УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА
AIR TREATMENT FACILITY

Изобретение относится к области ликвидации последствий аварий и может быть использовано, в частности, для оперативной ликвидации последствий аварий на объектах ядерно-топливного комплекса или на опасных химических производствах, может размещаться в штольне-лаборатории для проведения опытов во взрывозащитных камерах или в технологических помещениях стартовых космических или боевых комплексов.
Известно устройство для тушения пожара и очистки газовой среды от дыма и токсичных газов внутри герметичного помещения (п. РФ №2026121, В08В 15/00, опубл. 09.01.95.). Это устройство для транспортировки с места хранения, доставки в отдельное закрытое помещение, очистки от дыма и токсичных веществ, особенно оксида углерода, представляет собой передвижную тележку на "воздушной подушке" с газоочистительным агрегатом, включающим мокрые фильтры, нагреватель газа с гопкалитовым патроном или другим катализатором доокисления CO, озонатором, вентилятором, пенным охладителем и энергообеспечением по гибкому кабелю, причем средства подачи применяемых растворов могут быть соединены системой подающих и сливных трубопроводов с резервными источниками питания. Устройство содержит откачивающий и нагнетающий газоводы, средство управления, датчики давления и температуры. Фильтры и катализатор доокисления CO соединены между собой трубопроводами с возможностью переключения через байпас.
Недостатками данной конструкции являются:
- отсутствие средств контроля за содержанием вредных веществ в помещении, где проводится очистка;
- недостаточно эффективная очистка воздуха от радиоактивных веществ;
- недостаточное обеспечение набором фильтров, которые необходимы для удаления различных фракций токсичных веществ, например, при авариях, сопровождаемых пожарами с выбросами паров соляной кислоты;
- средство управления в устройстве работает только в ручном режиме, что также снижает вероятность эффективной очистки воздуха из-за наличия человеческого фактора и уменьшает безопасность проведения работ в связи с присутствием оператора на месте аварии.
В качестве прототипа выбрана передвижная установка для очистки воздуха в закрытых помещениях после аварий (п. РФ №2232439, G21F 9/02, опубл. 27.12.2002.), содержащая средство управления, откачивающий и нагнетающий газоводы, блоки очистки газов от токсичных веществ и аэрозольных частиц, соединенные между собой трубопроводами с возможностью переключения через байпас, вентиляторный блок, трубопроводную арматуру, датчики давления и температуры. Кроме того, в установку введены блоки контроля влажности, расхода газовой среды, концентрации и дисперсности, содержащихся в газовой среде α-, β-, γ-радиактивных аэрозолей, контроля объемной концентрации оксида углерода, радиоактивного йода, паров соляной кислоты, трития и установлены на входе и выходе откачивающего и нагнетающего газоводов. При этом датчики температуры и давления установлены в этих блоках, а также в установку введены блок осаждения трития, блок осушки, блок очистки газового потока от паров соляной кислоты, блок очистки газового потока от радиоактивного йода.
Недостатком данной установки является недостаточная скорость и чистота откачки радиоактивных и токсичных веществ, а также обязательное присутствие источника энергии, что не во всех ситуациях возможно.
Технической задачей изобретения является обеспечение быстрого, экономичного и эффективного процесса откачки, локализации и утилизации опасных веществ - продуктов взрыва преимущественно из крупных замкнутых объектов при самовозгорании или проведении в них или в непосредственной близости с ними процессов различной природы, например химических.
Задача решается тем, что в установку для очистки воздуха, преимущественно в закрытых помещениях, после аварий, в основном, на объектах ядерного и химического комплекса, содержащую систему управления, блоки радиационного и газового контроля, последовательно установленные системы очистки газов от крупнодисперсных и мелкодисперсных аэрозольных частиц, датчики давления и температуры, введена система пожаротушения и флегматизации горящих частиц. Система очистки газов от крупнодисперсных частиц представляет собой вакуумную систему откачки, соединенную с фильтром грубой очистки и соединенного в свою очередь с модулем-накопителем, содержащим последовательно расположенные, по крайней мере, две вымораживающие секции, каждая из которых снабжена теплообменными поверхностями с разным температурным уровнем в зависимости от температуры кипения поступающих токсичных и/или радиоактивных газов и паров, при этом система очистки газов от мелкодисперсных частиц установлена после модуля-накопителя и представляет собой последовательно установленные криоконденсационный и криосорбционный насосы.
Система пожаротушения и флегматизации частиц представляет собой криогенную емкость с жидким азотом, снабженную клапаном, установленную в отдельном боксе и соединенную с аварийным помещением посредством трубопровода с раструбом на конце и параллельно подсоединенным к криогенной емкости змеевиковым теплообменником с автоматическим термоклапаном. Вакуумная система откачки представляет собой вакуумный эжекторный насос. Вакуумная система откачки представляет собой водокольцевой насос. Установка может быть снабжена датчиком прозрачности окружающей среды. Установка может быть установлена на шасси транспортного средства. Блоки системы очистки могут быть размещены в автономном помещении.
