УСТАНОВКА ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ

Полезная модель относится к средствам дезактивации, дегазации и дезинфекции и может использоваться при проведении работ по дезактивации локальных и макро объектов атомной энергетики и объектов промышленного производства ядерных материалов.
В настоящее время известен ряд средств и методов обеззараживания, применяемых при ликвидации аварий и при проведении ремонта или замены оборудования на атомных электростанциях и промышленных предприятиях, на которых производятся работы с радиоактивными материалами. Так, например, в патенте RU 2232439 C2 (МПК-7: G21F 9/02; В08В 15/00, опубликован 10.07.2004) описана передвижная установка для очистки воздуха от радиоактивных веществ в закрытых помещениях после аварий. Известная установка содержит блок управления, откачивающий и нагнетающий газоводы, блоки очистки газов от радиоактивных веществ и аэрозольных частиц и блоки контроля концентрации и дисперсности содержащихся в газовой среде радиоактивных аэрозолей. Блоки соединены между собой трубопроводами в последовательную схему с возможностью изменения подключения блоков через байпасные линии с помощью средств управления. Установка позволяет проводить очистку воздуха от радиоактивных веществ на месте аварии при постоянном контроле степени очистки воздуха.
Известны также устройства, которые предназначены для дезактивации оборудования промышленных предприятий, загрязненного радиоактивными веществами. Такие устройства обычно содержат мобильное средство подачи на обрабатываемый объект струи воды под высоким давлением (см. патент US 4800063, МПК-4: В24С 1/00, опубликован 24.01.1989). Для повышения эффективности обработки загрязненных поверхностей поток воды насыщается воздухом и абразивным гранулированным материалом. Смешение воды, воздуха и абразивного материала осуществляется в стволе, через который производится распыление смешанного потока. Образующаяся при обработке взвесь твердых частиц отводится из зоны обработки через коллектор в контейнер для сбора радиоактивных отходов. Поступающая в контейнер смесь воды, абразивных частиц и частиц твердых радиоактивных отходов разделяется на жидкую и твердую фазу методом осаждения. Из полученной твердой фазы отсеиваются крупнозернистые абразивные частицы, которые могут быть повторно использованы в технологическом процессе. Затем осуществляется сушка твердых частиц и сепарация твердых радиоактивных отходов для их последующей утилизации. Очистка жидкой фазы от мелкодисперсных отходов производится методом выпаривания.
Наиболее близким аналогом полезной модели является передвижная установка для дезактивации поверхностей, загрязненных радиоактивным и веществами (см. патент US 5749470, МПК-6: В03В 9/00, опубликован 12.05.1998). В состав установки входит перемещаемая платформа, на которой установлена система струйной очистки с сепаратором, с которым соединен подводящий (всасывающий) трубопровод сборника загрязнений (радиоактивных отходов). Обработка поверхностей производится с помощью пневмораспылителя. Сепаратор выполнен в виде фильтра-циклона и связан с контейнером системы подачи абразивного порошка, который соединен с контейнером высокого давления.
Контейнер для хранения радиоактивных отходов выполнен в виде отдельного блока, помещенного в защитную оболочку. В контейнере установлены три полых цилиндрических аэрозольных фильтра. Выход газообразной фазы из сепаратора соединен через систему трубопроводов, съемные фильтры отсечки радиоактивных веществ, размещенные в неподвижном контейнере, и вакуумный насос (газовый инжектор) с окружающей средой. Установка снабжена также блоком управления и блоком электропитания.
Перечисленные выше аналоги, несмотря на достаточно высокую эффективность очистки воздуха или поверхности оборудования от твердых или жидких радиоактивных отходов, обладают ограниченными функциональными возможностями, что связано с определенной специализацией каждой из используемых установок обеззараживания. Например, применение установки обеззараживания обычно ограничивается только очисткой воздуха либо очисткой оборудования от твердых радиоактивных отходов. Кроме того, известные аналоги не обладают требуемыми массогабаритными показателями, вследствие чего возникают препятствия при проектировании малогабаритных мобильных многофункциональных установок обеззараживания.
