхностей от радиоактивных и высокотоксичных загрязнений. Изобретение может быть использовано при дезактивации поверхностей полов производственных помещений 2 и 3 зон АЭС и радиохимических производств, а также в производстве редких металлов с высокой токсичностью при удалении слабофиксированных загрязнений.

На действующих предприятиях отрасли отмывка полов ремонтных зон и операторских помещений производится, как правило, вручную текстильными материалами с использованием штатных моющих растворов, при этом расход раствора на дезактивацию 1 м² пола колеблется в широких пределах и составляет от 0,01 до нескольких литров.

Известен способ дезактивации поверхностей, включающий нанесение на поверхность моющего раствора и сорбента (например, торфа) с последующим удалением его с обрабатываемой поверхности вместе с раствором. При этом расход раствора составляет 0,1-0,15 л/м²;сорбента-0,1-0,15 кг/м². По мнению авторов разработанного способа [1] эффективность дезактивации зависит от отношения площади поверхности к объему подаваемого на поверхность раствора, причем зависимость имеет вид:
(1)
где k коэффициент распределения радионуклида между раствором и поверхностью;
S площадь отмываемой поверхности;
V количество раствора, удаляемого с поверхности;
K_д предельный коэффициент дезактивации, достигаемый данным способом дезактивации по отношению к данному загрязнению при бесконечно большом объеме данного моющего раствора.

По определению
К_д=Q_н/Q_исх, (2)
где Q_исх -исходный уровень загрязнения;
Q_н-неудаляемое при любом объеме раствора данным способом дезактивации загрязнение.

Очевидно, что описанный выше способ дезактивации поверхностей с применением сорбента (торфа) за счет уменьшения коэффициента распределения k значительно увеличивает эффективность дезактивации, однако способ не нашел промышленного применения, так как сбор сорбента разработанным для этого устройством не обеспечивал полного удаления сорбента с поверхности, в связи с чем способ требовал ручной домывки поверхности, при этом значительно увеличивалась трудоемкость процесса дезактивации.

Известен также способ дезактивации растиранием раствора, заключающийся в нанесении горячего моющего раствора на поверхность, растирании его по поверхности, выдержке его на поверхности и удалении путем смывания водой. Удаление загрязнения осуществляется дезактивирующим раствором в сочетании с механическим воздействием щетки. Расход моющего раствора составляет 2-3 л/м² [2, c. 147] Описанный способ является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и выбран в качестве прототипа. Существенным недостатком способа является значительное количество образующихся жидких отходов и большой объем ручного труда в радиационно-опасных условиях.

Задачей предлагаемого технического решения является оптимизация параметров процесса дезактивации горизонтальных поверхностей, что позволяет снизить затраты на дезактивацию при достижении необходимой степени очистки, т.е. снижении уровня загрязнения до предельно-допустимого.

Нашими исследованиями, поясняющими сущность настоящего изобретения, было показано, что эффективность отмывки поверхности (Д_эфф) зависит от отношения количества моющего раствора, остающегося на поверхности после удаления основной массы раствора (W), к количеству раствора, подаваемого на поверхность (V).

Количество загрязнения, переходящего в раствор в ходе дезактивации равно:
Q_p=Q_исх-Q_н(1-1/K_д) • Q_исх. (3)
Количество загрязнения, оставшегося вместе с раствором на поверхности, определяется отношением W/V:
Q_п=Q_исх • (1-11/K_д) • W/V. (4)
Общее количество загрязнения на поверхности составляет Q_п+Q_н,поэтому выражение для эффективного коэффициента дезактивации примет вид:
(5)
Так как и 1/К_д, и отношение W/V значительно меньше 1, то их произведением можно пренебречь, и выражение (5) записать в приближенном виде:
. (6)
Таким образом, эффективность применения способа дезактивации определяется отношением количества раствора, оставшегося на поверхности, к количеству раствора, нанесенному на поверхность. Чем меньше это отношение, тем выше коэффициент дезактивации. Однако при уменьшении W/V до величины много меньшей 1/K_д, влияние этого отношения на эффективность дезактивации становится незначимым. Кроме того, увеличение полноты удаления раствора с поверхности существенно увеличивает затраты на дезактивацию за счет уменьшения скорости обработки и увеличения мощности и стоимости устройства, осуществляющего дезактивацию. Увеличение объема раствора V также увеличивает затраты на дезактивацию за счет увеличения стоимости раствора и количества образующихся жидких отходов на единицу площади.