Криоконденсационный и криосорбционные способы локализации продуктов взрыва являются наиболее приемлемыми для обеспечения максимальной быстроты откачки загрязненной атмосферы, автономности, надежности, автоматического подключения устройства сразу же после возникновения аварийной ситуации и мгновенного выхода на рабочий режим. Крионасосы эффективны в условиях полного отсутствия электроэнергии и при начальном давлении, равном атмосферному давлению в вакуумируемом объеме. При таком способе вакуумирования, например, замкнутого объема обеспечивается полное удаление паров и примесей рабочих веществ.
Действие криопанелей основано на физических явлениях, происходящих при низких температурах, а именно:
- конденсации газов на охлаждаемых металлических поверхностях (крио-конденсационные панели);
- адсорбции газов на твердых охлажденных адсорбентах (криоадсорбционные панели);
- адсорбции газов на слое предварительно сконденсированного вспомогательного легкоконденсируемого газа (конденсационно-адсорбционные панели);
- совместной одновременной конденсации откачиваемого газа и вспомогательного легкоконденсируемого газа (криозахватные панели).
Быстрота откачки, в основном, определяется размерами криопанели, а следовательно, и энергозатратами на ее охлаждение.
На чертеже приведена схема установки для очистки воздуха. Рассмотрим пример конкретного выполнения установки, размещенной в технологическом помещении для проведения опытов в ВЗК (взрывозащитная камера).
В боксе 1 размещены ВЗК 2, датчики давления 3 и температуры 4, датчик радиационного 5 и газового контроля 6. Бокс 1 также снабжен клапаном 7 напуска атмосферного воздуха, датчиком прозрачности окружающей среды 8, системой пожаротушения и флегматизации частиц, представляющей собой криогенную емкость 9 с жидким азотом, снабженную клапаном 10 и параллельно установленным змеевиковым теплообменником 11 с автоматическим термоклапаном 12 и соединенную с боксом 1 посредством трубопровода 13 с раструбом на конце. В технологическом боксе 1 установлены последовательно эжекторный насос 15, фильтр грубой очистки 16, модуль-накопитель 17, содержащий последовательно расположенные, по крайней мере, две вымораживающие секции, каждая из которых снабжена теплообменными поверхностями с разным температурным уровнем в зависимости от температуры кипения поступающих токсичных и/или радиоактивных газов и паров (в нашем случае криптоновая панель 18 и ксеноновая панель 19), систему очистки газов от мелкодисперсных частиц, представляющая собой последовательно установленные криоконденсационный 20 и криосорбционный 21 насосы. Технологический бокс 14 снабжен емкостью с жидким азотом 22, соединенной с модулем-накопителем 17 и криоконденсационным 20 и криосорбционным 21 насосами. Между боксами 1 и 14 размещены отсечные затворы 23 и 24, первый из которых связан с эжекторным насосом 15, а второй - с криосорбционным насосом 21. Фильтр грубой очистки 16 выполнен в виде емкости, заполненной жидкостью, внутри которой последовательно установлены сетки с разным размером ячеек от крупных до более мелких.
Работает устройство следующим образом.
В случае разрушения ВЗК 2 срабатывают датчики, находящиеся в боксе 1. При этом они передают сигнал на открытие клапанов 12 для подачи азота на газификацию в теплообменнике 11 и «выдавливание» криогенного азота с необходимой интенсивностью через магистраль и клапан 10 в бокс 1, при этом происходит флегматизация горящих частиц. Тем самым обеспечивается снижение степени генерации наноразмерных частиц (НРЧ) и, следовательно, снижается вероятность утечки НРЧ в атмосферу или в грунт. Кроме того, использование жидкого азота позволяет произвести эффективную очистку («полоскание») стенок бокса 1. Далее открывается отсечной затвор 23, вступает в работу эжекторный насос 15, который позволяет откачивать радиоактивные и токсичные газы, содержащие пары, капельную жидкость, твердые инородные частицы и транспортировать их к фильтру грубой очистки 16. После этого производится более тонкая очистка. Для этого газовая смесь проходит через модуль-накопитель 17, содержащий две вымораживающие секции, одна 18 из которых снабжена теплообменными поверхностями для температурного уровня, равного температуре ксенона, а вторая 19 снабжена теплообменными поверхностями для температурного уровня, равного температуре криптона. Секций может быть больше в зависимости от необходимости очистки от других компонентов. Для дальнейшей очистки газов от мелкодисперсных частиц установлены криоконденсационный 20 и криосорбционный 21 насосы, после чего очищенная воздушно-водородная смесь выводится в бокс 1. Датчики в боксе 1 фиксируют полученные после очистки данные с заданными показателями, и при их соответствии срабатывает клапан 7 напуска атмосферного воздуха.
Криоконденсационный и криосорбционный способы локализации продуктов взрыва являются наиболее приемлемыми для обеспечения максимальной быстроты откачки загрязненной атмосферы, автономности, надежности, автоматического подключения устройства сразу же после возникновения аварийной ситуации и мгновенного выхода на рабочий режим.
Следует отметить, что вышеописанная установка - один из вариантов возможности ее использования. Она может быть использована в качестве передвижной станции, и качестве очистки воздуха при пожарах, при авариях на химических производствах и т.п.