Полезная модель направлена на устранение перечисленных выше недостатков, присущих применяемым в настоящее время установкам обеззараживания. Технические задачи, решаемые с помощью полезной модели, заключаются в создании компактной мобильной установки обеззараживания, обеспечивающей очистку технологического оборудования и помещений от всех видов радиоактивных загрязнений, включая жидкие и твердые загрязнения.
Установка обеззараживания должна отвечать совокупности технических требований, включая следующие требования:
- минимизация объемов собранных радиоактивных отходов;
- мобильность и низкий вес установки;
- возможность обработки площади поверхности от нескольких квадратных метров до нескольких тысяч квадратных метров;
- применение простых и эффективных технологий дезактивации, обеспечивающих снижение дозовых нагрузок на персонал;
- возможность удаления физически и химически прочно иммобилизованных загрязнений;
- исключение возможности попадания радионуклидов в окружающую среду.
Решение указанных задач обеспечивает достижение технического результата, связанного с повышением эффективности обеззараживания (дезактивации, дегазации и дезинфекции) технологического оборудования и помещений, уменьшением габаритов установки, а также с расширением функциональных возможностей установки обеззараживания.
Технический результат достигается при использовании установки обеззараживания, включающей в свой состав перемещаемую платформу, на которой установлены блок управления, блок электропитания, управляемые клапаны, компрессор, распылитель жидкости, вакуумный насос, по меньшей мере, один съемный фильтр и сборник загрязнений, соединенный через съемный фильтр с вакуумным насосом. Установка содержит также емкость для приготовления растворов, насос для подачи жидкости, пеногенератор и распылитель пены. Выходы компрессора подключены к емкости для приготовления растворов и к пеногенератору. Выход из емкости для приготовления растворов соединен с входом насоса для подачи жидкости, первый выход которого подключен через пеногенератор к распылителю пены, а второй выход - к распылителю жидкости.
Применение перечисленной выше совокупности оборудования позволяет использовать в процессе обеззараживания следующие технологии дезактивации, дегазации и дезинфекции:
- аэрозольную технологию очистки, заключающуюся в осаждении радиоактивных аэрозолей в рабочей зоне и сборе загрязнений;
- пенную технологию очистки, заключающуюся в удалении слабо и средне фиксированных загрязнений с минимальным количеством жидких загрязнений;
- пленочную технологию, заключающуюся в удаление слабо и средне фиксированных загрязнений без образования жидких загрязнений;
- жидкостную технологию, заключающуюся в удалении загрязнений в широком диапазоне степени фиксации загрязнений с образованием значительных количеств жидких загрязнений;
- вакуумную технологию, заключающуюся в удалении мелкодисперсных слабофиксированных загрязнений и жидких загрязнений.
Возможность применения данных технологий очистки по отдельности, а также их различных комбинаций обеспечивается за счет включения в состав установки емкости, которая предназначена для приготовления различных видов растворов. Из емкости жидкость с помощью насоса подается через пеногенератор к распылителю пены и/или непосредственно из емкости к распылителю жидкости. Применяемый в составе установки компрессор обеспечивает барботаж жидкости в процессе приготовления рабочих водных растворов и приготовление пены в пеногенераторе.
Использование перечисленных выше технологий очистки и их комбинаций, в частности пенно-вакуумной, пленочно-вакуумной, жидкостно-вакуумной и аэрозольно-вакуумной технологии, обеспечивает универсальность установки обеззараживания и позволяет проводить комплекс работ по дезактивации:
- помещений с окрашенными, облицованными керамической плиткой бетонными и деревянными конструкционными элементами, включая стены, окна, двери, полы и потолки помещений;
- производственного оборудования и изделий из металлов и пластиков;
- наружных частей сооружений, включая локальные участки кровли, дорог и площадок;
- транспортных средств, в том числе автомобилей, самолетов и вертолетов, подвижного железнодорожного состава, речных и морских судов.
