×
08.03.2019
219.016.d2e4

СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТВЕРДЫХ ОБЪЕКТОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002681301
Дата охранного документа
06.03.2019
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к ядерной физике, в частности к способам обработки материалов с радиоактивным заражением. Способ дезактивации поверхностей твердых объектов с радиоактивными загрязнениями включает проведение входного радиационного контроля уровня загрязнений, подачу под давлением воздуха в абразивное устройство, содержащее горелку с плазмотроном, эжекционную камеру и ускоряющую трубу. По достижении давления воздуха не менее 2,5 бар осуществляется подача топлива в камеру сгорания с образованием, при смешении с воздухом, горючей смеси, воспламеняющейся при запуске плазмотрона от дугового разряда. В горелке создается разрежение и на ее выходе формируется факел газовой струи, направленный в эжекционную камеру, в которую подают абразив, смешивая его с горящей смесью. Горючую смесь с абразивом продвигают по ускоряющей трубе посредством находящегося под давлением воздушного потока, обеспечивая дальнейший нагрев абразива и освобождение от органических примесей и влаги. Горячим абразивом с выхода ускоряющей трубы воздействуют на поверхность твердых объектов. Проводят радиационный контроль, по результатам которого принимают решение о повторной дезактивации. Изобретение позволяет обеспечить качественное удаление радиоактивных загрязнений с использованием мобильного устройства для абразивной обработки поверхностей. 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к ядерной физике, в частности к способам обработки материалов с радиоактивным заражением и может быть использовано для удаления радиоактивных загрязнений с поверхностей твердых объектов с использованием абразивной струйной обработки.

Известен способ переработки металлов, содержащих прочнофиксированные поверхностные радиоактивные загрязнения, включающий электрохимическую дезактивацию в водном растворе серной кислоты с последующей очисткой отработавшего раствора путем осаждения сульфата кальция и гидроксидов металлов при внесении оксида кальция доукрепления осветленного раствора кислотой и его повторного использования (патент 2635202, публ. 28.10.2015 г.) Повторное использование раствора для дезактивации металла предложено электрохимическую дезактивацию проводить при одновременном воздействии на раствор и металл ультразвуковых колебаний. Кроме того, в качестве дезактивирующего агента могут использоваться любые кислоты, содержащие анион, образующий труднорастворимые соединения с кальцием. Для нейтрализации и подщелачивания отработавшего раствора используются мелкодисперсный оксид кальция или известняк. Жидкие радиоактивные отходы в виде суспензии гидроксидов металлов и труднорастворимых соединений подвергаются последующему цементированию.

Недостатками известного способа является невозможность дезактивации крупных объектов и сооружений без дополнительной их фрагментации, что требует значительных временных затрат и является трудоемким. Кроме того, в способе предусмотрено использование агрессивных химических веществ, что требует обеспечения безопасности, а для образующихся жидких радиоактивных отходов необходима дополнительная переработка и дальнейшая утилизация.

Из уровня техники известен способ очистки металлических поверхностей от радиоактивных загрязнений, включающий формирование легкосъемных полимерных покрытий на очищаемых поверхностях путем нанесения на них пленкообразующей композиции в составе водорастворимого пленкообразователя, пластификатора, поверхностно-активного вещества и минеральных кислот, и последующее удаление образовавшейся полимерной пленки с фиксированными в ней радионуклеидами (Патент РФ № 2210123, публ. 10.08.2003, бюл. № 22). Процесс очистки металлических поверхностей осуществляют при анодной поляризации этих поверхностей с плотностью тока 0,2-7,5 А/дм2.

Этот способ является малоэффективным, так как удаляются только нефиксированные и, частично, слабофиксированные радиоактивные загрязнения, и технологически сложным из-за трудоемкости удаления пленки и, применяемой многокомпонентной композиции для образования пленочных покрытий, а также необходимости их дополнительной переработки и дезактивации, особенно, при необходимости обработки поверхностей значительных размеров.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ дезактивации твердых радиоактивных отходов воздействием на их поверхность в рабочей камере ледяными гранулами и дальнейшее плавление льда, последующие сбор и фильтрацию образовавшейся воды с образованием замкнутого цикла (патент РФ № 2638951, публ. 19.12.2017, бюл. № 35). [3]. Обработку ледяными гранулами проводят в ускоренном режиме.

Способ включает также входной и выходной радиационный контроль с выводом части отходов из категории радиоактивных в категорию промышленных отходов. Талая вода после дезактивации проходит полную очистку от радионуклидов, в частности микрофильтрацию, селективную сорбцию радионуклидов, и мембранную очистку низконапорным обратным осмосом. Для дезактивации крупных объектов необходима их фрагментация.

