Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВЫБРОСОВ ПРИ АВАРИИ АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ НА ПЛАВАТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВАХ

Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования экологической безопасности выбросов высокотемпературных газов, водяного пара с дисперсным материалом и радиоактивной пылью при аварии атомного реактора на плавательных средствах (атомные подводные лодки, атомные ледоколы).

На существующих атомных электростанциях в случае аварии атомного реактора предусмотрена система охлаждения и заливки их водой.

Однако данная система малоэффективна, кроме этого она вызывает дополнительное радиационное загрязнение водоемов, рек, морей и океанов (см. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. Учебное и справочное пособие. - М.: Финансы и статистика, 2000. - 672 с.: ил.).

Прототипом данного изобретения является система автоматического управления и регулирования выбросов высокотемпературных паров и газов с дисперсным материалом (сажей) в аппаратах после предохранительных клапанов в аварийной ситуации (патент на изобретение №2518868, опубл. 10.06.2014, Бюл. №16), имеющая: устройство для сбора газов с сажей - приемную трубу с сажеотделителем для отделения дисперсного материала.

Однако эта система полностью не обеспечивает безопасность радиационных выбросов, так как в сажеуловителях применяется вода, не обладающая дезактивирующими свойствами.

Задачей предлагаемого изобретения является простота, высокая надежность и эффективность работы системы очистки при выбросах высокотемпературных радиоактивных газов, водяного пара с дисперсным материалом с радиоактивной пылью.

Указанная задача решается тем, что в системе автоматического управления и регулирования экологической безопасности выбросов радиоактивных высокотемпературных газов, водяного пара с дисперсным материалом и радиоактивной пылью при аварии атомных реакторов согласно изобретению имеются:

а) устройство для дезактивации - полочный скруббер невысокой полочной колонны около 6 м с дезактивирующей жидкостью - 0,5% водным раствором серной кислоты;

б) устройство для сбора высокотемпературного радиоактивного газа, водяного пара и радиоактивной пыли - металлический кожух безопасности, выполненный из листовой стали Х18Н10Т толщиной 10 мм, который для полной безопасности окружающей среды в случае аварии обрамляет реактор так, что своей нижней частью надежно крепится сваркой к раме фундамента реактора, а верхней конусной частью соединяется через регулирующий клапан с линией сброса из металлического кожуха в нижнюю часть полочного скруббера;

в) горизонтальный контактор для нейтрализации кислых комплексных урановых соединений из нижней части полочного скруббера;

г) блок контроля за аварийной работой атомного реактора с датчиками температуры и давления и регулирующими клапанами:

на линии сброса из металлического кожуха безопасности в нижнюю часть полочного скруббера;

на линии подачи орошения в верхнюю часть полочного скруббера;

на линии подачи водяного пара в паровой трубчатый испаритель водного раствора серной кислоты в нижнюю часть скруббера;

д) для уменьшения габаритов устройства по высоте полочный скруббер типа полочной колонны выполняется небольшой высоты около 6 м, нижняя часть которой служит емкостью для сбора используемого раствора серной кислоты, которая повторно после анализов частично используется вместе с чистым 0,5% раствором серной кислоты для орошения полочного скруббера, который оснащен четырьмя решетчатыми тарелками провального типа, представляющими собой стальной лист из Х18Н10Т толщиной 8-10 мм со щелями прямоугольной формы, где происходит барботаж паровой и газовой фазы по всему сечению скруббера, а жидкая фаза - 0,5% водный раствор серной кислоты, который подается насосом из специальной емкости в верхнюю часть этого скруббера в виде орошения; в нижней части имеется паровой трубчатый испаритель для испарения водного раствора серной кислоты с подачей водяного пара через регулирующий клапан.

При подаче дезактивирующей жидкости на верхнюю часть полочного скруббера происходит по сечению скруббера не только смыв с поверхности дисперсного материала урановых соединений, но и более полная реакция урановых соединений с водным раствором 0,5% серной кислоты с образованием кислых урановых соединений состава [UO₂(SO₄)₃]^4- (см. Н.С. Тураев, И.И. Жерин Т. 86, Химия и технология урана: Учебное пособие для вузов / Н.С. Тураев, И.И. Жерин. - М. ЦНИИАТОМИНФОРМ, 2005, 407 с.: ил. М., 1970).

