Обращение с газообразными радиоактивными отходами и системы вентиляции

ГРО При работе АЭС радиоактивные газы и аэрозоли возникают как результат технологического процесса производства электроэнергии и должны удаляться из помещений и оборудования непрерывно или периодически. По источникам образования радиоактивные газоаэрозольные выбросы можно разделить на две группы: технологические сдувки и вентиляция производственных помещений, в которых расположено оборудование с радиоактивными средами. Технологические сдувки – большая радиоактивность, но относительно малый расход сдуваемого воздуха или газа. Вентиляция – малая активность воздуха, но очень большой его расход. Различные объемы и уровни загрязненности групп ГРО требуют разного подхода к их очистке. В настоящее время для проектируемых АЭС допустимый уровень радиационного воздействия на население от газоаэрозольных выбросов уменьшен в 4 раза ( с 200 до 50 мкзВ/год)

ГРО Технологический процесс на АЭС требует постоянного удаления из контура теплоносителя и технологического оборудования газов (не только радиоактивных). Эти газы и образуют технологические сдувки. На АЭС с ВВЭР расход этих газов достигает 70 куб.м/час. Активность этих газов велика, поэтому перед выбросом в атмосферу они должны подвергаться очистке. Аэрозоли образуются в результате неорганизованных протечек в помещения станции, в которых расположено оборудование радиоактивных контуров. Наибольший вклад в дозу облучения населения вносят инертные радиоактивные газы (ИРГ) – аргон, криптон, ксенон и радионуклиды 131 йода, 60 кобальта, 134 цезия, 137 цезия. Среди нуклидов, попадающих в помещения, из-за биологической значимости выделяют йод, который может находиться в различных физико-химических и агрегатных состояниях.

Контролируемый уровень выбросов в атмосферу за сутки ГБк (Ku) РадионуклидАЭС с ВВЭРАЭС с РБМК ИРГ ( аргон, криптон, ксенон ) 1,9*10 3 (51)10 4 (270) 131 I ( газовая + аэрозольная формы ) 0,05 (1,4*10 -3 )0,26 (7*10 -3 )

Способы снижения активности ГРО Основные классы ГРО: - инертные радиоактивные газы (ИРГ) - радионуклиды йода - аэрозоли. Снижение активности: ИРГ – выдержка некоторое время для распада короткоживущих нуклидов Йод - улавливание радионуклидов активированным углем, а также выведение его путем химических реакций с фильтрующими материалами Аэрозоли – очистка на аэрозольных (тонковолокнистых) фильтрах

Снижение активности ИРГ От ИРГ очищают в первую очередь технологические сдувки. В воздухе вентиляционных систем ИРГ мало. Для уменьшения активности ИРГ используют: - проточные камеры выдержки (герметичный объем, внутри которого для газового потока организован лабиринт); - ресиверы (газгольдеры) для выдержки газов (емкости для хранения и выдержки высокоактивных газов); - радиохроматография или газовая хроматография(процесс разделения газовых смесей при пропускании их через твердое активное вещество с развитой поверхностью. При прохождении газа через колонну с сорбентом газ адсорбируется, т.е. физически «прилипает» на поверхности сорбента. Кроме процесса адсорбции происходит и процесс десорбции, т.е. отрыв молекул газа и перемещение по колонне. В итоге время прохождения газа через колонну довольно велико. В качестве сорбента выступает активированный уголь)

Очистка от йода От йода очищается как газ технологических сдувок, так и вентиляционный воздух. Для очистки от йода в аэрозольной форме используются аэрозольные фильтры, молекулярный йод удаляется на угольных фильтрах, йод в составе органических соединений – на угольных фильтрах со специальной обработкой веществами, которые могут вступать в химическое взаимодействие с йодом, например, AgNO 3. Для АЭС характерны аэрозольная и молекулярная формы йода

Очистка от аэрозолей Очистке от аэрозолей подвергается прежде всего вентиляционный воздух технологических помещений, но при необходимости и технологические сдувки. Для аэрозольных фильтров используются тонковолокнистые ткани из волокон перхлорвинила (ФПП)и ацетилцеллюлозы (ФПА). Очистка воздуха аэрозольными фильтрами происходит в результате осаждения аэрозолей на волокнах, электростатического осаждения и прилипания частиц в поверхностном слое фильтра. Степень очистки достигает 99,99%

