Дезактивация оборудования АЭС - Лекции

1

ДЕЗАКТИВАЦИЯ АЭС

2010 МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ К КУРСУ ЛЕКЦИЙ ЛЕКЦИЯ 1. РАДИОАКТИВНОСТЬ. ПОЛЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕ-НИЯ Таблица 1.1. Характеристики поля излучения

Наименование величины Обозначение

Единицы по Междуна-родной сис-

теме

Внесистемные еди-ницы

Флюенс частиц Ф частиц/м2 частиц/см2 Поток частиц ϕ частиц/сек частиц/сек

Плотность потока частиц J частиц/ (м2сек) частиц/ (см2 -сек)

Поток энергии излучения F дж/м2 эрг/см2 Интенсивность излучения

(плотность потока энергии) I вт/м2 эрг/(см2•сек)

Мощность источника W дж/сек (вт) эрг/сек Ф =ΔN /ΔS (1.1) ϕ =ΔN /Δt (1.2) J = ϕ /ΔS =ΔN /(ΔSΔt) (1.3) F = ΔE / ΔS (1.4) I = F/Δt = ΔE/(ΔSΔt) (1.5) W = ΔE/ Δt (1.6) ΔE = Σε1 – Σε2 + ΣQ1 – ΣQ2 (1.7)

Поглощенная доза

dmdEDП

= (1.8)

где dE ⎯ средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, нахо-дящемуся в элементарном объеме, a dm ⎯ масса вещества в этом объеме. X=dQ/dm (1.19)

Рисунок 1.1 – К определению рентгена

Линейная передача энергии (ЛПЭ) заряженных частиц в среде LΔ определяется отношением LΔ =(dE/dl)Δ (1.10) где dE − средние энергетические потери, обусловленные такими столкновениями на пути dl, при которых переданная энергия меньше заданного значения Δ. эквивалентная доза ⎯ поглощенная доза в органе или ткани (биологической), ум-ноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излу-чения, WR:

WDD RПЭ= (1.11)

где DП. - средняя поглощенная доза в органе или ткани, a WR -взвешивающий коэф-фициент для излучения R. Таблица 1.2. Единицы экспозиционной дозы и пересчет из одних единиц в дру-

гие Наименование Обозначе-

ние Формула Значение Ед. измерения

Заряд электрона e 4,80E-10 СГСЭ Вес 1 см3 воздуха при 0 оС и 760 мм рт ст ρ0возд 1,29E-03 г/см3

1 Р в 1 см3 воздуха nV 2,08E+09 пар-ионов/см3 1 Р в 1 г воздуха nM nV/ρ0возд 1,61E+12 пар-ионов/г Средняя энергия ионообразования ε 34 эВ 1 эВ keV 1,60E-12 эрг 1 кулон kul 3,00E+09 СГСЭ 1 кулон/кг 1/ Dkkg 3,879E+03 P 1 P Dg 1/ρ0возд 7,734E+02 СГСЭ/г 1 P Dkkg 103Dg/kul 2,58E-04 к/кг 1 Р Dmev nV*ε*10-6 7,083E+04 МэВ/см3 Dэрг Dmev* keV*106 1,133E-01 эрг/cм3 Энергетический эквивалент 1 рент-гена Dпmev nM*ε*10-6 5,478E+07 МэВ/г

Dпэрг Dпmev* keV*106 87,651 эрг/г 1 Р Dпрад Dпэрг/100 0,877 рад

Таблица 1.3. Единицы дозы и мощности дозы

Наименование величины Обозна- чение

Единицы по Меж-дународной систе-ме

Внесистемные еди-ницы

Соотношения меж-ду единицами изме-рения

Поглощенная доза излучения Dпогл Гр (дж/кг) рад (1 рад=100 эрг/г)

1 Гр=100 рад

Экспозиционная доза рентгенов-ского и γ-излучений Dэксп к/кг Р=1СГСЭ/1,293.10-3

г 1=2,58.10-4 к/кг

Эквивалентная (эффективная) доза Dэкв Зв бэр 1 Зв=100 бэр

Мощность поглощенной дозы излучения Рпогл вт /кг рад /с 1 рад/с = 10-2 Гр/с

Мощность экспозиционной дозы Рэксп

А/кг Р/с 1 Р/с = 2,58.10-4 А/кг

Гамма-эквивалент препарата W мг-экв Ra

Вторичныеэлектроны

γ-кванты

1,293.10-3 г/см3

воздуха

Вторичныеэлектроны

γ-кванты

1,293.10-3 г/см3

воздуха

UARodion Internet

Text Box

Дезактивация оборудования АЭС Ядерный энергетический институт (филиал С.Пб ГПУ, Сосновый бор) 2010

2

Таблица 1.4 Зависимость коэффициента качества КК от ЛПЭ [7] ЛПЭ, кэВ/мкм воды 3,5 или меньше 7 23 53 175 Коэффициент качества КК 1 2 5 10 20

Таблица 1.5 Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения [1] Виды излучения Энергия WR Фотонное излучение любых энергий - 1 Электроны, позитроны и мюоны любых энергий - 1 Нейтроны < 10 кэВ 5 Нейтроны 10-100 кэВ 10 Нейтроны 100 кэВ – 2 МэВ 20 Нейтроны 2-10 МэВ 10 Нейтроны > 20 МэВ 5 Протоны с энергией более 2 МэВ, кроме протонов отдачи 10 Альфа-частицы, тяжелые ядра отдачи, осколки деления 20

Закон радиоактивного распада dN = − λNdt (1.12)

eNN t

0

λ−= (1.13)

eeNN t

0

Tt6930

21

λ−− ==,

(1.14)

NeNAdtdN t

0 λλ −=−== λ= (1.15)

τ=1/λ= T1/2/0,693 (1.16) N=3,7.1010τ=3,7.1010/l=3,7.1010 T1/2/0,693 (1.17) Общее количество радиоактивного вещества в граммах Q, дающего активность ве-щества в 1 кюри, будет равно Q = N*(A/L0) (1.18) где А − атомная масса данного радионуклида, г; L0 − число Авогадро; A/L0 − масса одного атома. Подставляя данные, получаем массу вещества в г активностью 1 кюри:

