СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВЫБРОСОВ ПРИ АВАРИИ АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ НА ПЛАВАТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВАХ
SYSTEM FOR AUTOMATIC CONTROL AND REGULATION OF ENVIRONMENTAL SAFETY OF EMISSIONS IN CASE OF NUCLEAR REACTOR ACCIDENTS ON FLOATING CRAFTS

Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования экологической безопасности выбросов высокотемпературных газов, водяного пара с дисперсным материалом и радиоактивной пылью при аварии атомного реактора на плавательных средствах (атомные подводные лодки, атомные ледоколы).
На существующих атомных электростанциях в случае аварии атомного реактора предусмотрена система охлаждения и заливки их водой.
Однако данная система малоэффективна, кроме этого она 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: устройство для сбора газов с сажей - приемную трубу с сажеотделителем для отделения дисперсного материала.
Однако эта система полностью не обеспечивает безопасность радиационных выбросов, так как в сажеуловителях применяется вода, не обладающая дезактивирующими свойствами.
Задачей предлагаемого изобретения является простота, 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 автоматического управления и регулирования экологической безопасности выбросов радиоактивных высокотемпературных газов, водяного пара с дисперсным материалом и радиоактивной пылью при аварии атомных реакторов согласно изобретению имеются:
а) устройство для дезактивации - полочный скруббер невысокой полочной колонны около 6 м с дезактивирующей жидкостью - 0,5% водным раствором серной кислоты;
б) устройство для сбора высокотемпературного радиоактивного газа, водяного пара и радиоактивной пыли - металлический кожух безопасности, выполненный из листовой стали Х18Н10Т толщиной 10 мм, который для полной безопасности окружающей среды в случае аварии обрамляет реактор так, что своей нижней частью надежно крепится сваркой к раме фундамента реактора, а верхней конусной частью соединяется через регулирующий клапан с линией сброса из металлического кожуха в нижнюю часть полочного скруббера;
в) горизонтальный контактор для нейтрализации кислых комплексных урановых соединений из нижней части полочного скруббера;
г) блок контроля за аварийной работой атомного реактора с датчиками температуры и давления и регулирующими клапанами:
на линии сброса из металлического кожуха безопасности в нижнюю часть полочного скруббера;
на линии подачи орошения в верхнюю часть полочного скруббера;
на линии подачи водяного пара в паровой трубчатый испаритель водного раствора серной кислоты в нижнюю часть скруббера;
д) для уменьшения габаритов устройства по высоте полочный скруббер типа полочной колонны выполняется небольшой высоты около 6 м, нижняя часть которой служит емкостью для сбора используемого раствора серной кислоты, которая повторно после анализов частично используется вместе с чистым 0,5% раствором серной кислоты для орошения полочного скруббера, который оснащен четырьмя решетчатыми тарелками провального типа, представляющими собой стальной лист из Х18Н10Т толщиной 8-10 мм со щелями прямоугольной формы, где происходит барботаж паровой и газовой фазы по всему сечению скруббера, а жидкая фаза - 0,5% водный раствор серной кислоты, который подается насосом из специальной емкости в верхнюю часть этого скруббера в виде орошения; в нижней части имеется паровой трубчатый испаритель для испарения водного раствора серной кислоты с подачей водяного пара через регулирующий клапан.
2
4
3
4-
При подаче дезактивирующей жидкости на верхнюю часть полочного скруббера происходит по сечению скруббера не только смыв с поверхности дисперсного материала урановых соединений, но и более полная реакция урановых соединений с водным раствором 0,5% серной кислоты с образованием кислых урановых соединений состава [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).
2
4
3
4-
Для улучшения нейтрализации кислых урановых растворов, содержащих [UO(SO)] с водным раствором щелочи NaOH, и для уменьшения площади предлагаемой системы реакция происходит в горизонтальном контакторе с пропеллерным насосом, перемешивание осуществляется пропеллерным насосом, где в качестве привода служит паровая турбина, возможно также применение электропривода, время пребывания фаз в реакторе 5-10 мин, тепло реакции снимается водой, подаваемой в U-образные трубки, которые помещаются внутри аппарата контактора.