Для эффективного сбора радиоактивных отходов сборник загрязнений содержит сорбент, обеспечивающий сорбцию соединений радионуклидов из раствора.
В качестве насоса для подачи жидкости может использоваться центробежный насос.
Для повышения эффективности дезактивации обрабатываемой поверхности установка может содержать средство для одновременного нанесения пены, механической обработки поверхности и сбора пены. Такое средство может быть выполнено в виде щетки с выходным каналом для нанесения пены и входным каналом для сбора пены с поверхности обрабатываемого объекта. Использование механической технологии очистки обрабатываемой поверхности в комбинации с пенной и вакуумной технологией обеспечивает снятие связанных с поверхностью загрязнений.
Повышение эффективности дезактивации может также достигаться за счет включения в состав установки блока электрохимической дезактивации, по меньшей мере, с одним электродом, блока плазменной дезактивации, по меньшей мере, с одной плазменной горелкой, блока ультразвуковой дезактивации, по меньшей мере, с одним излучателем, блока лазерной дезактивации, по меньшей мере, с одним манипулятором-наконечником.
Кроме того, с целью обеспечения функциональной универсальности установка может включать в свой состав вспомогательный инструмент, снабженный электрическим или пневматическим, или гидравлическим приводом.
В качестве вспомогательного инструмента могут использоваться следующие виды инструмента: щетка с синтетическим или металлическим кордом; зубило; отрезное устройство; шлифовальная машина; фреза.
С целью применения для обеззараживания пленочной технологии установка может включать в свой состав пневмораспылитель, который подключается к выходу компрессора. Пневмораспылитель заправляется пленкообразующим составом, распыляемым потоком воздуха, который подается от компрессора.
Далее полезная модель поясняется описанием конкретного примера реализации установки обеззараживания, предназначенной для дезактивации радиоактивных отходов. На поясняющем чертеже (фиг.1) изображена структурная схема установки обеззараживания.
Установка включает в свой состав перемещаемую платформу (на чертеже не показана), на которой установлено технологическое оборудование, блок управления (БУ) 1 и блок электропитания (БЭ) 2. К технологическому оборудованию установки относится компрессор (КП) 3, подключенный к блоку электропитания 2, вспомогательный инструмент (ВИ) 4, емкость для приготовления водных растворов (ЕР) 5, насос для подачи жидкости (НЖ) 6, пеногенератор (ПГ) 7, распылитель пены (РП) 8, распылитель жидкости (РЖ) 9. Выходы компрессора 3 соединены с пневмоприводами вспомогательного инструмента 4, с емкостью 5 и через насос 6 с пеногенератором 7. Объем емкости для приготовления водных растворов составляет 24 л.
В качестве вспомогательного инструмента 4 применяются следующие инструменты: щетка с синтетическим или металлическим кордом, зубило, отрезное устройство, шлифовальная машина, фреза. Часть либо все инструменты могут быть выполнены с электроприводами, которые подключаются к блоку электропитания 2, или с пневмоприводами, которые подключаются к выходу компрессора 3.
Установка содержит также средство для одновременного нанесения пены, механической обработки поверхности и сбора пены, которое выполнено в виде щетки с выходным каналом для нанесения пены и входным каналом для сбора пены с поверхности обрабатываемого объекта (на чертеже не показана).
Первый выход насоса 6 соединен через пеногенератор 7 с распылителем пены 8. Второй выход насоса 6 непосредственно подключен к распылителю жидкости 9. В качестве насоса 6 для подачи жидкости в рассматриваемом примере реализации полезной модели используется центробежный насос.
Блоки и узлы установки, использующие жидкие и газообразные вещества, соединены между собой с помощью гибких шлангов и управляемых клапанов.
В состав установки входят дополнительные блоки дезактивации.