Сущность заявляемого способа состоит в том, что моющий раствор наносят на поверхность в количестве 1-1,5 л/м², растирают по поверхности и удаляют в количестве 85-95% от нанесенного. Удаление раствора с поверхности производят посредством эжекции воздуха со скоростью 25-30 м/с.

Отличительные признаки заявляемого способа существенны, так как они не присущи известным способам, и при заявляемом выборе соотношения между раствором, нанесенным на поверхность и той частью раствора, которая неизбежно остается на поверхности, позволяют существенно снизить затраты на дезактивацию при достижении необходимой степени очистки поверхности.

Пример 1. Для проверки способа в опытно-промышленных условиях ПО "Ульбинский металлургический завод" (г. Усть-Каменогорск) при отмывке различных участков поверхностей полов от соединений бериллия был изготовлен макет установки УОП-2, состоящий из емкости для подачи моющего раствора, емкости для сбора отработавшего раствора, редуктора сжатого воздуха для подачи раствора на поверхность и эжектора, работающего от сети сжатого воздуха с давлением 0,2-0,5 МПа для удаления отработавшего раствора с поверхности.

Для сравнения некоторые участки пола отмывали ручным способом обтирочными материалами, который принят за базовый вариант.

Для отмывки использовали моющий раствор на основе 5%-ной азотной кислоты с добавками фторида натрия и ПАВ.

При проведении отмывок соблюдали следующий порядок:
-определяли исходный уровень загрязнения поверхности методом кислотного мазка;
из емкости для чистого раствора объемом 12 л на участок поверхности площадью 8-20 м² подавали моющий раствор, равномерно смачивая им поверхность с одновременным растиранием раствора по поверхности щеткой;
производили сбор раствора в емкость объемом 20 л для отработавшего раствора через щелевой насадок, всасывая через него воздух с помощью эжектора;
определяли уровень остаточного загрязнения поверхности, количество собранного раствора и загрязнения в нем.

Результаты механизированной и ручной отмывки приведены в табл. 1 и 2. Из результатов испытаний, приведенных в табл. 1 видно, что относительные потери раствора существенно сказываются на эффективности отмывки, а при потерях 30-50% процесса отмывки поверхности практически не происходит. Данные, представленные в табл. 2, свидетельствуют, что при сборе раствора вручную обтирочным материалом увеличивается количество раствора, остающегося на поверхности. При использовании эжектора сжатого воздуха воздух вместе с диспергированным в нем моющим раствором собирают в емкость, где фильтруют через механический фильтр и выбрасывают через эжектор в окружающую среду без последующей фильтрации. Однако при этом наблюдается незначительное увеличение концентрации аэрозолей в струе выбрасываемого воздуха, не требующее специальных средств защиты органов дыхания, кроме респиратора, обязательного для ношения в производственных помещениях.

Данные, приведенные в табл. 2,свидетельствуют также, что увеличение скорости воздушного потока свыше 30 м/с не улучшает существенно характеристики процесса отмывки, а при снижении скорости потока ниже 25 м/с уменьшается количество собранного раствора и замедляется его сбор.

Пример 2. Аналогичная установка и способ испытывались в научно-экспериментальном комплексе Радиевого института (г. Гатчина) в трубном коридоре (помещение 131) длиной 40 м и шириной 2,5 м на полу, облицованном поливинилхлоридным пластикатом и имеющем высокие уровни нефиксированного загрязнения (до 2500 альфа-част./(см² • мин) и 6000 бета-част./(см² • мин)). Для отмывки использовали 1%-ный раствор СФ-3К, содержащий 0,5% щавелевой кислоты и 0,5% порошка СФ-3 (ТУ6-01-1156-84). Весь пол коридора был разбит на отдельные участки площадью 8-10 м². Результаты испытаний приведены в табл. 3.

