Способ дезактивации оборудования первого контура системы охлаждения реактора Российский патент 2023 года по МПК G21F9/28 

Изобретение относится к атомной промышленности и может быть использовано для дезактивации оборудования от поверхностных радиоактивных загрязнений, в частности оборудования первого контура системы охлаждения реакторов атомных электростанций (АЭС), путем удаления слоя окислов производных состава аустенитной стали (в основном окислов железа и хрома), которые со временем нарастают и оседают на поверхности оборудования, накапливая радиоактивные элементы (в основном Со⁶⁰), образованные нейтронным взаимодействием.

Известен способ дезактивации оборудования от поверхностных радиоактивных загрязнений [RU 2329555, С2, G21F 9/28, 20.07.2008] путем воздействия ультразвука на поверхность через жидкую среду, причем, воздействие ультразвука на дезактивируемую поверхность производится с целью механического отделения слоя окислов при использовании разности скоростей прохождения ультразвука в слое окислов и в металле.

Недостатками способа являются относительно узкая область применения и относительно высокая сложность, т.к. необходимо помещать оборудование в специальные емкости, что не позволяет применить его для дезактивации больших фрагментов оборудования 1-го контура и особенно для периодического проведения на АЭС профилактических работ, когда требуется однородно дезактивировать целиком рабочие поверхности реактора и парогенератора 1-го контура охлаждения. Кроме того, известный способ нежелательным образом влияет на прочностные характеристики оборудования, особенно в зонах сварки элементов оборудования.

Известен также способ химической дезактивации металлических деталей ядерных реакторных установок [US 4756768, A, G21F 9/004, 12.07.1999], включающий окислительную обработку загрязненной металлической поверхности путем контакта водного раствора перманганата калия с загрязненной металлической поверхностью, при этом удаление слоя окислов железа (восстановление ферритов) ведут щавелевой кислотой

а слоя окислов хрома (Cr₂O₃) ведут раствором марганца KMnO₄ (ОВП+0,7 В), в котором Cr³⁺переводят в Cr⁶⁺ в щелочном растворе (1% HNO₃+0,03% KMnO₄ при+1,2 В).

Недостатком этого технического решения является относительно низкая эффективность дезактивации, обусловленная образованием на поверхности нерастворимого слоя MnO₂, который препятствует восстановлению защитной оксидной пленки и процессу удаления с поверхности оборудования окислов хрома, а также усиливает коррозию.

Наиболее близким к предложенному является способ обеззараживания поверхности компонента или системы ядерной установки, в котором оксидный слой обрабатывают оксидом газа азота (NOx) в качестве окислителя [BRPI06219702, Бразилия. Способ обеззараживания содержащей оксид поверхности компонента или системы ядерной установки. Авторы: Хорст-Отто Бертольд, Terezinha Claudete Maciel, Franz Strohmer, 19.07.2011]. Во время обработки поддерживается концентрация NOx не менее 1 г/м³. Поверхность, подлежащую обработке, нагревают до температуры, по меньшей мере, 80°С. Водяную пленку получают паром. Обработанные поверхности обрабатывают паром после окислительной обработки, при этом на поверхностях происходит конденсация пара. Пар имеет температуру от 110°С до 180°С. Избыточный пар конденсируется. Конденсат проходит через катионообменник. Оксидный слой обрабатывают водным раствором органической кислоты (щавелевая кислота) после обработки окислением.

Авторы указывают, что в особо предпочтительном варианте осуществления способа используется озон в качестве окислителя. В окислительно-восстановительных реакциях, которые происходят на оксидном слое или над ним, озон преобразуется в кислород, который может быть направлен без дополнительной доочистки в систему выпуска воздуха ядерного объекта. Кроме того, озон значительно более стабилен в газовой фазе, чем в водной фазе. Проблемы растворимости, возникающие в водной фазе, особенно при относительно высоких температурах, не возникают.

Таким образом, газообразный озон может быть доступен в высоких концентрациях для пропитанного водой оксидного слоя, так что окисление оксидного слоя, в частности окисление хрома (III) до хрома (VI), происходит быстрее, особенно когда окисление осуществляется при относительно высоких температурах.

Недостатком данного способа является то, что авторы предлагают вводит озон для дезактивации в первый контур охлаждения АЭС с нагретым до 110°С водяным паром, но при таких высоких температурах озон быстро разрушается и, при условии, что необходимая концентрация озона в газе требуется от 100-120 г/м³ добиться поддержания такой концентрации в среде высокой температуры технологически сложно. Для этого потребуется установка высокопроизводительных озонаторов, производящих высококонцентрированный озон, что для применения данного способа дезактивации с периодичностью раз в несколько лет делает его нерентабельным.