Для улучшения нейтрализации кислых урановых растворов, содержащих [UO₂(SO₄)₃]^4- с водным раствором щелочи NaOH, и для уменьшения площади предлагаемой системы реакция происходит в горизонтальном контакторе с пропеллерным насосом, перемешивание осуществляется пропеллерным насосом, где в качестве привода служит паровая турбина, возможно также применение электропривода, время пребывания фаз в реакторе 5-10 мин, тепло реакции снимается водой, подаваемой в U-образные трубки, которые помещаются внутри аппарата контактора.

Образующаяся при реакции кислых урановых соединений с водным раствором NaOH гидроокись урана состава U(OH)₄ подается после контактора для отделения дисперсной фазы на барабанный вакуум-фильтр, на котором происходят сушка и концентрирование с последующим удалением ножом-пластиной ее с поверхности барабана и подачей шнеком в просвинцованные резиновые мешки с загрузкой их в барабанные контейнеры для отправки на производство элементов урана, а жидкая фаза с барабанного вакуум-фильтра закачивается в бронированные контейнеры и отправляется за пределы производства для их утилизации.

С целью простоты автоматизации она содержит электропускатели насосов, которые связаны с блоком контроля за аварийной работой атомного реактора.

На чертеже представлена схема системы автоматического управления и регулирования экологической безопасности выбросов при аварии атомных реакторов на плавательных средствах.

Система содержит блок 1 контроля над аварийной работой атомного реактора 2 с датчиками температуры и давления и регулирующими клапанами: клапан 3 на линии сброса из металлического кожуха 4 безопасности вниз полочного скруббера 5; клапан 6 на линии подачи орошения в верхнюю часть полочного скруббера 5; клапан 7 на линии подачи водяного пара в паровой трубчатый испаритель 8 водного раствора серной кислоты в нижней части скруббера 5.

Система имеет устройство:

а) для дезактивации - полочный скруббер 5 с дезактивирующей жидкостью - 0,5% водным раствором серной кислоты, которая подается наверх полочного скруббера 5 из специальной емкости 9, скруббер 5 оснащен четырьмя тарелками провального типа;

б) устройство для сбора высокотемпературного радиоактивного газа, водяного пара и радиоактивной пыли - металлический кожух 4 безопасности, выполненный из листовой стали Х18Н10Т, который обрамляет реактор 2 так, что своей нижней частью надежно крепится сваркой к раме фундамента реактора, а верхней (конусной) частью соединяется через регулирующий клапан 3 с линией сброса из металлического кожуха 4 в нижнюю часть полочного скруббера 5;

в) горизонтальный контактор 10 для нейтрализации кислых комплексных урановых соединений типа [UO₂(SO₄)₃]^4-, из низа полочного скруббера 5 в горизонтальный контактор 10 для перемешивания пропеллерным насосом 11 с водным раствором щелочи NaOH, подаваемой насосом 12 из специальной емкости 13, тепло реакции снимается водой, подаваемой в U-образные трубки 14, которые помещаются внутри аппарата контактора 10. При этом образуется гидроокись урана типа U(OH)₄, которая подается на барабанный вакуум-фильтр 15 насосом 16;

г) барабанный вакуум-фильтр 15 для отделения дисперсной фазы ножом-пластиной 17 с поверхности барабана и подается шнеком 18 в просвинцованные резиновые мешки 19 с загрузкой их в барабанные контейнеры для отправки на производство элементов урана за пределы системы.

В случае аварии атомного реактора 2 сигналы повышения температуры и давления поступают на блок 1 контроля за работой атомного реактора, а из него на открытие регулирующих клапанов: клапана 3 на линии сброса из металлического кожуха 4 безопасности в нижнюю часть полочного скруббера 5; клапана 6 на линии подачи орошения наверх полочного скруббера 5; клапана 7 на линии подачи водяного пара в паровой трубчатый испаритель 8 водного раствора серной кислоты в нижнюю часть скруббера 5. Кислые урановые соединения в нижней части полочного скруббера 5 подаются для нейтрализации в горизонтальный контактор 10, туда же подается для нейтрализации водный раствор щелочи NaOH из специальной емкости 13. Перемешивание осуществляется пропеллерным насосом 11, где в качестве привода служит паровая турбина 20, возможно также применение электропривода. После перемешивания образуется гидроокись урана состава U(OH)₄, которая подается для отделения дисперсной фазы на барабанный вакуум-фильтр 15 с последующим ее снятием ножом-пластиной 17 и подачей шнеком 18 в просвинцованные резиновые мешки 19 с загрузкой их в барабанные контейнеры и вывозом на утилизацию или извлечение элементов урана.

Техническим результатом предложенной системы является высокая надежность работы системы при аварии атомного реактора с выбросом высокотемпературных газов и водяного пара с радиоактивной пылью в атмосферу.