Недостатками способа являются малая эффективность дезактивации поверхностей, имеющих большую толщину слоя лакокрасочных покрытий, теплоизоляции, коррозийных и других отложений, загрязненных радиоактивными веществами. Кроме того, способ реализуется с использованием комплекса дорогостоящего оборудования и расходных материалов. Кроме того, требуется дополнительная переработка и утилизация образующейся талой воды с радиоактивным загрязнением. Усложняет технологию способа необходимость производства ледяных гранул и невозможность их долгосрочного хранения.

Техническим результатом настоящего изобретение является создание технологичного способа дезактивации поверхностей твердых объектов любых размеров, обеспечивающего высокую эффективность и скорость дезактивации, за счет качественного удаления радиоактивных загрязнений с использованием простого мобильного устройства для абразивной обработки поверхностей, в любых условиях, в том числе на открытых площадках и в полевых условиях.

Технический результат достигается тем, что способ дезактивации поверхностей твердых объектов с радиоактивными загрязнениями включает проведение входного радиационного контроля уровня загрязнений и подачу в абразивное устройство, содержащее, горелку с плазмотроном, эжекционную камеру и ускоряющую трубу под давлением воздуха. По достижению давления воздуха не менее 2,5 бар осуществляют подачу топлива в горелку с образованием, при смешении с воздухом, горючей смеси, воспламеняющейся при запуске от дугового разряда плазмотрона. При этом в горелке возрастает давление, создается разрежение и на ее выходе формируется факел газовой струи, направленный в эжекционную камеру, в которую подают абразив, смешивая его с горящей смесью. Далее, горючую смесь с абразивом продвигают по ускоряющей трубе посредством находящегося под давлением воздушного потока, обеспечивая дальнейший нагрев абразива и освобождение его от органических примесей и влаги. После этого, горячим абразивом с выхода ускоряющей трубы воздействуют на поверхность твердых объектов, разрушая и удаляя радиоактивные загрязнения. Затем проводят выходной радиационный контроль, по результатам которого принимают решение о повторной дезактивации.

При воздействии на поверхность твердых объектов температура абразива на выходе из ускоряющей трубы должна быть не менее 200ºС, при этом размер частиц абразива должен быть не более 3 мм.

Для обеспечения подвода воздуха в горелку, отвода воздуха на наддув топливной смеси, создания давления потока воздуха и контроля за ним может быть использован воздушный коллектор с датчиками давления.

При дезактивации поверхностей твердых объектов конец ускоряющей трубы с горячим абразивом устанавливают на расстоянии не менее 5 см от поверхности твердого объекта.

Предлагаемый к патентованию способ обеспечивает удаление радиоактивного загрязнения одновременным термическим и интенсивным ударно-абразивным воздействием на поверхность различных твердых предметов струей газа (продуктов сгорания топлива) и абразива. Абразив подается в газовую струю, создаваемую абразивным устройством, со скоростью до 360 м/сек и, воздействуя на поверхность твердого предмета, снимает верхний загрязненный радиоактивным материалом слой.

Способом дезактивации поверхностей твердых объектов осуществляется также обработка от всех видов радиоактивных загрязнений в виде наслоений, в частности от, металлургической окалины, продуктов коррозии, лакокрасочных и гальванических покрытий, а также, от известковых отложений.

Способ дезактивации поверхностей твердых объектов может быть реализован с помощью абразивного устройства, общая схема которого представления на фиг. 1; на фиг. 2 – фото обработанной поверхности бетонной стены (до и после); на фиг. 3 - фото обработанной поверхности конструкции из углеродистой стали (до и после); на фиг. 4 – фото обработанной поверхности чугунной конструкции площадью 1 м2 (до и после); на фиг. 5 - фото обработанной поверхности конструкции из нержавеющей стали площадью 1 м2 (комментарии к чертежу в отдельном файле).

Абразивное устройство содержит горелку 1 в составе газового плазмотрона 2, блока запуска 3 плазматрона 2, эжекционной камеры 4 и ускоряющей трубы 5. С абразивным устройством 1 соединен топливный бак 6 и бак абразива 7. Подачу воздуха под давлением может обеспечивать компрессор 8, соединенный абразивным устройством 1 через бак абразива 7. Соединения всех компонентов обеспечивается соответствующими шлангами – воздушный шланг 9 с манометрами, реле давления и вентилями (манометры, реле давления и вентили на фиг. не показаны), топливный шланг 10 и шланг подачи абразива 11 через дозатор (дозатор на фиг. не показан). Питание абразивного устройства 1 может обеспечиваться от промышленной сети.