Блок электрохимической дезактивации (ЭД) 10 включает в свой состав блок питания и рабочий ручной электрод. Выходное напряжение блока питания составляет от 0 до 36 В, электрический ток - от 0 до 150 А. Блок 10 может работать как в режиме постоянного тока, так и в импульсном режиме с частотой импульсов тока, подаваемых на электрод до 1 кГц. Ручной электрод изготавливается из волокнистого или губчатого материала, через капиллярную структуру которого на обрабатываемую поверхность подается раствор электролита.
Блок плазменной дезактивации (ПД) 11 состоит из блока питания и ручной плазменной горелки. Выходное напряжение блока питания от 0 до 300 В, электрический ток от 0 до 20 А.
Блок ультразвуковой дезактивации (УД) 12 включает в свой состав блок питания и несколько излучателей, часть которых устанавливаются во внутренней полости обрабатываемого объекта, заполненной дезактивирующим раствором, а другая часть излучателей крепится или перемещается по внешней поверхности обрабатываемого объекта. Величина импульсов напряжения, вырабатываемых блоком питания, составляет от 220 до 660 В при частоте импульсов 22±5 кГц..
-2
-11
Блок лазерной дезактивации (ЛД) 13 содержит блок питания, лазер и манипулятор-наконечник, соединенный с лазером через оптический волновод (световод). Выходная импульсная мощность лазера составляет от 10 до 2000 Вт. Частота импульсов излучения: от 100 до 20000 Гц. Длительность импульсов излучения: от 10 до 10 сек.
Установка снабжена сборником загрязнений (СЗ) 14, выполняющим в рассматриваемом примере выполнения установки функцию сборника радиоактивных отходов. Сборник загрязнений 14 выполнен в виде внутренней емкости объемом 8 л и выносной емкости объемом 100 л и содержит сорбент, обеспечивающий сорбцию соединений радионуклидов из собираемого водного раствора. Сборник загрязнений 14 соединен через сменный воздушный фильтр (СФ) 15 с вакуумным насосом (ВН) 16, в качестве которого используется вихревая воздуходувка TSB150. Вакуумный насос 16 соединен с блоком электропитания 2, который управляется оператором с пульта блока управления 1.
3
Модуль сбора загрязнений, включающий сборник загрязнений 14 с сорбентом, сменный фильтр 15 и вакуумный насос 16, обеспечивает сепарацию и сбор жидких и твердых радиоактивных отходов. Производительность модуля сбора загрязнений составляет 160 м/ч при разряжении ~14 кПа.
2
Потребляемая установкой электрическая мощность не превышает 4250 Вт при расходе распыляемого рабочего раствора от 30 до 50 г на 1 м обрабатываемой поверхности. Габариты установки (длина×ширина×высота): 1000×650×1000 мм.
Работа установки обеззараживания осуществляется следующим образом.
В емкость 5 заливается готовый раствор или засыпается концентрат порошкообразного вещества в необходимом количестве. После приготовления рабочего водного раствора к насосу 6 через управляемый клапан и гибкий шланг подключается распылитель жидкости 9, с помощью которого оператор наносит раствор на обрабатываемую поверхность. Сбор загрязнений (радиоактивных отходов) осуществляется при использовании щетки, выполненной с каналом для сбора пены и раствора с поверхности обрабатываемого объекта. Загрязнения отводятся через щетку, соединенную гибким шлангом со сборником загрязнений 14, потоком воздуха, создаваемым вакуумным насосом 16. Для предохранения насоса 16 от загрязнений и фильтрации отводимого воздушного потока применяется съемный воздушный фильтр 15, который устанавливается на входе в насос 16. В полости сборника загрязнений 14 с помощью сорбента производится сорбция соединений радионуклидов из поступающего водного раствора.