TA10868100256

A6930T1073Q 21

14

232110 ⋅

⋅⋅ −

== ,,,, (1.19)

Активность С 1 г любого радионуклида соответственно равна

TA10131

TA108681C

21

13

21

14

⋅⋅

== −

,,

(1.20)

Таблица 1.6. Формулы для пересчета активности для разных значений периода полураспада Наименование Обозначение Формула Значение Ед. измере-

ния Примечание

1 Ки Cu 3,700E+10 распад/с Бк Ln2 Ln2 6,931E-01 Число Авогад-ро L0 6,02497E+23 атомов/моль

Масса вещест-ва активностью в 1 Ки

Cg Cu/(Ln2*L0) 8,860E-14 г *АТ1/2

Ca (1/Cg)/AT1/2 1,129E+13 Ки T1/2, с Ca1 Ca/60 1,881E+11 Ки T1/2, мин Ca2 Ca1/60 3,135E+09 Ки T1/2, час Ca3 Ca2/24 1,306E+08 Ки T1/2, сутки

Активность 1 г радионуклида равна

Ca4 Ca3/365,25 3,577E+05 Ки T1/2, год Мощность дозы от точечного источника

M=QKγ/8,4 (1.21)

Таблица 1.7 Основные (допускаемые) пределы доз. Пределы доз Нормируемые величи-

ны Персонал (группа А)∗ Население

Эффективная доза

20 мЗв (2 Бэр) в год в среднем за любые по-следовательные 5 лет, но не более 50 мЗв (5

Бэр) в год.

1 мЗв в год в среднем за любые последователь-ные 5 лет, но не более 5

мЗв в год.

Эквивалентная доза за год:

- в хрусталике глаза - коже

- кистях и стопах

150 мЗв (15 Бэр) 500 мЗв (50 Бэр) 500 мЗв (50 Бэр)

15 мЗв 50 мЗв 50 мЗв

3

Таблица 1.8 Допустимые уровни радиоактивного загрязнения рабочих поверх-ностей, кожи, спецодежды и средств индивидуальной защиты персонала (табл.

8.9 НРБ-99). Альфа-активные нук-

лиды Объект загрязнения Отдель-ные Прочие

Бета-активные нуклиды

Неповрежденная кожа, спецбелье, по-лотенца, внутренняя поверхность ли-цевых частей средств индивидуальной защиты.

2 2 200

Основная спецодежда, внутренняя по-верхность дополнительных средств индивидуальной защиты, наружная поверхность спецобуви.

5 20 2000

Поверхности помещений постоянного пребывания персонала и находящегося в них оборудования.

5 20 2000

Поверхности помещений периодиче-ского пребывания персонала и нахо-дящегося в них оборудования.

50 200 10000

Наружная поверхность дополнитель-ных средств индивидуальной защиты, снимаемой в саншлюзах.

50 200 10000

Таблица 1.9 (Таблица 3.3.1 ОСПОРБ) Мощность эквивалентной дозы, исполь-зуемая при проектировании защиты от внешнего ионизирующего излучения

Категория облучае-мых лиц

Назначение помещении и территории

Продолжи-тельность облучения,

ч/год

Проектная мощ-ность эквива-лентной дозы,

мкЗв/ч

Персонал Группа А Помещения постоянного пребывания персонала 1700 6,0

Помещения временного пребывания персонала 850 12

Группа Б

Помещения организации и территория санитарно-защитной зоны, где нахо-дится персонал группы Б

2000 1,2

Население Любые другие помещения и территории 8800 0,06

ЛЕКЦИЯ 2. ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ ( ) ee1AyQ tTtT 11

11λ−⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ λ−= −, (2.1)

y1 ⎯ абсолютный кумулятивный выход данного нуклида в реакциях деления. Т – время работы реактора; t – время после останова реактора. p=3,1.1013 (делений/(с*кВт) * W (кВт) (2.2) С учетом того, что 1 Ки соответствует 3,7.1010 распад/с и с учетом того, что кумулятивный выход измеря-ется в % выражение для коэффициента А можно записать так : А=с*W=3,1.1013*10-2/3,7.1010*W=8,4 (Ки/кВт) *W (кВт) (2.3) Абсолютным независимым выходом y изотопа с массовым числом А и атомным номером Z называется вероятность образования данного изотопа непосредственно в процессе деления при выборе нормировки на 200 % для выхода всех изотопов:

y A ZZA

( , ) %=∑∑ 200 (2.4)

Относительным независимым выходом yf называется вероятность образования данного изотопа непо-средственно в процессе деления при выборе нормировки на 1 для всех изотопов с одинаковым массовым числом (фактически для данной радиоактивной изобарной цепочки).

fZ

A consty A Z∑ =

=( , ) 1 (2.5)

Кумулятивным выходом массового числа yA называется вероятность образования изотопов с данным массовым числом А в результате всех процессов, ведущих к этому. Кумулятивные выходы определяются двугорбыми кривыми выхода масс при делении и нормируются на 200 %. Для любой цепочки распада с массовым числом А:

A AZ

k

Z

n

AZ

m

y y A Z f y A Z f y A Z= − +∑∑ ∑ ++( , ) ( , ) ( , )1 1 (2.6)

где n − число элементов в цепочке А; k − порядковый номер элемента − источника запаздывающих нейтронов в цепочке А; m − тот же номер в цепочке А+1; f − соответствующие коэффициенты ветвления. . В правом верхнем углу указаны абсолютные независимые выходы радионуклидов, в правом нижнем - периоды полураспада. Справа в круге - кумулятивные выходы для данной изобарной цепочки.

