УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ДЕЗАКТИВАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
PLANT FOR ELECTROCHEMICAL DECONTAMINATION OF METAL SURFACES

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к устройствам для удаления радиоактивного загрязнения с металлических поверхностей, и может найти применение для дезактивации поверхностей отходов свинца, углеродистых и нержавеющих сталей, образующихся при ремонте и демонтаже оборудования радиохимических лабораторий и производств, а также для очистки металлических поверхностей от продуктов коррозии и органических загрязнений, таких как сажа и смазочные материалы.
Известна установка для электрохимической дезактивации металлических поверхностей, выбранная в качестве прототипа [1], - Заявка 2010142626 от 19.10.2010. Установка для электрохимической дезактивации металлических поверхностей, включающая катодное устройство, выполненное из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, в виде прямоугольного герметичного полого корпуса, основанием которого является прямоугольный фланец из нержавеющей стали, с внешней стороны которого герметично закреплена резиновая прокладка, соединенное токоподводом с отрицательным полюсом источника тока, токоподвод к обрабатываемой поверхности, соединенный с положительным полюсом источника тока, емкость для электролита, насос, сборник электролита, служащий для накопления и возврата электролита в емкость для электролита, причем все элементы установки смонтированы на подвижной платформе, в прямоугольном герметичном полом корпусе катодного устройства расположен, по крайней мере, один штуцер для подачи электролита из емкости для электролита и штуцер для вакуумирования прямоугольного герметичного полого корпуса катодного устройства, удаления шлама и электролита, при этом штуцер для подачи электролита из емкости для электролита соединен с емкостью для электролита с помощью шланга для подачи электролита из емкости для электролита, в котором установлен шаровой кран и ротаметр для измерения расхода жидкости, а штуцер для вакуумирования прямоугольного герметичного полого корпуса катодного устройства, удаления шлама и электролита соединен со сборником электролита, служащим для накопления и возврата электролита в емкость для электролита, с помощью вакуумного шланга через шаровой кран; шланг для подачи электролита из емкости для электролита и вакуумный шланг соединены между собой с помощью шланга для сбора электролита с дезактивируемой поверхности и двух трехходовых штуцеров через шаровой кран; кроме того, сборник электролита, служащий для накопления и возврата электролита в емкость для электролита, представляет собой герметичную емкость из нержавеющей стали, соединенную со штуцером для вакуумирования прямоугольного герметичного полого корпуса катодного устройства, удаления шлама и электролита с помощью вакуумного шланга, и соединен с помощью вакуумных шлангов с насосом через последовательно расположенные брызгоотделитель и фильтр тонкой очистки воздуха, причем в качестве насоса используется вакуумный насос; сборник электролита, служащий для накопления и возврата электролита в емкость для электролита, оснащен в нижней части шаровым краном для слива шлама и уровнемером; брызгоотделитель выполнен в виде герметичной емкости из нержавеющей стали, в верхней части которой установлен вакуумметр.
Недостатком данной установки является жесткая конструкция катодного устройства, не позволяющая плотно прижимать резиновую прокладку к изогнутой дезактивируемой поверхности и создать разрежение в катодном устройстве, тем самым не позволяя провести дезактивацию изогнутой поверхности.
