Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТ РАДИОАКТИВНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Изобретение относится к технологии очистки поверхностей от различных загрязнений, в частности к способам дезактивации путем дистанционной очистки от радиоактивных загрязнений поверхностей, преимущественно большой площадью.

Количество объектов атомной отрасли, отработавших свой ресурс и подготавливаемых к выводу из эксплуатации, с каждым годом увеличивается. Особенно затруднена очистка сильнозагрязненных поверхностей больших площадей из-за высоких радиационных полей. Исключение присутствия персонала в зоне проведения работ даст единственную возможность проводить радиационно-опасные работы дистанционно.

Известен «Способ локализации поверхностных радиоактивных загрязнений» (патент РФ №2194321, кл. G21F 9/28, опубл. 2002 г.), который включает нанесение на загрязненную поверхность пленкообразующего вещества, приведенного во вспененное состояние путем введения в пленкообразующий раствор поверхностно-активных веществ в концентрациях, обеспечивающих необходимое пенообразование. К недостаткам, препятствующим использованию известного способа, относится то, что состав используется только как локализующий, т.е. он наносится через пеногенератор и исключает присутствие персонала при нанесении в зоне работ. Однако как дезактивирующий его использовать нельзя, т.к. не разработана безлюдная технология съема пленки.

Известен «Способ удаления радиоактивных загрязнений» (патент РФ №1797387, кл. G21F 9/28, опубл. 1997 г.), по которому на поверхность строительных материалов наносят пленкообразующий состав на основе поливинилового спирта с добавлением тонкоизмельченного клиноптилолита и химического вещества (Na₂СО₃, NaNO₂), а сформированное покрытие перед удалением обрабатывают раствором реагентов, вызывающих реакцию разложения. К причинам, препятствующим использованию данного способа, можно отнести усложнение процесса дезактивации, а именно введение второй стадии - обработка раствором кислоты сформированным на первой стадии покрытия. Нанесение осуществляют кистью, а снятие пленки - также ручной труд, что недопустимо в случае высокодозовых нагрузок.

Известен «Способ дистанционной очистки поверхности от загрязнений» (патент РФ №2274916, кл. G21F 9/28, опубл. 2006 г.). Данный способ предназначен для удаления локальных загрязнений, преимущественно в труднодоступных местах и местах, опасных для пребывания человека, например повышенный уровень радиации и/или высокая загазованность воздуха. Указанный способ включает операции доставки захвата к месту производства работ, приведения его в контакт с очищаемой поверхностью, нанесения клеевого состава на захват в виде рамки, выдержки до затвердевания клеевого состава и удаления захвата вместе с загрязнением, а в качестве клеевого состава используют водный раствор поливинилового спирта с пластификатором вязкостью 120-160 с. Известный способ осуществляют с помощью дистанционно управляемого манипулятора.

К причинам, препятствующим использованию известного способа, относится то, что способ предназначен для удаления локальных загрязнений, преимущественно в труднодоступных местах. Использование дистанционного управления и роботов-манипуляторов позволяет проводить работы без непосредственного присутствия людей на загрязненном объекте, но очищаемая от загрязнений площадь ограничивается размерами рамки или их количеством.

В случае нормализации радиационной обстановки на объекте большой площадью данный способ становится менее эффективным из-за многократности операций по доставке рамок и длительности времени, необходимого для затвердевания водного раствора пленкообразующего состава на основе поливинилового спирта.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа дистанционной очистки поверхностей, преимущественно с радиоактивными загрязнениями, на объектах площадью более 4-5 м².

Наиболее близким способом к предлагаемому по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является способ по патенту №2274916, который и выбран в качестве прототипа.

Техническим результатом при использовании предлагаемого способа является возможность очистки поверхностей большой площадью без непосредственного присутствия людей на опасном для здоровья объекте. Это становится возможным при дистанционной очистке с использованием рулонной технологии и с применением пленкообразующего состава на основе полиакрилатного латекса. Нанесение определенным образом маркирующих меток вдоль границы между загрязненной и очищаемой поверхностями, а также порядок укладки каждого последующего рулона обеспечивают полную (100%) очистку всей площади поверхности и не требует дополнительных затрат по выявлению неочищенных участков и их последующей дополнительной обработки.

Компактные, в виде рулона, твердые отходы, образующиеся в процессе нормализации радиоактивной обстановки на объекте, легко утилизируются в любом удобном месте, куда могут быть доставлены тем же манипулятором, с помощью которого проводится очистка по рулонной технологии.

Оптимальное время сушки пленкообразующего состава обеспечивается использованием, например, латекса в виде водной дисперсии полиакрилатов с определенным содержанием сухого вещества и вязкостью, подобранной опытным путем, что позволяет проводить очистку сильно развитой поверхности (трещины, поры, рытвины) из бетона, металла и др. за оптимальное время.