49

131

0,27 c2,86e -2

In 52

131

8,04 сут4,24e -3

I50

131

62,9 c8,62e -1

Sn 51

131

23 мин1,69

Sb

52

131m

1,25 cут2,07e -1

Te

52

131

25 мин9,52e -2

Te

0,222

0,778

2,8849

131

0,27 c2,86e -2

In49

131

0,27 c2,86e -2

In 52

131

8,04 сут4,24e -3

I52

131

8,04 сут4,24e -3

I50

131

62,9 c8,62e -1

Sn 51

131

23 мин1,69

Sb

52

131m

1,25 cут2,07e -1

Te

52

131

25 мин9,52e -2

Te

0,22250

131

62,9 c8,62e -1

Sn50

131

62,9 c8,62e -1

Sn 51

131

23 мин1,69

Sb51

131

23 мин1,69

Sb

52

131m

1,25 cут2,07e -1

Te52

131m

1,25 cут2,07e -1

Te

52

131

25 мин9,52e -2

Te52

131

25 мин9,52e -2

Te

0,222

0,222

0,778

0,778

2,882,88

Рисунок 2.1 – Схема образования 131I в ядерном реакторе

4

Таблица 2.1 Характеристика продуктов деления

Радионуклид Период полураспада (Т1/2)

Е max, МэВ β-частиц

Е max, МэВ γ-частиц

90Sr 29,1 лет 0,61 - 91Y 58,1 сут 1,54 1,21 95Zr 64 сут 0,84 0,73 95Nb 35,1 сут 0,16 0,76 106Ru 1,01 год 0,04 -

131I 8,04 сут 0,60 0,72 134Cs 2,06 года 0,65 0,80 137Cs 30 лет 1,20 0,66 144Ce 284 сут 0,30 0,13

Удельные γ−эквиваленты М(Т, t) (г-экв Ra/кг) для отдельных изотопов получают простым пересчетом по формуле

( )( )

48KQ

MtT

tT,,

, γ= (2.10)

где Кγ − полная ионизационная γ−постоянная данного изотопа, Р.см2/(ч.мкюри) (см. табл. 3.2); 8,4 − γ−постоянная радия после начальной фильтрации 0,5 мм платины, P.см2/(ч*мг-эквRa). Активность (кюри) 1 г нуклида-мишени при облучении ее тепловыми нейтронами:

( )e1107,3ALpQ T

100акт −

⋅Φσ λ−= (2.11)

р ⎯ относительное содержание облучаемого изотопа в химическом элементе (хи-мический элемент может иметь несколько стабильных изотопов); σакт ⎯ сечение активации изотопа, см2/атом; Ф ⎯ плотность потока тепловых нейтронов, нейтрон/(см2.с); L0 ⎯ число Авогадро; А ⎯ массовое число облучаемого изотопа; λ ⎯ постоянная распада; Т ⎯ время облучения. Удельная активность изотопа через время t после извлечения из реактора рассчиты-вается по формуле

( )ee1107,3ALp)t(Q tT

100акт λ−λ−

−⋅

Φσ= (2.12)

Таблица 2.4 Характеристика радионуклидов - АПК, образующихся при акти-вации продуктов коррозии

Радио-нуклид

Период полураспада

(Т1/2)

Нуклид мишень

Реакция образо-вания

Распространен-ность нуклида в естественной

смеси, %

Е, МэВ γ-кванта

51Cr 27,7 сут 50Cr n, γ 4,31 0,32 54Mn 312 сут 54Fe n, p 5,81 0,83 56Mn 2,58 ч 55Mn n, γ 100 1,81 58Co 70,8 сут 58Ni n, p 67,88 0,81 59Fe 44,5 сут 58Fe n, γ 0,31 1,1 60Co 5,27 года 59Co n, γ 100 1,17 64Cu 12,8 ч 63Cu n, γ 69,15 0,51 65Zn 244 сут 64Zn n, γ 48,9 1,12 95Zr 64 сут 94Zr n, γ 17,4 0,77

Таблица 2.5. Основные ядерно-физические константы реакций активации воды

Таблица 2.6 Характеристика радионуклидов, образующихся при активации примесей

теплоносителя

Радио-нуклид

Период полураспада

(Т1/2)

Нуклид мишень

Реакция образо-вания

Распространенность в естественной смеси,

%

Е, МэВ γ-кванта

24Na 14,9 ч 23Na n, γ 100 2,75 24Na 14,9 ч 24Mg n, p 28,6 2,75 31Si 2,62 ч 30Si n, γ 3.1 1,28 38Cl 37,7 мин 37Cl n, γ 24,5 2,15 42K 12,5 ч 41K n, γ 6,9 1,15

45Ca 135 сут 44Ca n, γ 2,0 0,25 (β)

5

Лекция 3. ПОНЯТИЕ ДЕЗАКТИВАЦИИ. ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПО-ВЕРХНОСТИ. СНИМАЕМОЕ И НЕСНИМАЕМОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДЕЗАКТИВАЦИИ. Коэффициент снятия мазка:

QQK ПMсм = (3.1)

где QM - полная активность мазка, кюри (Бк; частиц/мин); QП — полная ак-тивность протираемой поверхности до взятия мазка, кюри (Бк; частиц/мин).

Таблица 3.1 Методы снятия мазка

Метод снятия мазка Средний коэффициент снятия мазка, %

Фильтровальной бумагой 20

Марлевым тампоном, смоченным водой 60

Марлевым тампоном, увлажненным 1-1,5н азотной кислотой 90

Последовательно двумя марлевыми тампонами, увлажненными 1-1,5н азотной кислотой и затем сухим марлевым тампоном

90 - 100

Примечание. Вместо марли можно использовать ватный тампон. Удельная поверхностная активность загрязнения, определяемая мазком

SQq MM⋅= (3.2)

где q – удельная поверхностная активность загрязнения, кюри/см2(Бк/см2; частиц/(мин/см2)); SM – площадь, с которой взят мазок, см2

Затем определяется средний коэффициент снятия мазка:

∑=

=N

1iiKN

1K (3.3)

где N – число однотипных мазков*

* Имеется в виду, что все мазки берутся с однотипных участков поверхно-

сти из одинакового материала одинаковой площади (каждый мазок с нового участ-ка), при условии совпадения характера и физико-химической природы загрязнения.