Спецгазоочистка блоков ВВЭР-1000 Предназначена для очистки от радиоактивных загрязнений технологических сдувок, поступающих из: - охладителей организованных протечек - бака организованных протечек - баков борсодержащей воды - системы дожигания водорода - гидроемкостей САОЗ - теплообменников бассейна выдержки. Система состоит из трех каналов – два рабочих, один резервный. Система функционирует во всех режимах нормальной эксплуатации, включая переходные режимы.

Канал спец газоочистки Вентиляционная труба, 2 – газодувка, 3- фильтр-адсорбер, 4- цеолитовый фильтр, 5- нагреватель контура регенерации, 6- теплообменники, 7- самоочищающийся фильтр, 8- теплообменник контура регенерации в баки из помещений

Очистка газов Очистка газов осуществляется на двух ступенях. Сначала воздух охлаждается до С в теплообменнике (6) и происходит грубая очистка на фильтрах (7). Фильтрующий элемент в (7) – стекловолокно. Здесь улавливаются аэрозоли и мелкие капельки влаги. Поэтому фильтр оборудован дренажем. На второй ступени для очистки воздуха от ИРГ используются фильтры- адсорберы (3) с активированным углем. Здесь также сорбируется и радиоактивный йод. Хуже сорбируется йод, находящийся в виде соединений. Перед подачей воздуха на фильтры-адсорберы его осушают от влаги, т.к. при увлажнении активированного угля ухудшаются его сорбционные свойства. Для поглощения влаги из воздуха используются цеолитовые фильтры (4). Желательно чтобы цеолит поглощал влагу и не поглощал ИРГ. По мере поглощения влаги из воздуха фильтр насыщается и его эффективность падает. При этом включается резервный фильтр, а рабочий ставится на регенерацию. Регенерация цеолитового фильтра осуществляется продувкой его воздухом с температурой С. После регенерации воздух охлаждается в выбрасывается в вентиляционную трубу.

Системы вентиляции Системы вентиляции можно разделить на общеобменную и специальную технологическую. Задача общеобменной вентиляции – создание нормальных санитарно-гигиенических условий работы персонала. Задачи специальной технологической вентиляции – удаление радиоактивных газов и аэрозолей из рабочих помещений АЭС и обеспечение радиационной безопасности, - исключение недопустимых выбросов ГРО в атмосферу.

Требования к cпецвентиляции Для очистки воздуха от радионуклидов применяют вентсистемы двух типов: рециркуляционную и приточно-вытяжную (прямоточную). В рециркуляционных системах очищенный на фильтрах воздух вновь поступает в помещения. Отсюда требования к фильтрам: - сохранять рабочие свойства при повышенных температурах (до С) - сохранять рабочие свойства при повышенной влажности (до 100%); Коэффициент очистки воздуха в рециркуляционных системах невелик и составляет В прямоточных вентиляционных системах очищенный воздух выбрасывается в вентиляционную трубу, поэтому коэффициент очистки воздуха должен быть выше, чтобы обеспечить требования безопасности.

Основные правила проектирования спец вентиляции 1. Спецвентиляция проектируется так, чтобы обеспечить разрежение в обслуживаемых помещениях; 2. К одной и той же вентсистеме допустимо параллельное подключение разных помещений при равном уровне их радиоактивности; 3. Чтобы уменьшить производительность вентиляционных установок, помещения с разными уровнями активности могут подключаться последовательно. При этом направление движения воздуха должно быть организовано так, чтобы воздух сначала поступал в более «чистые» помещения, а из них поступал в более «грязные», потом отсасывался вентиляционными агрегатами; 4. Поступление приточного воздуха в помещение и удаление загрязненного воздуха в вытяжную систему должно быть организовано так, чтобы надежно вентилировалось всё помещение. Особенно важно это требование для помещений, где скапливается водород;

Основные правила проектирования спец вентиляции (продолжение) 5. Производительность вентиляционных установок должна обеспечить не менее, чем однократный обмен воздуха в час в вентилируемых помещениях, а в открытых дверных проемах помещений при ремонте скорость воздуха должна быть не менее 1 м/с: 6. Вентиляционные агрегаты спец вентиляции имеют 100% резервирование с автоматическим включением резерва. 7. Запрещается заводить в спец вентиляцию сдувки технологического оборудования. Они после очистки отдельными трубопроводами подаются непосредственно в вентиляционную трубу.