Оптимальное время сушки обусловлено тем временем, которое является достаточным для осуществления процесса дезактивации, но обеспечивающим при этом и необходимую производительность очистки загрязненных поверхностей с учетом их большой площади (от 4-5 м² и более).

Указанный технический результат достигается тем, что способ дистанционной очистки поверхности от загрязнений, преимущественно радиоактивных, путем их удаления с помощью гибкой неметаллической сетки, и включающий доставку гибкой сетки к месту производства работ, укладку ее на загрязненную поверхность, нанесение на нее очищающего пленкообразующего состава, выдержку его до затвердевания и удаление сетки вместе с загрязнениями, отличающийся тем, что гибкую сетку доставляют к месту производства работ в виде рулона, который разматывая укладывают на загрязненную поверхность и дополнительно наносят маркирующие метки, по крайней мере, с одного края гибкой сетки в ее продольном направлении, а удаляют сетку путем отрыва от поверхности и сматывания ее в рулон вместе с загрязнением, при этом следующий рулон укладывают после удаления предыдущего и разматывают его вдоль маркирующих меток, перекрывая их, а в качестве очищающего пленкообразующего состава используют водную дисперсию полимера, преимущественно полиакрилата с вязкостью 12-25 с, при массовой доле сухого вещества 38-52 мас.%.

Регулирование достижения дополнительной эластичности и качественного съема покрытия обеспечивается введением пластификатора в количестве 2,0-8,0 мас.%

Технологичность обеспечивается, если маркирующие метки наносят одновременно с нанесением очищающего пленкообразующего состава. Для нанесения маркирующих меток используют тот же пленкообразующий состав, например водную дисперсию полиакрилата, но с добавлением красителя.

Перекрывание (обволакивание, смачивание) через гибкую неметаллическую сетку всех неровностей горизонтальной поверхности (рытвины, щели, пыль и др.) достигается хорошим растеканием пленкообразующего состава после распыления. Это достигается за счет вязкости 12-25 с, а т.к. надо иметь достаточную толщину высохшего покрытия хотя бы за 3 слоя (т.е. обволакивание щелей, пыли и самой сетки), то потребовалось использовать состав с высокой долей сухого вещества (38-52 мас.%).

Все операции осуществляют с помощью дистанционно управляемого манипулятора.

Порядок осуществления способа поясняется примерами и чертежом. В качестве гибкой неметаллической сетки использована строительная сетка шириной 1 метр.

В качестве очищающего пленкообразующего состава при испытаниях использовалась водная дисперсия полиакрилатов с вязкостью от 10 до 30 с, но наибольшая технологичность обеспечивалась при вязкости от 12 до 25 с, обусловленная массовой долей сухого вещества в пределах 38-52 мас.%.

В качестве водных дисперсий использовались латексы: сополимер бутилакрилата с акрилонитрилом и метакриловой кислотой (БАК) по ТУ 221636-002-00210234-97, сополимер бутилакрилата с метилакрилатом и метакриловой кислотой (БАМАК), изготовленного по временному технологическому регламенту ФГУП «НИИ полимеров им. академика В.А.Каргина с опытным заводом». В водную дисперсию полиакрилата (латекс) добавляли пластификатор, который является общеизвестным. Приготавливают очищающий состав путем смешения дисперсий полиакрилатов и пластификаторов согласно рецептуре (таблица 1) в аппарате с перемешивающим устройством (производства научно-производственной фирмы «МИКСИНГ», г.Санкт-Петербург), после чего пленкообразующий состав готов к использованию.

Дистанционно-управляемый робототехнический комплекс (чертеж) доставляет на место работ гибкую неметаллическую сетку (1) в рулоне (2), который разматывая укладывают на загрязненную поверхность самоходным разматывающим механизмом на длину выдвижения стрелы (3) с распылителем (4). Перемещая распылитель при помощи выдвижной стрелы над гибкой сеткой (1), уложенной на загрязненную поверхность, оператор наносит дезактивирующий пленкообразующий состав (5) на сетку (1). После высыхания дезактивирующего пленкообразующего состава (5), образовавшего с сеткой (1) монолитный материал, вместе с загрязнениями удаляют сматывающим механизмом (6) путем отрыва от поверхности и сматывания его в рулон (7) на деревянную ось (8). Одновременно дозирующее устройство (9), расположенное на корпусе сматывающего механизма, наносит капли маркирующей композиции (10) с одного или обоих краев гибкой сетки в ее продольном направлении. При этом следующий рулон (2) укладывают после удаления предыдущего и разматывают его вдоль маркирующих меток, перекрывая их. Скатанный рулон (7) на деревянной оси (8) помещают в контейнер для твердых радиоактивных отходов для последующей переработки.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, поясняются примером.