ЛЕКЦИЯ 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАГРЯЗ-НЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ

Металл

Внутренний оксид

Внешний оксид

Теплоноситель

Очистка

ЧастицыЧастицы

Молекулы, ионы


КМПЦ

Паровая часть

контура


КПТМеталл


Молекулы, ионыМолекулы, ионы

ПарВнутренний оксид

Активная зона

ШламШлам

Очистка


Металл

Внутренний оксид



Очистка




ТеплоносительТеплоноситель

Очистка




КМПЦ


контура

ТеплоносительТеплоноситель

КПТМеталл


Молекулы, ионыМолекулы, ионы

ПарВнутренний оксид

Активная зона

ШламШлам

Очистка


Растворение

Кристаллизация

Осаждение

Эррозия

Изотопный обмен

Коррозияактивированного металла

Коррозия металла

Очистка


контура

Седиментация Гидравлическийсмыв

Вынос продуктов

коррозии

Растворение

Кристаллизация

Осаждение

Эррозия

Изотопный обмен

Коррозияактивированного металла

Коррозия металла

Очистка


контура

Седиментация Гидравлическийсмыв

Вынос продуктов

коррозии

Рисунок 4.1 – Схема процессов массопереноса и формирования отложений в

КМПЦ РБМК

6

Рисунок 4.2 – Схема массопереноса продуктов коррозии в 1-ом

контуре ВВЭР В условиях конвективного теплообмена и турбулентного течения жидкости,

поток частиц коррозии из теплоносителя к стенке можно описать соотношением: ψ=dN/dt*S-1=(D+ε)(dCч/dy)ρ (4.1)

где ψ=dN/dt*S-1 поток частиц продуктов коррозии к стенке, г/(см2.с); D − коэффициент броуновской диффузии частиц, см2/с; ε − коэффициент турбулентной диффузии или турбулентной вязкости, см2/с; Cч − концентрация частиц продуктов коррозии железа (в пересчете на желе-

зо), г/кг; y − координата перпендикулярная стенке, см; ρ − плотность теплоносителя, кг/см3. Для попадания на стенку частица должна преодолеть буферный слой и лами-

нарный подслой, прилегающий к стенке. Чтобы достичь стенки частице необходимо переместиться до точки, отстоящей от стенки на расстоянии пути торможения. Путь торможения − расстояние, которое проходит частица с начальным импульсом в неподвижной среде до остановки под действием сил трения. Начальный импульс частицы обусловлен поперечными турбулентными пульсациями.

ψ=Kм(Cч − Cs) (4.2) Kм − коэффициент массообмена, см/с; Cs − концентрация частиц у стенки, г/см3.

Если известен коэффициент массообмена K, можно рассчитать скорость осаждения частиц [17-18]:

( ) KVVP/1VVKK

D

Doc

ε++ε++

= (4.3)

Вероятность закрепления частиц на стенке Р зависит от энергии актива-ции удаления гидратных оболочек, составляющей 11-12 ккал/моль [18] :

P=EXP(-Q/RT) (4.4) Скорость броуновского движения определяют из

ρππ ==

ч3ч

Dd

kT3m2kTV (4.5)

k – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура, К; m – масса частицы; dч – диаметр частицы; ρч – плотность частицы;

Коэффициент массообмена Kм при внешнедиффузионном переносе определяется через критерий Дамклера DII следующим образом [15]:

V

SQS

DKоб

IIm

==, (4.6)

где Q ⎯ объемный расход теплоносителя в; Vоб ⎯ общий объем данного оборудования; S ⎯ площадь поверхности оборудования, на которой происходит осаждение отложений.

Величина, обратная коэффициенту массообмена, может быть представлена как

SK1

m

τβ ∼=, (4.7)

где τ – время пребывания теплоносителя в данном элементе контура.

7

y = 0,262x1,098

R2 = 0,844

y = 1,730x1,001

R2 = 0,887

0,01

0,1

1

10

100

1000

0,01 0,1 1 10 100

Мощ

ность дозы

, мЗв

/ч

ВВЭР-440 РБМК ВВЭР-440 РБМК Sτ

Рисунок 4.3 – Зависимость мощности дозы оборудования 1-го

контура АЭС от отношения среднего времени пребы-вания круда в аппарате к величине поверхности осаж-дения в степени 1/2 [16]

Таблица 4.1 – Состав песка на днище барабан-сепараторов РБМК после проведения химической дезактивации (%)

Наименование оксидов

3БС-12 3БС-21

Fe2O3 5,9 2,6 CuO 0,1 - Cr2O3 0,9 0,4 NiO 0,5 0,2 CaO 0,1 - MgO - - SiO2 4,0 16,7 ZrO2 85,2 77,6

Потери при прокаливании

3,3 2,5

Рисунок 4.4 – Песок в барабан-сепараторе после проведения хи-

мической дезактивации

Рисунок 4.5 – Фотография частицы «песка» из барабан-

сепаратора (размер 1,1х0,55 мм)

8

y = 0,0467x0,7556

R2 = 0,4386

0,001

0,01

0,1

1

10

100

1000

1 10 100 1000 10000МД до дезактивации, мкР/c

Кдез

+22.4 м

+14.4 м

+10.8 м

+8.4 м

+3.5; +4.6 м

+0.0 м

--3.6; -6.8 м

Степенной

Рисунок 4.6 – Зависимость коэффициента дезактивации от ис-

ходной мощности дозы

y = 0,3166x + 3,1442R2 = 0,4547

0,1

1

10

100

-10 -5 0 5 10 15 20 25

Н, м

Кде з

Рисунок 4.7. Зависимость коэффициента дезактивации от высоты раз-

мещения оборудования контура

Скорость осаждения круда

WCLQk

dtdW

Fe ξ−= (4.9)

k - безразмерный коэффициент скорости роста отложений; CFe - концентрация железа в теплоносителе (мкг/кг); Q - тепловой поток, Дж/м2час; L - скрытая теплота парообразования, Дж/кг. ξ∼ v2 – коэффициент сопротивления или коэффициент смыва частиц. Количество осажденного круда в области низких скоростей (малые значения ξ)

пропорционально kQ/L, т.е. 1/v. В области больших значений ξ количество осаж-денного круда пропорционально (kQ/L)/ ξ , т.е. 1/v3..

y = 282,39x-3,10

R2 = 0,56

y = 28,97x-1,00

R2 = 0,26

1

10

100

1 10

Скорость потока, м/с

Осаждение круда,

отн

. ед.