Особенности вентиляции гермообъемов Пример с вентиляцией ГО реакторной установки ВВЭР-1000 Вентиляция должна обеспечивать: - нормальные санитарно-гигиенические условия работы персонала, включая превышение допустимых концентраций радионуклидов; - создание разрежения в герметичных необслуживаемых помещениях для предотвращения перетока загрязненного воздуха в более «чистые» помещения; - поддержание допустимой температуры во всех технологических помещениях не выше 40 0 С в периодически обслуживаемых помещениях и не выше 60 0 С в необслуживаемых помещениях. При работе энергоблока имеют место тепловые потери в ГО. По оценкам эти тепловые потери могут доходить до 4 МВт. Если это тепло не отводить, то через 3 суток температура в ГО повысится до С, а давление возрастет более чем на 0.3 ата, т.е. реактор должен быть остановлен.

Особенности вентиляции гермообъемов Для охлаждения ГО проектом предусмотрено несколько рециркуляционных вентсистем. При работе реактора все они должны находиться в действии. Рециркуляционная вентиляция выполнена по замкнутой схеме с отводом тепла к воде в воздухоохладителях. Эти системы должны работать и в аварийных режимах. Поэтому к ним предъявляются повышенные требования. Вентиляционные агрегаты выполняются в сейсмостойком исполнении с эксплуатацией при температуре до 75 0 С и влажности до 100% с повышенным требованием по надежности (наработка на отказ не менее часов). При потере собственных нужд они запитаны от дизель- генераторов.

Кроме четырех рециркуляционных вентсистем, служащих для отвода тепла, предусмотрена также система для очистки воздуха боксов ГЦН, ПГ и центрального зала от радиоактивных загрязнений. Система снабжена аэрозольными и йодными фильтрами. Очистка воздуха от радиоактивных аэрозолей и йода проводится фильтрами на основе активированного угля и ткани Петрянова. Применение рециркуляционных систем для отвода тепла и очистки воздуха в помещениях ГО позволяет существенно снизить количество радиоактивных выбросов в окружающую среду. Особенности вентиляции гермообъемов Упрощенная схема системы очистки воздуха от радиоактивных загрязнений 1- забор воздуха, 2 – калорифер, 3 – аэрозольный фильтр, 4 – йодный фильтр, 5 – вентилятор, 6 – выброс воздуха

Система вытяжной вентиляции ГО Для создания и поддержания необходимого разрежения в ГО во время работы энергоблока, обеспечения минимального воздухообмена и предотвращения скопления водорода в верхней части ГО предусмотрена вытяжная система вентиляции. Коэффициент очистки воздуха перед выбросом составляет Упрощенная схема системы вытяжной вентиляции 1 – забор воздуха из ГО, 2 – защитная оболочка, 3 – быстродействующий отсечной клапан, 4 – аэрозольный фильтр, 5 – йодный фильтр, 6 – вентилятор, 7 – выброс воздуха в вентиляционную трубу

Особенности вентиляции гермообъемов Воздуховоды вентсистемы пересекают стены гермооболочки. При аварии для герметизации оболочки на воздуховодах установлены отсечные клапаны (3). При аварии с разуплотнением первого контура закрытие герметизирующих клапанов происходит автоматически по сигналу роста давление под гермооболочкой. Помимо вентсистем нормальной эксплуатации для создания нормальных условий в ГО в режиме перегрузки и производства ремонтных работ, а также для очистки воздуха в возможный послеаварийный период предусмотрены специальные ремонтно-аварийные вытяжная и приточная системы.