4
Образующаяся при реакции кислых урановых соединений с водным раствором NaOH гидроокись урана состава U(OH) подается после контактора для отделения дисперсной фазы на барабанный вакуум-фильтр, на котором происходят сушка и концентрирование с последующим удалением ножом-пластиной ее с поверхности барабана и подачей шнеком в просвинцованные резиновые мешки с загрузкой их в барабанные контейнеры для отправки на производство элементов урана, а жидкая фаза с барабанного вакуум-фильтра закачивается в бронированные контейнеры и отправляется за пределы производства для их утилизации.
С целью простоты автоматизации она содержит электропускатели насосов, которые связаны с блоком контроля за аварийной работой атомного реактора.
На чертеже представлена схема системы автоматического управления и регулирования экологической безопасности выбросов при аварии атомных реакторов на плавательных средствах.
Система содержит блок 1 контроля над аварийной работой атомного реактора 2 с датчиками температуры и давления и регулирующими клапанами: клапан 3 на линии сброса из металлического кожуха 4 безопасности вниз полочного скруббера 5; клапан 6 на линии подачи орошения в верхнюю часть полочного скруббера 5; клапан 7 на линии подачи водяного пара в паровой трубчатый испаритель 8 водного раствора серной кислоты в нижней части скруббера 5.
Система имеет устройство:
а) для дезактивации - полочный скруббер 5 с дезактивирующей жидкостью - 0,5% водным раствором серной кислоты, которая подается наверх полочного скруббера 5 из специальной емкости 9, скруббер 5 оснащен четырьмя тарелками провального типа;
б) устройство для сбора высокотемпературного радиоактивного газа, водяного пара и радиоактивной пыли - металлический кожух 4 безопасности, выполненный из листовой стали Х18Н10Т, который обрамляет реактор 2 так, что своей нижней частью надежно крепится сваркой к раме фундамента реактора, а верхней (конусной) частью соединяется через регулирующий клапан 3 с линией сброса из металлического кожуха 4 в нижнюю часть полочного скруббера 5;
2
4
3
4
4-
в) горизонтальный контактор 10 для нейтрализации кислых комплексных урановых соединений типа [UO(SO)], из низа полочного скруббера 5 в горизонтальный контактор 10 для перемешивания пропеллерным насосом 11 с водным раствором щелочи NaOH, подаваемой насосом 12 из специальной емкости 13, тепло реакции снимается водой, подаваемой в U-образные трубки 14, которые помещаются внутри аппарата контактора 10. При этом образуется гидроокись урана типа U(OH), которая подается на барабанный вакуум-фильтр 15 насосом 16;
г) барабанный вакуум-фильтр 15 для отделения дисперсной фазы ножом-пластиной 17 с поверхности барабана и подается шнеком 18 в просвинцованные резиновые мешки 19 с загрузкой их в барабанные контейнеры для отправки на производство элементов урана за пределы системы.
4
В случае аварии атомного реактора 2 сигналы повышения температуры и давления поступают на блок 1 контроля за работой атомного реактора, а из него на открытие регулирующих клапанов: клапана 3 на линии сброса из металлического кожуха 4 безопасности в нижнюю часть полочного скруббера 5; клапана 6 на линии подачи орошения наверх полочного скруббера 5; клапана 7 на линии подачи водяного пара в паровой трубчатый испаритель 8 водного раствора серной кислоты в нижнюю часть скруббера 5. Кислые урановые соединения в нижней части полочного скруббера 5 подаются для нейтрализации в горизонтальный контактор 10, туда же подается для нейтрализации водный раствор щелочи NaOH из специальной емкости 13. Перемешивание осуществляется пропеллерным насосом 11, где в качестве привода служит паровая турбина 20, возможно также применение электропривода. После перемешивания образуется гидроокись урана состава U(OH), которая подается для отделения дисперсной фазы на барабанный вакуум-фильтр 15 с последующим ее снятием ножом-пластиной 17 и подачей шнеком 18 в просвинцованные резиновые мешки 19 с загрузкой их в барабанные контейнеры и вывозом на утилизацию или извлечение элементов урана.
Техническим результатом предложенной системы является высокая надежность работы системы при аварии атомного реактора с выбросом высокотемпературных газов и водяного пара с радиоактивной пылью в атмосферу.