Ряд2 Ряд3∼1/v3

∼1/v3

∼1/v3∼1/v3

Рисунок 4.8 – Изменение относительного отложения круда на твэлах в зависи-

мости от скорости потока теплоносителя

9

СFe = 1,5 мкг/кг

y = 0,164x - 0,286R2 = 0,996

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 5 10 15 20 25 30 35Тепловой поток, Вт/см2

Скорость осаж

дени

я, 1

0-4 мкг

/(см

2 с)

Рисунок 4.9 – Изменение скорости осаждения в зависимости от

величины теплового потока

Cr

qп

исп=Ψ (4.10)

где qисп − тепловой поток, расходуемый на испарение, ккал/(м2.ч); rп − теплота парообразования воды, ккал/кг.

Металл

Тепловой поток Паровой канал

Оксиды


Водяные каналы Пузырьки пара

Металл

Тепловой поток Паровой канал

Оксиды


Водяные каналы Пузырьки пара

Рисунок 4.10 – Механизм образования пузырьков пара в слое отложений

а) б)

Рисунок 4.11 – Рельеф поверхности отложений а) оптический микроскоп х500

(а), электронный микроскоп ×5000, кругом отмечен вид выхода парового кана-ла на поверхность (б) [21]

( ) CKCCkkkkJ M0

осдиф

осдиф Δ=−+

= (4.11)

С, С0 ⎯ концентрация и растворимость вещества; ΔC ⎯ концентрационный напор на единицу объема; КМ ⎯ коэффициент массообмена.

k1

k1

K1

осдифM

+= (4.12)

Температурный градиент определяется как

TTSSTS

елятеплоноситстенки

елятеплоноситстенки

−

−=ΔΔ (4.13)

При отрицательном градиенте происходит осаждение на стенке, при положитель-ном – растворение.

(4.14)

10

Сорбция катионов щелочных и щелочноземельных металлов протекает в соответст-вии с законом действующих масс по реакции:

или

(4.15) Возникающие слабые координационные связи вследствие оксоляции могут перейти в валентные:

(4.16)

4.3 Классификация физико-химических процессов загрязнения поверхностей

Вид загрязнения Процесс загрязне-ния Источники загрязнения Объекты загрязнения Особенности процесса загрязнения

Седиментационное (рыхлые отложения,

шлам, круд)

Гравитационное осаждение частиц

(шлама) теплоноситель

внутренние (горизон-тальные) поверхности оборудования контура

Величина осаждения определяется гидро-динамическим фактором

Адгезионное (рыхлые отложения)

Адгезия (прилипа-ние частиц)

Радиоактивные твердые частицы (аэрозоли и

взвешенные в теплоноси-теле) и капли (аэрозоли)

все поверхности поме-щений, оборудования,

активной зоны

Наличие границы раздела между загряз-нением и поверхностью

Поверхностное (внеш-ний слой оксидов)

Адсобция, ионный обмен, хемосорбция, кристаллизация

Растворы радионуклидов, теплоноситель

1. Наружные поверхно-сти оборудования и по-мещений. 2. Теплопере-дающие поверхности, в

том числе и твэлы

Загрязнение поверхностного (внешнего) слоя оксидов на внутренних поверхностях оборудования. Высыхание капель радио-активного раствора на поверхности по-

мещений, в том числе и неметаллических.

Глубинное (плотные окисные пленки)

Диффузия, образо-вание окисной плен-

ки, коррозия теплоноситель Внутренние поверхности

контура

На поверхности металла образуется плот-ная окисная пленка, играющая защитную роль в процессах коррозии. В результате диффузии через этот слой происходит

вынос продуктов коррозии в контур и по-ступление радионуклидов в плотный слой

оксидов.

Глубинное (диффузи-онное)

диффузия вглубь материала Растворы радионуклидов

Наружные поверхности помещений и оборудо-

вания.

Полимерные и лакокрасочные материалы обладают способностью впитывать радио-активные вещества. Для отдельных ра-дионуклидов возможно диффузионное

проникновение вглубь металла (Pu, Po) за счет ядер отдачи. Загрязнение сосредото-

чено вблизи поверхности.

Наведенное Активация нейтро-нами в активной зо-

не поглощение нейтронов конструкционные мате-

риалы активной зоны Радионуклиды равномерно распределены

в материале

12

Паровые

Пароструй-ный

Маложидкост-ные (сухие)

Пенный Дезактива-ция

пастами, суспезиями, расплавами

Сорбци-онный

Дезактива-ция

съемнымипокрытиями

Проти-рочный

Жидкостные(растворамихимреагентов)

Погружной(ванный)

Заполнение

Электрохи-мический

С выноснымкатодом

Струйный

Ультра-звуковой

Струйный с растворамихимических реагентов

Пароваядезактивация схимреагентами

Пароэмуль-сионный

Дезактивацияперегретым

паром

Водные

Водо-струйный

Гидро-абразивный

Сухие

Механи-ческий

Терми-ческий

Ионно-плазменный

Вакууми-рование

Обдувпотоком

газа

Абразив-ный обдув

Химические Физико-химические Физико-механические

Паровые

Пароструй-ный




















Струйный







Струйный


Струйный с растворамихимических реагентов

Пароваядезактивация схимреагентами

Пароэмуль-сионный


паромПароэмуль-сионный


паром

Водные



Водные



Сухие






газа


Сухие






газа


Химические Физико-химические Физико-механические

Рисунок 5.1 – Классификация способов дезактивации

13

ЛЕКЦИЯ 5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЗАКТИВАЦИИ. СПО-СОБЫ ДЕЗАКТИВАЦИИ. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЕЗАКТИ-

ВАЦИИ. КЛАССИФИКАЦИЯ. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ. Коэффициент дезактивации

Кд = Аисх/Аост (5.1) Степень дезактивации – доля удаленной активности от начального за-

грязнения

ААА

исх

остисх −=β (5.2)

Доля остаточной активности

К1

АА

Дисх

ост ==α (5.3)

коэффициент дезактивируемости

1ДЗАК

а

остДЗ ≤=

(5.4)

индекс дезактивации, D = lgКд = lgАисх – lgАост (5.5)

∑=

=N

1iiN

1 ββ (5.6)

АААК

удисх

исхД −

= (5.7)