В качестве абразива может использоваться кварцевый песок с фракцией 0,12 – 3 мм, купершлак и никельшлак с фракцией 0,125 – 3 мм, стеклянная дробь с фракцией 0,1 – 3 мм, гранатовый песок с фракцией 0,150 – 3 мм, электрокорунд с фракцией 0,2 – 3 мм, а также чугунная или стальная дробь с фракцией 0,3 – 3 мм.

После установки в результате проведения радиационного контроля степени загрязнения и выбора соответствующего обрабатываемой поверхности абразива, абразивное устройство приводится в рабочее положение. Для включения плазмотрона 2, напряжение подводится к его электродному узлу и инициируется дуговой разряд. Одновременно с этим, в камеру плазмотрона подается под давлением воздух и топливо. В плазмотроне 2 образуется горючая смесь, которая воспламеняется от дугового разряда, при дальнейшем возрастании давления химическая энергия топлива трансформируется в кинетическую и тепловую энергию газовой струи, поступающей в эжекционную камеру, в которой создается из-за поступающего под давлением воздуха разрежение. Воздух от компрессора 8 может подаваться и бак абразива 7 для создания разреженного тракта, по которому абразив подают в эжекционную камеру 4, где он смешивается с газовой струей. Двигаясь по ускоряющей трубе 5 поток горячих газов и абразив продолжают нагреваться до 250ºС, освобождаясь от органических примесей и влаги, ускоряется и на выходе формируется поток высокотемпературной газово-абразивной струи, которая воздействует на поверхность твердого объекта, подлежащего дезактивации. После обработки поверхности проводят выходной радиационный контроль, по результатам которого принимают решение о повторной дезактивации.

Данным способом проводилась дезактивация следующих поверхностей:

- бетонной стены при давлении воздуха не менее 0,8 МПа, при обработке гранатовым песком с фракцией не менее 0,6;

- конструкции из углеродистой стали при давлении воздуха не менее 0,7 МПа, при обработке электрокорундом с фракцией не менее 0,6 мм;

- чугунной конструкции площадью 1 м2 при давлении воздуха не менее 0,75 МПа, при обработке никельшлаком с фракцией не менее 0,4 мм;

- конструкция из нержавеющей стали площадью 1 м2 при давлении воздуха не менее 0,7 МПа, при обработке окатанным кварцевым песком с фракцией не менее 0,4 мм.

Сведения входного и выходного контроля дезактивации поверхностей вышеуказанных твердых предметов, произведенной по предлагаемому для патентования способу, представлены в таблице 1.

Таблица 1

Объект
дезактивации
Уровень радиационных параметров до дезактивации Уровень радиационных параметров после дезактивации Эффективность дезактивации,
%
Плотность потока,
частиц (см2×мин)
Мощность дозы, мкЗв/ч Плотность потока,
частиц (см2×мин)
Мощность дозы, мкЗв/ч Плотность потока,
частиц (см2×мин)
Мощность дозы, мкЗв/ч
α-излучающие радионуклиды β-излучающие радионуклиды α-излучающие радионуклиды β- излучающие радионуклиды α-излучающие радионуклиды β- излучающие радионуклиды
Бетонная стена 200 3000 1,6 0,1 1 0,12 99,95 99,96 92,5
Конструкция из углеродистой стали 400 4000 1,8 0,1 2 0,15 99,97 99,95 91,6
Чугунная конструкция площадью 1 м2 400 4000 1,9 0,1 2 0,14 99,97 99,95 92,6
Конструкция из нержавеющей стали площадью 1 м2 400 4000 2,1 0,1 2 0,14 99,97 99,95 93,3

Предложенный для патентования способ дезактивации поверхностей твердых объектов является универсальным, так как позволяет обрабатывать поверхность любых размеров в любых условиях, в том числе на открытых площадках и в полевых условиях. Кроме того, способ является высокотехнологичным, так как не образует вторичных жидких радиоактивных отходов, которые нуждаются в дополнительной дезактивации и обеспечивает высокую скорость обработки поверхностей твердых объектов, а также высокоэффективным, так как обработка поверхности сопровождается обезжириванием, что способствует более качественному удалению различных загрязнений, как поверхностных, например, наслоений, так и более глубинных.


СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТВЕРДЫХ ОБЪЕКТОВ
СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТВЕРДЫХ ОБЪЕКТОВ
СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТВЕРДЫХ ОБЪЕКТОВ
Источник поступления информации: Роспатент
+ добавить свой РИД