Технический результат заявляемой установки для электрохимической дезактивации металлических поверхностей выражается в возможности дезактивировать изогнутые поверхности.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагается установка для электрохимической дезактивации загрязненных металлических поверхностей, включающая катодное устройство, выполненное из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, соединенное токоподводом с отрицательным полюсом источника тока, токоподвод к обрабатываемой поверхности, соединенный с положительным полюсом источника тока, емкость для электролита, вакуумный насос, сборник электролита, служащий для накопления и возврата электролита в емкость для электролита; по крайней мере, один штуцер для подачи электролита из емкости для электролита, и штуцер для вакуумирования катодного устройства, удаления шлама и электролита, при этом штуцер для подачи электролита из емкости для электролита соединен с емкостью для электролита с помощью шланга для подачи электролита из емкости для электролита, в котором установлен шаровой кран и ротаметр для измерения расхода жидкости, а штуцер для вакуумирования катодного устройства, удаления шлама и электролита соединен со сборником электролита, служащим для накопления и возврата электролита в емкость для электролита, с помощью вакуумного шланга через шаровой кран; шланг подачи электролита из емкости для электролита и вакуумный шланг соединены между собой с помощью шланга для сбора электролита с дезактивируемой поверхности и двух трехходовых штуцеров через шаровой кран; кроме того, сборник электролита, служащий для накопления и возврата электролита в емкость для электролита, представляет собой герметичную емкость из нержавеющей стали, соединенную со штуцером для вакуумирования катодного устройства, удаления шлама и электролита с помощью вакуумного шланга, и соединен с помощью вакуумных шлангов с вакуумным насосом через последовательно расположенные брызгоотделитель и фильтр тонкой очистки воздуха; сборник электролита, служащий для накопления и возврата электролита в емкость для электролита, оснащен в нижней части шаровым краном для слива шлама и уровнемером; брызгоотделитель выполнен в виде герметичной емкости из нержавеющей стали, в верхней части которой установлен вакуумметр, причем все элементы установки смонтированы на подвижной платформе, при этом катодное устройство из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, выполнено в виде сетки, расположенной между листом резины и сеткой из гибкого коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капрона, при этом поверхность листа резины перекрывает поверхность сетки из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, и поверхность сетки из гибкого коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капрона, а поверхность сетки из гибкого коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капрона, перекрывает поверхность сетки из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали; штуцер для вакуумирования катодного устройства, удаления шлама и электролита, основанием которого является фланец из нержавеющей стали, прикрепленный механически, например, с помощью гайки и шайбы к листу резины и сетке из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали; по крайней мере, один штуцер для подачи электролита из емкости для электролита, основанием которого является фланец из нержавеющей стали, прикрепленный механически, например, с помощью гайки и шайбы к листу резины, а сетка из гибкого коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капрона, прикреплена к сетке из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, с помощью коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капронового шнура.
Отличительными признаками предлагаемой установки для электрохимической дезактивации металлических поверхностей является то, что катодное устройство из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, выполнено в виде сетки, расположенной между листом резины и сеткой из гибкого коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капрона, при этом поверхность листа резины перекрывает поверхность сетки из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, и поверхность сетки из гибкого коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капрона, а поверхность сетки из гибкого коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капрона, перекрывает поверхность сетки из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали; штуцер для вакуумирования катодного устройства, удаления шлама и электролита, основанием которого является фланец из нержавеющей стали, прикрепленный механически, например, с помощью гайки и шайбы к листу резины и сетке из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали; по крайней мере, один штуцер для подачи электролита из емкости для электролита, основанием которого является фланец из нержавеющей стали, прикрепленный механически, например, с помощью гайки и шайбы к листу резины, а сетка из гибкого коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капрона, прикреплена к сетке из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, с помощью коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капронового шнура.
Сетка, выполненная из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, являющаяся катодом, придает гибкость катодному устройству, сохраняя при этом его жесткость, обеспечивая при этом свободный поток электролита и шлама по дезактивируемой поверхности от штуцера для подачи электролита из емкости для электролита до штуцера для вакуумирования катодного устройства, удаления шлама и электролита. Лист резины, перекрывающий поверхность сетки из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, и поверхность сетки из гибкого коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капрона, обеспечивает герметичность процесса дезактивации, а также возможность вакуумирования катодного устройства. Сетка из гибкого коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капрона, перекрывающая поверхность сетки из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, обеспечивает электрическую изоляцию между сеткой из коррозионно-стойкого проводящего электрический ток материала, например нержавеющей стали, и дезактивируемой поверхностью, сохраняя при этом свободное омывание дезактивируемой поверхности электролитом. Дополнительную жесткость и герметичность катодному устройству придают шайбы и гайки, с помощью которых осуществляется механическое крепление штуцера для вакуумирования катодного устройства, удаления шлама и электролита и штуцера для подачи электролита из емкости для электролита, а также фланцы, являющиеся основаниями для штуцера для вакуумирования катодного устройства, удаления шлама и электролита и штуцера для подачи электролита из емкости для электролита. Сетка из гибкого коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капрона, крепится к сетке из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, с помощью коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капронового шнура, предотвращая их смещение относительно друг друга. Все перечисленные существенные признаки позволяют герметично прилегать катодному устройству к изогнутым дезактивируемым поверхностям.