β=−

=АААА

исх

остисхуд

(5.8)

β−=

11КД

(5.9)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Степень дезактивации (β)

Коэффиц

иент

дезактиваци

и (К

д)

Рисунок 5.1 – Зависимость коэффициента дезактивации от степени дезактивации

∑=

=N

1iiср Кд

N1Кд

( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡∑∏=

===

N

1iiКдln

N1expКдКд N

N

1iiср

Среднее арифметическое

Среднее геометрическое

∑=

=N

1iiср Кд

N1Кд

( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡∑∏=

===

N

1iiКдln

N1expКдКд N

N

1iiср

Среднее арифметическое

Среднее геометрическое

(5.10)

14

5.2.1 Физико-механические способы и устройства для дезактивации

Крацевание – очистка поверхности эластичными щетками Абразивный обдув заключается в действии на поверхность струи воздуха, со-держащей абразивные частицы. Термическая дезактивация заключается в нагревании дезактивируемого обору-дования на воздухе до 600 – 800° С или в газовой окислительной среде (О2, SO3; NO2). Ионно-плазменный способ дезактивации. Поток заряженных частиц (плазмы, протонов, ионов), падающий в вакууме на поверхность, вызывает десорбцию ато-мов поверхностного слоя. Способы дезактивации с применением воды и пара. Водоструйный способ.

1 – стационарный корпус с входным патрубком, 2 –вращающийся корпус, 3 – вращающаяся насадка спротивоположно направленными соплами, 4 –гидравлический тормоз, 5 – регулятор скорости вращения

5 емкость

гидромонитор

Крепежная крышка

труба

Гидромонитор, установленныйв емкости

3

1 – стационарный корпус с входным патрубком, 2 –вращающийся корпус, 3 – вращающаяся насадка спротивоположно направленными соплами, 4 –гидравлический тормоз, 5 – регулятор скорости вращения

5 емкость

гидромонитор

Крепежная крышка

труба

Гидромонитор, установленныйв емкости

3

Рисунок 5.2 – Гидромонитор ГМ-7

- Гидроабразивная очистка – основана на использовании струи воды, содер-жащей абразивные частицы. Разновидностью гидроабразивного способа является вибрационный способ де-зактивации. Паровая дезактивация более эффективна, чем водоструйный спо-соб, вследствие высокой температуры пара (около 180° С). Применение пылевлагоотсасывающих устройств для удаления грубодис-персного шлама из оборудования

Рисунок 5.3 – Электромеханический гидромонитор ГЭМ Таблица 5.1 - Пылесос промышленный, вихревой ВОРТЭКС-300 С: Произ-водитель: ВОРТЭКС, г. Новосибирск (www.vorteks.su) Дилер – «Юниэко», С.Петербург (www.unieko.ru)

Наименование Технические характеристики Цена (руб.)

Пылесос промышленный, вих-ревой ВОРТЭКС-300 С Комплектация: -пылесос -шланг резиновый 3 м (стан-дарт. комплектация, 18 м - максим.) -насадки сменные, 6 шт. (пло-ская, щелевая, угловая, круг-лая, трубчатая, переходник угловой) -кабель электропитания, 10 м

-паспорт

Мощность, кВт 2,5 Производительность со шлангом 3 м, м3 /мин 5,5 (330 м3 /ч) Разрежение макс., кПа 21 Вместимость бункера пыли, л 40 Вес, кг 38 Материал корпуса сталь Габариты, мм ширина 450 длина 670 высота 1120 Рабочий диапазон температур –20÷+50

оС

40 000

15

Рисунок 5.4 – Общий вид пылесоса Вортэкс-300С

Рисунок 5.5 – Устройство пылесоса Вортэкс 300 С

Рисунок 5.6 – Установка универсальной дезактивации фирмы Дреко Основные технические характеристики УУД: 1. Напряжение питания сети - 220 В. 2. Мощность - 2900 Вт 3. Рабочее давление сжатого воздуха 6-8 кгс/см2 4. Габаритные размеры в мм – 1000*650*1000 5. Вес – 70 кг. 6. Объем рабочей емкости для залива раствора – 24 л. 7. Расход состава – 30-50 г/м2 8. Сборник РАО с воздушным фильтром - 100 л. 9. Емкость для приготовления дезактивирующих составов - 100 л.

5.2.2 Химические и физико-химические способы дезактивации. Уст-ройства для дезактивации

Погружная дезактивация Нагрев растворов Перемешивание растворов Ванны струйного типа. Ванны специального назначения. Циркуляционные стенды Пенная дезактивация.

16

Рисунок 5.7 – Пеногенератор

Дезактивация пастами и суспензиями. Сорбционная дезактивация. Дезактивация съемными полимерными покры-тиями. Таблица 5.2 Состав пленкообразующей композиции

Компоненты Назначение Соотношение состава компонентов

% Поливиниловый спирт

(ПВС) пленкообразователь 10

Глицерин пластификатор 5 ОП-7 или ОП-10 ПАВ 0,5 Азотная кислота дезактивирующий агент 0,5

Вода растворитель остальное Дезактивация растиранием раствора (тряпки, щетки Струйная дезактивация. Паровая дезактивация с использованием растворов химических реагентов Краткая техническая характеристика одного из пароэжекционых распылителей - давление пара – 0,3÷0,5 МПа; - расход пара – 0,5÷0,7 кг/мин; - расход моющего раствора – 1,0÷2,5 л/мин.; - расстояние (оптимальное) от среза сопла до поверхности 15-20 см; - температура среды на дезактивируемой поверхности не менее 50 оС.

Рисунок 5.8 – Пароэжекционный распылитель

Рисунок 5.9 - Перемещаемый сопловый пароэжекционный коллектор для де-зактивации исполнительных механизмов копирующих манипуляторов

17

Рисунок 5.10 - Передвижной пароэжекционный коллектор

Рисунок 5.11 - Пароэжекционное устройство для дезактивации наружной по-

верхности контейнера Дезактивация насыщенным и перегретым паром.