В производственном помещении на площадь 4 м² пола, покрытого старой бетонной стяжкой, с трещинами и выбоинами, с пылью, мелкими металлическими отходами (имитирующими производственные радиоактивные загрязнения), оператор робототехнического комплекса (РТК), дистанционно управляя самоходным разматывающим устройством, раскатал сетку из рулона. Перемещая при помощи выдвижной стрелы над раскатанной сеткой распылитель, оператор РТК нанес первый слой дезактивирующего пленкообразующего состава. После высыхания первого слоя аналогичным образом был нанесен второй слой того же состава. С учетом большого количества дефектов и загрязнений на поверхности пола для полного их перекрытия был нанесен третий слой состава. После высыхания дезактивирующего пленкообразующего состава, образовавшего с сеткой монолитный материал вместе с загрязнениями, оператор РТК при помощи сматывающего механизма свернул этот монолитный материал в рулон на деревянную ось. После этого оператор РТК манипулятором поместил рулон в контейнер для отходов. Время высыхания одного слоя составило 20-30 минут. Скатывание рулона осуществлялось через 1 час после нанесения последнего слоя. Время высыхания дезактивирующего пленкообразующего состава было сопоставимо со скоростью выполнения дистанционных операций по нанесению состава.

Анализ результатов испытаний по отрыву монолитного материала от поверхности показывает, что при осуществлении способа дезактивации при температуре 22°С адгезивные усилия пленки являются необходимыми и достаточными для эффективного съема и полного удаления загрязнений с поверхности с учетом изложенного порядка операций способа.

В табл. 2 представлены результаты испытаний на усилие отрыва монолитного материала от очищаемой поверхности при ширине сетки 1 м. Испытания на усилие отрыва проводили динамометром общего назначения ДПУ-0,5-2.

Дезактивирующую способность пленкообразующих составов определяли по ГОСТ Р 50773-95. Коэффициент дезактивации (Кд) рассчитывали по формуле

,

где А_исх - исходная активность, А_ост - остаточная активность.

Дезактивацию проводили следующим образом. На образец наносили загрязняющий раствор. После высыхания загрязняющего раствора замеряли исходную активность образца; сверху на него помещали фрагмент сетки, и на нее через распылитель BOSCH psp 260 наносили пленкообразующий состав. После высыхания монолитный материал удаляли и замеряли остаточную активность. Результаты испытаний представлены в таблице 3. Анализ результатов, представленных в таблице 3, показывает хорошую дезактивирующую способность составов по отношению к ά- и β-излучающим нуклидам (Kg ά>10³; Kg β>10²), что удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 51037-97 «Покрытия полимерные защитные изолирующие, локализирующие, пылеподавляющие и дезактивирующие. Общие технические требования». Результаты испытаний подтверждают, что при осуществлении предлагаемого способа очистки поверхности при помощи робототехнического дистанционно управляемого комплекса от радиоактивных загрязнений при удалении их с поверхности путем скатывания в рулон обеспечивает полное удаление загрязнений.

Использование в качестве очищающего пленкообразующего состава водного раствора поливинилового спирта с пластификатором (даже при вязкости 120-165 с, как в прототипе) не обеспечивает необходимого технологического времени, требуемого для осуществления всего цикла дезактивации по предлагаемому способу. Очищающий состав для осуществления способа по прототипу характеризуется длительным временем сушки (один слой - несколько часов), что значительно сокращает производительность работ по дезактивации загрязненных поверхностей большой площади.

При понижении массовой доли сухого вещества, а следовательно, и вязкости пленкообразующего состава, значительно увеличивается технологическое время производства работ до 6-8 часов. Повышение вязкости за счет увеличения массовой доли сухого вещества не обеспечивает необходимого обволакивания неровностей поверхности и протекание через сетку, что снижает степень дезактивации загрязненных поверхностей и в результате получили Kg ά<10³, a Kg β<10².

Результаты испытаний при использовании предлагаемого способа подтвердили, что время по дезактивации поверхности 4-5 м² составляло от 2 до 3 часов: то есть оптимальное технологическое время.

Во всех опытных испытаниях очистка загрязненной поверхности составила 100% площади и не потребовалась дополнительная ее обработка.

Компактные рулоны твердых отходов без труда доставлялись манипуляторами на утилизацию.

Вязкость пленкообразующего состава в пределах 12-25 с при массовой доле сухого вещества 38-52 мас.% выбраны опытным путем как для обеспечения производительности процесса с использованием робототехнического комплекса, так и для обеспечения осуществления дезактивирующего процесса в полном объеме. Весь цикл технологических работ при использовании предлагаемого способа осуществлялся дистанционным управлением без непосредственного присутствия людей в зоне радиоактивного загрязнения.

При этом очищаемые площади имели ярко выраженную развитую поверхность (трещины, рытвины), что обычно отрицательно влияет на результаты дезактивации. Однако только использование всей совокупности признаков, приведенных в формуле изобретения, позволили обеспечить указанный выше технический результат.

Предлагаемый способ дистанционной очистки поверхности от радиоактивных загрязнений планируется использовать при выводе из эксплуатации объектов атомной отрасли, отработавших свой ресурс.