Заявленная установка иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2.
На фиг.1 схематично представлена установка в целом.
На фиг.2 схематично представлено изображение катодного устройства.
Заявляемая установка содержит:
Источник электрического тока 1, емкость для электролита 2, сборник электролита 3, служащий для накопления и возврата электролита в емкость для электролита, брызгоотделитель 4, фильтр тонкой очистки воздуха 5, вакуумный насос 6, шаровые краны 7-10, вакуумметр 11, ротаметр для измерения расхода жидкости 12, уровнемер 13, подвижную платформу 14, токоподвод с положительным полюсом источника тока 15, токоподвод с отрицательным полюсом источника тока 16, шланг 17 для подачи электролита из емкости для электролита 2, вакуумные шланги 18-21, трехходовые штуцера 22 и 23, шланг 24 для сбора электролита с дезактивируемой поверхности, катодное устройство 25, включающее в себя сетку 26 из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, лист резины 27, сетку 28 из гибкого коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капрона, штуцер 29 для вакуумирования катодного устройства 25, удаления шлама и электролита, основанием которого является фланец 30 из нержавеющей стали, прикрепленный с помощью гайки 31 и шайбы 32 к листу резины 27 и сетке 26 из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, штуцер 33 для подачи электролита из емкости для электролита 2, основанием которого является фланец 34 из нержавеющей стали, прикрепленный с помощью гайки 35 и шайбы 36 к листу резины 27, коррозионно-стойкий непроводящий электрический ток материал 37, например капроновый шнур, с помощью которого скреплены между собой сетка 26 из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, и сетка 28 из гибкого коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капрона.
Установка работает следующим образом.
Установку с помощью подвижной платформы 14 подводят к дезактивируемой поверхности. Токоподвод с положительным полюсом источника тока 15 механически закрепляют к дезактивируемой поверхности. Токоподвод с отрицательным полюсом источника тока 16 механически крепят к штуцеру 29 для вакуумирования катодного устройства 25, удаления шлама и электролита. При закрытых шаровых кранах 7-10 с помощью вакуумного насоса 6 откачивают воздух из сборника электролита 3, служащего для накопления и возврата электролита в емкость для электролита, брызгоотделителя 4, фильтра тонкой очистки воздуха 5 и вакуумных шлангов 18-21 до -0,8 атм. Глубину вакуума контролируют с помощью вакуумметра 11. Максимально плотно прикладывают катодное устройство 25 сеткой 28 из гибкого коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала, например капрона, прикрепленной к сетке 26 из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, с помощью коррозионно-стойкого непроводящего электрический ток материала 37, например капронового шнура, и краями листа резины 27 к дезактивируемой поверхности, не допуская при этом прямого контакта сетки 26 из коррозионно-стойкого токопроводящего материала, например нержавеющей стали, с дезактивируемой поверхностью. Открывают шаровой кран 9, подключающий катодное устройство 25 через штуцер 29 для вакуумирования катодного устройства 25, удаления шлама и электролита к сборнику электролита 3, служащему для накопления и возврата электролита в емкость для электролита вакуумным шлангом 18, в результате чего в катодном устройстве 25 создается разрежение, обеспечивающее надежное удержание катодного устройства 25 на дезактивируемой поверхности. Герметичность крепления штуцера 29 для вакуумирования катодного устройства 25, удаления шлама и электролита, основанием которого является фланец 30 из нержавеющей стали, обеспечивается с помощью гайки 31 и шайбы 32. Герметичность крепления штуцера 33 для подачи электролита из емкости для электролита 2, основанием которого является фланец 34 из нержавеющей стали, осуществляется с помощью гайки 35 и шайбы 36. Нормальную бесперебойную работу вакуумного насоса 6 обеспечивают брызгоотделитель 4, предотвращающий попадание брызг электролита в вакуумный насос, и фильтр тонкой очистки воздуха 5, очищающий воздух перед вакуумным насосом 6 от твердых мелкодисперсных частиц. Сообщение между сборником электролита, служащим для накопления и возврата электролита в емкость для электролита 3, брызгоотделителем 4, фильтром тонкой очистки воздуха 5 и вакуумным насосом 6 осуществляется с помощью вакуумных шлангов 19-21.