Рисунок 5.12 – Установка дезактивации активированным паром

Рисунок 5.13 - Паровой смеситель (сопло Лаваля)

Ультразвуковая дезактивация

18

Электрохимический способ дезактивации. Таблица 5.3 Характеристики электролитов, рекомендуемых для проведения

анодной ЭХД (плотность тока 200÷500 А/дм2).

Состав, % вес.

Обрабатываемый мате-

риал

Скорость обработки, дм2/А·час

Характер обработан-ной поверхности

10÷12 H3PO4 Все типы сталей 0,6±0,2

Нерастравленная

10÷15 H3PO4 +

2÷5 H2SO4

Нержавеющие хроми-стые и хромоникелевые со следами окалины

1,0±0,5 Чистая, следы рас-травливания

6÷8 H2C2O4 Нержавеющие хромо-

никелевые 0,4±0,15 То же

60 H3PO4 + 20 H2SO4

То же 0,05±0,02 Полированная

Рисунок 5.14 – Установка электрохимической дезактивации

Таблица 5.4 Основные технические характеристики установки УЭХД-50.

Наименование параметра Значение 1 2

Рабочая среда кислотные растворы до 10-15% масс.

Рабочий объем бачка, л, не менее 16 Производительность эл/насоса, л/мин 0-0,33 Потребляемая мощность, кВт, не более 4,5 Параметры питающей однофазной сети: частота, Гц напряжение, В ток, А, не более

50

220 20

Расход углеродной тесьмы УТ-21 по ТУ6-06-9-32-83 на одну насадку, г, не более 20

Габаритные размеры HxBxL составных час-тей установки, мм, не более: УЭХДп-50М Бачок с насосом Длина штанги

450х250х450 с колёсами 250х170х550

2000 Масса составных частей установки в су-

хом состоянии без шлангов и кабелей, кг, не более

УЭХДп-50м Бачок с насосом Штанга с ДУ НЭ (насадка)

35 7

2,5 0,55

19

Рисунок 5.15 – Общий вид установки электрохимической дезактивации и

сменные насадки Дезактивация фреон-спиртовой смесью (ФРЭС) Таблица 5.4 Состав фреон-спиртовой смеси для дезактивации

Наименование компонента

Расход (г/м2)

Кол-во (%) Примечание

Фреон-113 252,48 80 Этанол или изо-

пропанол 63,12 20

Расход состава ФРЭС-20 – 400

г/м2 Дезактивация поверхностей методом криогенного бластинга

Рисунок 5.16 – Сравнение абразивной очистки и очистки сухим льдом

а) б)

в) г) Рисунок 5.17 – Бластер одношланговый Triblast BL-T2 с комплектующими

деталями: а) бластер; б) шланг; в) насадка; г) пистолет-распылитель

Рисунок 5.19 – Привод бласте-

ра с электромотором

Рисунок 5.18 – Конструкция основной рамы бластера

20

Рисунок 5.20 – Конструкция турбины пневматической подачи гранул сухого

льда бластера BL50 «Triblast Т2» Дезактивация с применением лазера

Рисунок 5.21 – Обработка лазером с применением прозрачных пленок

1- обработка без пленки 2- обработка сквозь пленку 3- продукты дезактивации на сорбирующей пленке

. Рисунок 5.22 – Мобильный лазерный комплекс для целей дезактивации Техническая характеристика комплекса Длина волны излучения 1,06 мкм Энергия импульса, до 200 мДж Длительность импульсов 20 нс Частота повторения импульсов 50 Гц Расстояние от излучателя до зоны обработки, до 2,0 м Размер обрабатываемой зоны на расстоянии 1 м 600 мм х600 мм Скорость обработки, до 0,3 кв.м / час Толщина удаляемого слоя, до 100 мкм Электропитание 220 В, 1,5 кВт Суммарный вес комплекса, не более 40 кГ

Рисунок 5.23 – Степень удаления радионуклидов с поверхности образцов при лазерной дезактивации

КдСо=70% КдCs=76% КдEu=85%

0500

100015002000250030003500400045005000

Co-60 Cs-137 Eu-152S ф

отоп

ик, и

мп

До дезактивации После дезактивации

1

2 3

21

Дезактивация металлических радиоактивных отходов Дезактивация с использованием озона Комбинированная дезактивация паром и жидкой углекислотой

Рисунок 5.25 – 1. Схема установки паровой дезактивации и в среде жидкого диоксида углерода: 1 — барботер с соплом; 2 — реактор; 3 — емкость-смеситель; 4 — конденсатор; 5 — теплообменник; 6 — баллон с СО2; 7 — ис-паритель; В1—В12 — вентили Таблица 5.5 Технические характеристики установки комбинированного ме-тода дезактивации с использованием паровой дезактивации и дезактивации в среде сжиженного диоксида углерода

Рабочее давление пара 0,1 0,4 МПа Максимальное давление пара 1,5 МПа Рабочее давление диоксида углерода 7,0 МПа Максимальное давление диоксида углерода 10,0 МПа Максимальная скорость нагревания образца паром 15 °С/мин Максимальная скорость охлаждения образца 35 °С/мин Рабочая температура при обработке паром 120 130 оС Минимальная температура при конденсации 8 °С Рабочая температура при обработке диоксидом уг-лерода 15–50 °С

Абразивные методы дезактивации

Рисунок 5.26 – Установка для абразивной дезактивации

Таблица 5.6 Эффективность гидроабразивной обработки в зависимости от давления

После дезактивации

Поверхность До дезактивации р=180 бар, V=700

л/ч

р=120 бар, V=500

л/ч

р=70 бар V=300 л/ч

Мощность дозы γ-излучения, мкР

/ч 120 40 45 45

Активность, β-частиц / см2*мин 500-15000 100 120 150

22

Венттруба

Вентсистемаздания

Предвари-тельнаяочисткаСепаратор

Очисткаабразива

Радиоактивныеотходы

Регенерирован-ный абразив

Абразив-ный

бластер

ПыльОтра

ботан

ный

абра

зив

Воздух

Возду

х

Воздух

Свежийабразив

Продезак-тивированныйметалл

Загрязненныйметалл

Слабозагрязненныйабразив без пыли

Грязный абразиви пыль

(2,2 %)(97,5 %)

(9,3 %)

Грязныйабразиви пыль

Воздухи пыль

Венттруба

Вентсистемаздания

Предвари-тельнаяочисткаСепаратор

Очисткаабразива

Радиоактивныеотходы

Регенерирован-ный абразив

Абразив-ный

бластер

ПыльОтра

ботан

ный

абра

зив

Воздух

Возду

х

Воздух

Свежийабразив

Продезак-тивированныйметалл

Загрязненныйметалл

Слабозагрязненныйабразив без пыли

Грязный абразиви пыль

(2,2 %)(97,5 %)

(9,3 %)

Грязныйабразиви пыль

Воздухи пыль

Рисунок 5.27 – Схема установки для абразивной дезактивации [221]

аэрогидродинамический метод.