При уровне потерь 5-9% эффективность дезактивации пола из ПВХ-пластиката составила 13-17 по альфа-радионуклидам и 5-9 по бета-радионуклидам.

Определение затрат на дезактивацию с целью определения оптимальных параметров процесса проводили методом вычислительного эксперимента с помощью ЭВМ.

Вычисление осуществляли на основе математической модели процесса дезактивации горизонтальных поверхностей путем расчета целевой функции затрат, учитывающей трудозатраты и затраты на приготовление и переработку моющих растворов.

Определяли затраты на дезактивацию участков площадью 100 и 1000 м² при условии, что уровень загрязнения необходимо снизить в 3 и 10 раз, а величина предельного коэффициента дезактивации составляет 100. Результаты вычислительного эксперимента приведены в табл. 4. Жирным шрифтом выделены минимальные значения затрат.

Кроме того, в табл. 4 приведены расчетные значения эффективного коэффициента дезактивации за 1 цикл отмывки и трудозатраты на дезактивацию (чел • ч).

Из данных, представленных в табл. 4, следует, что величина
Д_эфф возрастает с уменьшением относительных потерь раствора на поверхности и не зависит от количества раствора, нанесенного на поверхность. Этот факт является неожиданным, так как ранее предполагалось, что эффективность дезактивации тесно связана с количеством раствора, подаваемого на поверхность [1] В действительности, эффективность дезактивации определяется только величиной относительных потерь раствора на поверхности (W/V).

Снижение реального эффекта дезактивации при низких расходах раствора 0,01-0,1 л/м² объясняется тем, что в этом случае практически невозможно обеспечить достаточную степень удаления раствора с поверхности, так как 0,01 л раствора на 1 м² образуют пленку толщиной 10 мкм, удалить которую практически невозможно. Кроме того, в условиях малого количества раствора высокая концентрация загрязнения в растворе уменьшает его растворимость и вызывает вторичное загрязнение поверхности за счет обратно сорбции, поэтому в этом случае возможно уменьшение предельного коэффициента дезактивации (К_д).

Трудозатраты, также как и стоимостные затраты, имеют минимум в диапазоне относительных потерь раствора 5-15% При увеличении потерь свыше 15% трудозатраты увеличиваются за счет снижения эффективности дезактивации, а при уменьшении ниже 5% за счет уменьшения скорости отмывки поверхности.

Увеличение количества моющего раствора, наносимого на поверхность, также ведет к возрастанию стоимостных затрат и трудозатрат, что обусловлено увеличением числа перезарядок устройства моющим раствором.

Предлагаемое изобретение по сравнению с известными способами дезактивации позволит:
сократить затраты на дезактивацию в 1,5-2 раза;
механизировать процесс дезактивации полов производственных помещений и уменьшить контакты персонала с растворами радионуклидов и высокотоксичных веществ;
уменьшить выброс радиоактивных и высокотоксичных аэрозолей в помещение при работе установки.

Использование: отмывка горизонтальных поверхностей от слабофиксированных радиоактивных и токсичных загрязнений. Сущность изобретения: способ отмывки заключается в нанесении на поверхность моющего раствора в количестве 1-1,5 л/м², растирании раствора по поверхности и удалении в количестве 85-95% от нанесенного объема. Удаление раствора с поверхности преимущественно проводят путем эжекции воздуха со скоростью 25-30 м/с. По способу достигаются минимальные стоимостные затраты на дезактивацию. 2 пр., 4 табл.

1. Способ отмывки горизонтальных поверхностей, заключающийся в том, что наносят на поверхность моющий раствор, растирают его по поверхности и удаляют, отличающийся тем, что раствор наносят в количестве 1,0 1,5 л/м², а удаляют раствор в количестве 85 95% от нанесенного объема. 2. Способ по п.2, отличающийся тем, что удаляют раствор с поверхности посредством эжекции воздуха со скоростью 25 30 м/с.