Для снятия прочно связанных с обрабатываемой поверхностью загрязнений применяется вспомогательный инструмент, с помощью которого производится механическая обработка поверхности обрабатываемого объекта. В качестве механического инструмента применяется щетка с синтетическим или металлическим кордом, зубило, отрезное устройство, шлифовальная машина, фреза.
Рассмотрим примеры рабочих процессов, осуществляемых с помощью установки обеззараживания, при использовании различных рабочих растворов.
Пример №1.
Оператор заливает в емкость 5 готовый раствор «Радез-II», представляющий собой ароматизированный раствор поверхностно-активного вещества и смесь, включающую следующие компоненты: изопропанол-вода, комплексообразователи и органические кислот. К выходу пеногенератора 7 через управляемый клапан и гибкий шланг подключается распылитель пены 8. По команде с пульта блока управления 1 включается насос 6 и компрессор 3. В пеногенераторе 7 производится подготовка пены, которая наносится через распылитель пены 8 на обрабатываемую поверхность.
К шлифовальной машине присоединяется щетка с металлическим кордом. К компрессору 3 через управляемый клапан и гибкий шланг подключается пневмопривод шлифовальной машины. После подготовки производится включение шлифовальной машины, и оператор производит механическую очистку обрабатываемой поверхности, на которую нанесена пена. По команде с пульта управления блока управления 1 осуществляется включение вакуумного насоса 16. За счет разряжения, создаваемого с помощью вакуумного насоса 16, производится сбор загрязнений с пеной. Собранные загрязнений поступают в сборник загрязнений 14, в котором происходит сорбция соединений радионуклидов. Нанесение пены, механическая обработка поверхности и сбор загрязнений осуществляется с помощью универсальной щетки с выходным каналом для нанесения пены и входным каналом для сбора загрязнений с поверхности обрабатываемого объекта.
Пример №2.
Оператор заливает в емкость 5 в необходимом количестве воду и засыпает порошкообразную смесь «ДЕЗ», представляющую собой смесь поверхностно-активного вещества и набора комплексообразующих добавок. С пульта блока управления 1 включают компрессор 3, выход которого через управляемый клапан и гибкий шланг соединен с полостью емкости 5. В процессе барботажа смеси воды с порошком подготавливается 2% раствор «ДЕЗ».
После подготовки рабочего раствора с пульта блока управления 1 включается насос 6, выход которого подключен через управляемый клапан и гибкий шланг с распылителем жидкости 9. Оператор производит распыление рабочей жидкости по обрабатываемой поверхности, например по полу помещения. Затем оператор включает с пульта блока управления вакуумный насос 16, соединенный через съемный фильтр 15 со сборником 14. Сбор загрязнений осуществляется с помощью универсальной щетки, с помощью которой одновременно производится механическая обработка пола и отсос загрязнений в сборник 14.
Пример №3.
К компрессору 3 подключают гибкий шланг с пневмораспылителем, который заправляется пленкообразующим составом. В качестве данного вещества используется состав «ВЛ», представляющий собой водно-спиртовой раствор поливинибутираля и его модификаций, поверхностно-активного вещества, комплексообразователей и пластификаторов. Оператор включает с пульта блока управления 1 компрессор 3 и начинает распыление пленкообразующего состава с помощью пневмораспылителя по обрабатываемой поверхности. В течение трех часов после распыления состава на обрабатываемой поверхности образуется пленочное покрытие. Для удаления пленочного покрытия применяют универсальную щетку с металлическим кордом. Пневмопривод щетки подключают к выходу компрессора 3. По команде с пульта блока управления включается компрессор 3, и оператор производит с помощью щетки механическую очистку обрабатываемой поверхности от пленочного покрытия. Одновременно, со снятием покрытия, с помощью универсальной щетки осуществляется сбор загрязнений, отводимых через выходной канал щетки в сборник 14. Отсос удаляемых загрязнений производится путем включения по команде с пульта блока управления 1 вакуумного насоса 16, соединенного со сборником 14 через съемный фильтр 15.
