СИСТЕМА С НАСАДОЧНОЙ КОЛОННОЙ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ВЫБРОСОВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ГАЗОВ, ВОДЯНОГО ПАРА С ДИСПЕРСНЫМ МАТЕРИАЛОМ И РАДИОАКТИВНОЙ ПЫЛЬЮ ПРИ АВАРИИ АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ
SYSTEM WITH PACKED COLUMN FOR AUTOMATIC CONTROL AND REGULATION OF ENVIRONMENTAL SAFETY OF EMISSIONS OF HIGH-TEMPERATURE GASES, STEAM WITH PARTICULATES AND RADIOACTIVE DUST DURING ACCIDENT AT NUCLEAR REACTORS

Изобретение относится к области управления и регулирования экологической безопасностью при аварийных ситуациях на предприятиях атомной промышленности, а именно при авариях атомных реакторов на АЭС.
На существующих атомных электростанциях в случае аварий реакторов предусмотрена система охлаждения и заливка их водой.
Однако данная система малоэффективна, кроме этого 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:
а) устройство для сбора газов с сажей - приемная труба;
б) сажеотделитель для отделения дисперсного материала из газового потока.
Однако эта система полностью не обеспечивает безопасность радиационных выбросов, так как в сажеуловителях применяется вода, не обладающая дезактивирующими свойствами.
Задачей предлагаемого изобретения является простота и 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 с насадочной колонной автоматического управления и регулирования экологической безопасностью выбросов радиоактивных высокотемпературных газов, водяного пара с дисперсным материалом и радиоактивной пылью при аварии атомных реакторов согласно изобретению имеется:
а) устройство для сбора высокотемпературных радиоактивных газов, водяного пара, дисперсного материала и радиоактивной пыли - металлический кожух безопасности;
б) блок контроля за аварийной ситуацией атомного реактора с датчиками температуры и давления с регулирующими клапанами:
1) на линии сброса после металлического кожуха безопасности специального устройства для сбора высокотемпературного радиоактивного газа, водяного пара с дисперсным материалом и радиоактивной пылью в насадочную колонну;
2) на линии подачи водяного пара в вертикальный паровой испаритель 0,5% водного раствора серной кислоты внизу насадочной колонны;
2
4
3
4
4-
в) насадочная колонна для дезактивации, где дезактивирующей жидкостью является 0,5% водный раствор серной кислоты, который подается наверх колонны в виде орошения, а так как внизу насадочной колонны установлен паровой испаритель 0,5% водного раствора серной кислоты, то в насадочной колонне происходит не только промывка и смыв с поверхности дисперсного материала урановых соединений, но и реакция урановых комплексных соединений с образованием кислых комплексных урановых соединений типа [UO(SO)], которые собираются внизу колонны. Кислые урановые растворы из низа насадочной колонны подаются в каскадный реактор с водным раствором щелочи NaOH, где они после взаимодействия образуют гидроокись урана U(OH), которая для ее отделения подается на барабанный вакуум-фильтр, где происходит сушка дисперсной фазы, концентрирование, снятие ножом-полоской и подачей ее шнеком на упаковку в прорезиненные мешки для загрузки в бронированные контейнеры и отправки на производство урана, а жидкая фаза после вакуум-фильтра поступает в металлические контейнеры и отправляется за пределы АЭС на утилизацию. Высокотемпературные радиоактивные газы, водяной пар удаляются из системы после охлаждения дезактивирующим раствором через воздушник насадочной колонны путем отсоса их паровым эжектором.
С целью простоты автоматизации система содержит электропускатели насосов:
а) подачи орошения насадочной колонны 0,5% водным раствором серной кислоты;
б) откачки кислого комплексного уранового раствора из низа насадочной колонны в каскадный щелочной реактор;
4
в) откачки гидроокиси урана U(OH) из каскадного щелочного реактора на барабанный вакуум-фильтр для отделения ее дисперсной фазы.