Открывают шаровой кран 7 и в катодное устройство 25 через шланг 17 для подачи электролита из емкости для электролита 2, ротаметр для измерения расхода жидкости 12, трехходовой штуцер 23 и штуцер 33 для подачи электролита из емкости для электролита 2 аспирационно подается электролит. Расход электролита регулируют шаровым краном 7. Контроль за расходом электролита осуществляют по показанию ротаметра для измерения расхода жидкости 12. Включают источник постоянного электрического тока 1. Между дезактивируемой поверхностью и катодным устройством 25 возникает разность потенциалов, в результате чего происходит электрохимическое окисление дезактивируемой поверхности с переходом продуктов электрохимической реакции в электролит. Электролит вместе с травильным шламом (гидроксидами металлов с соосажденными и адсорбированными радионуклидами) в течение всего цикла дезактивации удаляется из катодного устройства 25 по вакуумному шлангу 18 через штуцер 29 для вакуумирования прямоугольного катодного устройства 25 и трехходовой штуцер 22 в сборник электролита, служащий для накопления и возврата электролита в емкость для электролита 3. Степень наполнения сборника электролита, служащего для накопления и возврата электролита в емкость для электролита 3, контролируется с помощью уровнемера 13. После наполнения электролитом сборника электролита, служащего для накопления и возврата электролита в емкость для электролита 3 для удаления остатков электролита из катодного устройства 25 через штуцер 33 для подачи электролита из емкости для электролита 2, шланг для подачи электролита из емкости для электролита 17, трехходовой штуцер 23, шланг 24 для сбора электролита с дезактивируемой поверхности, трехходовой штуцер 22 и вакуумный шланг 18, закрывают шаровые краны 7 и 9 и открывают шаровой кран 8, при этом электролит, оставшийся в катодном устройстве 25, полностью удаляется в сборник электролита 3, служащий для накопления и возврата электролита в емкость для электролита. Выключают вакуумный насос 6. Через некоторое время давление в катодном устройстве 25 выравнивается с давлением окружающей среды и происходит отсоединение катодного устройства 25 от дезактивируемой поверхности. Электролит вместе со шламом отстаивается в сборнике электролита 3, служащим для накопления и возврата электролита в емкость для электролита, после чего шлам удаляют через шаровой кран 10. Оставшийся электролит в сборнике электролита 3, служащем для накопления и возврата электролита в емкость для электролита, переливают в емкость для электролита 2 для повторного использования.
Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемая установка для электрохимической дезактивации металлических поверхностей позволяет дезактивировать изогнутые поверхности.
Заявляемая установка для электрохимической дезактивации металлических поверхностей прошла испытания в лабораторных условиях на реально загрязненных объектах на предприятии ГУП МосНПО «Радон» и показала положительные результаты по безопасной дезактивации изогнутых металлических поверхностей с различной степенью и характером загрязнения.
2
Испытания заявляемой установки проводились на реальных отходах нержавеющей стали с изогнутой поверхностью. Плотность постоянного тока 10-15 А/дм. Глубина вакуума -0,6 атм. Результаты испытаний, приведены в таблице.
Таблица
Результаты электрохимической дезактивации нержавеющей стали с изогнутой поверхностью
№ образца
Время обработки, мин
Уровень загрязнения, α-частиц/(см<sup>2</sup>*мин) до/ после обработки
1
15
100/1
2
10
108/5
3
15
250/0
Из данных, приведенных в таблице, следует, что с помощью установки для электрохимической дезактивации металлических поверхностей возможна очистка реально загрязненных изогнутых поверхностей с высокой степенью загрязнения до фоновых значений или близких к ним. Коэффициент дезактивации в зависимости от времени обработки может достигать значения до 250 и выше. Заявляемую установку для электрохимической дезактивации металлических поверхностей возможно собрать в мобильном варианте на базе автомобиля. Для изготовления установки для электрохимической дезактивации металлических поверхностей достаточно обычного промышленного оборудования.