Наряду с возможностью применения комбинированных технологий, в частности пенно-вакуумной, жидкостно-вакуумной и пленочно-вакуумной технологии совместно с механической обработкой, установка обеззараживания позволяет использовать для дезактивации следующие дополнительные технологии: электрохимическую, плазменную, ультразвуковую и лазерную технологию. Применение данных технологий обеспечивает удаление в процессе дезактивации сильнофиксированные загрязнения.
При включении с пульта блока управления 1 блока электрохимической дезактивации 10 на рабочий электрод и обрабатываемую металлическую поверхность подается напряжение до 36 В, при этом через внутренние пористые каналы электрода подается раствор электролита. В данных условиях между электродом и обрабатываемой поверхностью протекает электрический ток (до 150 А). В результате электролиза с обрабатываемой поверхности в электролит поступают ионы радионуклидов, загрязняющих обрабатываемый объект. Отработанный электролит вместе с радиоактивными отходами откачивается в сборник 14 с помощью вакуумного насоса 16. В сборнике 14 осуществляется сорбция соединений радионуклидов.
В процессе обеззараживания может также применяться блок плазменной дезактивации 11, подключаемый по команде с пульта блока управления 1. Через плазменную горелку прокачивается рабочий раствор и подается рабочее напряжение до 300 В. Генерируемая с помощью плазменной горелки поток плазмы направляется оператором на обрабатываемую поверхность. Под действием высокой температуры радионуклиды, содержащиеся в обрабатываемом объекте, переходят в газообразное состояние и откачиваются в сборник 14 с помощью вакуумного насоса 16.
Эффективность обеззараживания может быть повышена за счет применения блока ультразвуковой дезактивации 12, включаемого оператором по команде с пульта блока управления 1. Ультразвуковые излучатели блока 12 устанавливаются во внутренних полостях обрабатываемого объекта, которые предварительно заполняются рабочим водным раствором, и на внешней поверхности обрабатываемого объекта, При подаче на ультразвуковые излучатели импульсного напряжения величиной от 220 до 660 В осуществляется ультразвуковое воздействие на поверхностный слой обрабатываемой поверхности, загрязненной соединениями радионуклидов. В результате ультразвуковой обработки радионуклиды смываются с поверхности рабочим раствором, который затем откачивается в сборник 14 с помощью вакуумного насоса 16.
При включении по команде с пульта блока управления 1 блока лазерной дезактивации 13 включается лазер, излучение которого направляется через оптический волновод и соединенный с ним манипулятор-наконечник на обрабатываемую поверхность. Воздействие лазерного излучения вызывает испарение поверхностного слоя обрабатываемой поверхности. Вместе с материалом поверхностного слоя испаряются также и загрязняющие соединения радионуклидов. Пары испарившихся материалов откачиваются в сборник 14 с помощью вакуумного насоса 16.
Применение совместно с методами аэрозольной, пенной, пленочной, жидкостной и вакуумной дезактивации технологий электрохимической, плазменной, ультразвуковой и лазерной дезактивации позволяет существенность повысить эффективность обеззараживания технологического оборудования и помещений и расширить функциональные возможности установки обеззараживания.
Перечень цифровых и сокращенных буквенных обозначений структурных элементов установки обеззараживания, изображенных на чертеже.
1 - блок управления (БУ);
2 - блок электропитания (БЭ);
3 - компрессор (КП);
4 - вспомогательный инструмент (ВИ);
5 - емкость для приготовления растворов (ЕР);
6 - насос для подачи жидкости (НЖ);
7 - пеногенератор (ПГ);
8 - распылитель пены (РП);
9 - распылитель жидкости (РЖ);
10 - блок электрохимической дезактивации (ЭД);
11 - блок плазменной дезактивации (ПД);
12 - блок ультразвуковой дезактивации (УЗ);
13 - блок лазерной дезактивации (ЛД);
14 - сборник загрязнений (СЗ);
15 - сменный воздушный фильтр (СФ).