Задачей заявленного изобретения является создание способа дезактивации, обладающего повышенной эффективностью дезактивации, обеспечивающего повышение оперативности дезактивации и снижение эксплуатационных затрат на ее проведение.

Требуемый технический результат заключается в повышении эффективности дезактивации.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается в способе дезактивации оборудования первого контура системы охлаждения реактора, заключающемся в том, что наполняют первый контур реактора водой, тем самым смачивают дезактивируемую поверхность оборудования первого контура системы охлаждения реактора, нагревают до температуры 70-95°С и затем при сливе воды одновременно направляют в освободившуюся полость от воды на смоченную водой поверхность оборудования газообразный озон, где на границе металла и поверхности воды образуется тонкая пленка воды, обеспечивая условия для осуществления реакции

что позволяет окислять поверхность оборудования и эффективно растворять оксидную пленку хрома, после чего продукты реакции смывают в кубовые остатки.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, используют озон, десорбированный из силикагеля в поле СВЧ за время меньше времени его разрушения в процессах окисления окислов хрома на смоченной поверхности реактора.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, используют озон, десорбированный из силикагеля в поле СВЧ за время меньшее времени его деструкции.

При этом удаление окислов железа, как и в известном способе, ведут щавелевой кислотой.

На чертеже представлена схема дезактивации.

На чертеже обозначены: 1 - первый контур охлаждения, 2 - верхнее отверстие, которое соединяется с устройством 3 генерации озона (озонатором или камерой с силикагелем, заполненным озоном), 4 - нижнее отверстие, 5 - озон, 6 - патрубок устройства генерации.

Предложенный способ дезактивации реализуется следующим образом.

Первый контур охлаждения 1 полностью до верхнего отверстия 2 заливают водой, которую нагревают до температуры 70-95°С. Затем воду быстро сливают через нижнее отверстие 4, что приводит к всасыванию в освободившиеся полости газа с озоном 5, оставляя его там до полной деструкции.

Затем полость контура 1 промывают водой для более эффективной очистки поверхности и образующийся раствор направляют в кубовые остатки.

Для дезактивации можно использовать озон, полученный из мощных озонаторов, но их применение потребует стационарного размещения и, следовательно, высоких капитальных затрат. Поэтому, учитывая разовый характер применения технологии дезактивации, более экономно использовать озон из сорбентов, в качестве которых применяют силикагель.

Таким образом, благодаря усовершенствованию способа и обеспечению условий, когда процесс растворения слоя окислов хрома идет через тонкую пленку воды при контакте с газообразным озоном достигается требуемый технический результат, который заключается в повышении эффективности дезактивации.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, используют озон, предварительно накопленный в силикагеле, доставленный в нем на АЭС и десорбированный из силикагеля, путем его термического нагрева или нагрева в поле СВЧ за время, меньшее времени деструкции озона в процессе окисления. Поэтому время дезактивации при прочих равных условиях существенно уменьшается, а затраты снижаются не менее чем вдвое.

Изобретение относится к атомной промышленности и может быть использовано для дезактивации оборудования от поверхностных радиоактивных загрязнений, в частности оборудования первого контура системы охлаждения реакторов атомных электростанций (АЭС). Наполняют первый контур реактора водой, тем самым смачивают дезактивируемую поверхность оборудования первого контура системы охлаждения, нагревают до температуры 70-95°С. Затем при сливе воды из него одновременно направляют в освободившуюся полость от воды на смоченную водой поверхность оборудования газообразный озон. На границе металла и поверхности воды образуется тонкая пленка воды, обеспечивая условия для осуществления реакции

.

Это позволяет окислять поверхность оборудования и эффективно растворять оксидную пленку хрома. Продукты реакции смывают в кубовые остатки. Изобретение позволяет повысить эффективность дезактивации и снизить время дезактивации. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ дезактивации оборудования первого контура системы охлаждения реактора, заключающийся в том, что наполняют первый контур реактора водой, тем самым смачивают дезактивируемую поверхность оборудования первого контура системы охлаждения реактора, нагревают до температуры 70-95°С и затем при сливе воды из него одновременно направляют в освободившуюся полость от воды на смоченную водой поверхность оборудования газообразный озон, где на границе металла и поверхности воды образуется тонкая пленка воды, обеспечивая условия для осуществления реакции

что позволяет окислять поверхность оборудования и эффективно растворять оксидную пленку хрома, после чего продукты реакции смывают в кубовые остатки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют озон, десорбированный из силикагеля в поле СВЧ за время меньше времени его разрушения в процессах окисления окислов хрома на смоченной поверхности реактора.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют озон, десорбированный из силикагеля в поле СВЧ за время, меньшее времени его деструкции.