На чертеже представлена схема системы с насадочной колонной автоматического управления и регулирования экологической безопасностью выбросов высокотемпературных радиоактивных газов, водяного пара с дисперсным материалом и радиоактивной пылью при аварии атомных реакторов.
Система содержит: блок контроля 1 за аварийной ситуацией атомного реактора с датчиками температуры и давления; металлический кожух 2 безопасности, выполненный из листовой стали Х18Н10Т толщиной 8 мм, который обрамляет реактор 3 так, что для полной безопасности окружающей среды в случае аварии реактора металлический кожух 2 своей верхней конусной частью соединяется через линию сброса и регулирующий клапан с насадочной колонной 5,
2
4
3
2
4
3
4
4
4-
4-
Насадочная колонна 5 заполнена послойно в три слоя керамическими кольцами Рашига из глазуревой глины размерами 75×75 мм, высота каждого слоя 1 м. Насадка помещается на металлическую сетку ячейками 50×50 мм, которая крепится сваркой к внутренней поверхности колонны, между слоями насадка для равномерного распределения жидкости по сечению колонны разделена свободным пространством. Наверху насадочная колонна имеет патрубок 6 для орошения водным раствором серной кислоты, а внизу имеется трубчатый паровой испаритель 7 раствора серной кислоты. В насадочной колонне 5 происходит многократный контакт паровой и жидкой фаз водного раствора серной кислоты, где и происходит не только полная отмывка урановых соединений и радиоактивной пыли, но и реакция с образованием кислого комплексного раствора типа уран [UO(SO)], который собирается внизу насадочной колонны 5. Известно, что урановые соединения со слабыми кислотами образуют кислые комплексные урановые соединения, например, с серной кислотой типа [UO(SO)] (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). Далее пульпа закачивается в щелочной каскадный реактор 8, в который подается водный раствор щелочи NaOH из емкости 9, в результате образуется гидроокись урана U(OH) в виде дисперсной фазы, которая подается в барабанный вакуум-фильтр 10 для ее отделения. В барабанных вакуум-фильтрах удаление дисперсной фазы гидроокиси урана происходит ножом-пластиной 11 с последующей подачей шнеком 12 в просвинцованные резиновые мешки 13 для отгрузки их в бронированные контейнеры для получения урана или их утилизации за пределы АЭС. В случае аварии атомного реактора 3 сигнал аварийной ситуации поступает на блок контроля 1. Затем сигнал подается на электропускатель насоса 14 подачи орошения из емкости 15 хранения 0,5% водного раствора серной кислоты наверх насадочной колонны 5. Одновременно сигнал подается на открытие регулирующего клапана 4 на линии сбора из металлического кожуха 2 безопасности в насадочную колонну 5. После появления уровня комплексного соединения внизу колонны сигнал подается на включение пускателя электродвигателя насоса закачки из емкости 9 хранения водного раствора щелочи в щелочной каскадный реактор 8 с водным раствором щелочи NaOH, где после взаимодействия образуется гидроокись урана U(OH), которая подается на барабанный вакуум-фильтр 10 для ее отделения. Дисперсная фаза на барабанном фильтре 10 снимается ножом-пластиной 11 и подается шнеком 12 на упаковку в прорезиненные мешки, которые далее загружаются в металлические контейнеры и отправляются за пределы АЭС, либо на производство урана или на утилизацию. Высокотемпературные радиоактивные газы, водяной пар удаляются из системы после охлаждения дезактивирующим раствором 0,5% раствора серной кислоты через воздушник насадочной колонны 5, эжектор 17 и конденсатор-дезактиватор 18 с дренажным клапаном 19.
Применение предложенной системы на атомных электростанциях обеспечивает надежность, простоту управления и регулирования экологической безопасностью выбросов высокотемпературных радиоактивных газов с дисперсным материалом и радиоактивной пылью, обеспечит полную безопасность окружающей среды в случае аварии атомных реакторов за счет применения высокой автоматизации системы и установки металлического кожуха безопасности для сбора выбросов.