Рисунок 5.28 – Схема работы АГД форсунки Таблица 5.7 Технические характеристики установки MULTIBLUST

Давление сжатого воздуха (мПа) 0.4 – 1.2 Расход сжатого воздуха (м³/мин) 4--8 Расход рабочей жидкости (л/час) 40 Температура сжатого воздуха (мин.) С° 5 Расход промывочной жидкости/гидрофобизатора (л/час) 35 Производительность, м2/ч старая ржавчина 3 свежая 15

Рисунок 5.29 – Установка для осуществления АГД метода]

Рисунок 5.30 – Схема установки для осуществления АГД метода

23

5.4 Дезактивация АЭС при выводе из эксплуатации 5.4.1 Проблемы вывода из эксплуатации АЭС

Таблица 5.8 Характеристики действующих российских АЭС

АЭС №блока

Тип реактора

Мощн., МВт, (эл.)

Год ввода в экс-плуа-тацию

Срок окончания эксплуата-

ции

Поколение реактора

Балаковская

1 2 3 4

ВВЭР-1000

1000 1000 1000 1000

19851987 1988 1993

2015 2017 2018 2023

2 2 2 2

Белоярская 3 БН-600 600 1980 2010* 2

Билибинская

1 2 3 4

ЭГП-6

12 12 12 12

19741974 1975 1976

2009**2009** 2010** 2011**

1 1 1 1

Волгодонская 1 ВВЭР-1000 1000 2002 2032 2

Калининская 1

2 3

ВВЭР-1000 1000

1000 1000

19841986 2005

2014 2016 2035

2 2 2

Кольская

1 2 3 4

ВВЭР-440

440 440 440 440

19731974 1979 1981

2008**2009** 2009* 2011

1 1 2 2

Курская

1 2 3 4

РБМК-1000

1000 1000 1000 1000

19761979 1983 1985

2011**2009* 2013 2015

1 1 2 2

Ленинградская

1 2 3 4

РБМК-1000

1000 1000 1000 1000

19731975 1979 1981

2008**2010** 2009* 2011

1 1 2 2

Ново- воронежская

3 4 5

ВВЭР-440 ВВЭР-440 ВВЭР-1000

417 417 1000

19711972 1980

2016 2017

2010*

1 1 2

Смоленская 1

2 3

РБМК-1000

1000 1000 1000

19821985 1990

2012 2015 2020

2 2 2

* Планируется продление сроков эксплуатации энергоблоков с реакторами РБМК-1000, ВВЭР-440 1-го поколения, БН-600 на 15 лет и с реакторами ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 2-го поколения на 20 лет;

** Обосновано продление срока эксплуатации на 15 лет и получена лицензия сро-ком на 5 лет.

5.4.2 Концепция вывода из эксплуатации и дезактивации блоков с РБМК

5.4.3 Зарубежный опыт дезактивации при выводе АЭС из эксплуата-ции

Химические методы LOMI, CORD, AP-CITROX и многие другие.

Рисунок 5.31 – Дистанционно управляемая установка для дезактивации пола DOV-Deco

Гидроджеттинг под сверхвысоким давлением Снятие слоя материала Обдувка сухим льдом Лазерные методы

Рисунок 5.32– Схема процесса удаления оксидного слоя с поверхности метал-ла с использованием Nd-ИАГ-лазера: 1 − оптический волновод; 2 − линзы; 3 − газ; 4 − газовое сопло; 5 − удаление загрязнений

Удаляемые частицы улавливаются на высокоэффективных воздушных фильтрах

(95%). Коэффициент очистки достигает 257.

123

5.5 Особенности дезактивации полов производственных помещений и других го-ризонтальных поверхностей большой площади

Рассмотрим процесс дезактивации горизонтальной поверхности пола, заключающийся в на-несении на поверхность моющего раствора, протирки поверхности гигроскопичным материалом с отжимом его в емкость с моющим раствором.

Принимаем следующие допущение: 1. Сорбция радионуклидов в гигроскопичном материале не учитывается, так же как и расход

раствора на его смачивание. 2. Загрязнение пола является равномерным и постоянным.

АААА)N(

исх

)i(

исх

)2(

исх

)1(

исх...... ==================== (5.11)

3. При нанесении загрязненного раствора на поверхность вторичной сорбции радионуклидов не происходит.

4. Введем обозначения Кд – максимально возможный (предельный) при данном способе коэффициент дезактивации; Аисх – исходная активность поверхности, Ки/м2; Аост – остаточная активность поверхности, Ки/м2;

δδδδ – количество дезактивирующего раствора, нанесенного на поверхность, л/м2.

εεεε – количество дезактивирующего раствора, остающегося на поверхности, л/м2; V0 – исходный объем емкости с дезактивирующим раствором, л. N – число участков, на которых происходит единичный акт дезактивации. Рассмотрим последовательную дезактивацию нескольких участков площадью S=1 м2. Дезактивация 1 участка. Нанесено δδδδ литров чистого раствора. В раствор переходит количество активности, опреде-

ляемое предельным коэффициентом дезактивации:

КAQ Д

)1(

исх

)1(

пов====∆∆∆∆ (5.12)

Удельная активность радиоактивного вещества в дезактивирующем растворе на поверхности пола

К

AQСД

)1(

исх)1(

пов

)1(

пов δδδδδδδδ ======== ∆∆∆∆

(5.13)

После сбора радиоактивного вещества с поверхности в емкость поступает количество актив-ности, равное

(((( )))) (((( ))))εεεεδδδδδδδδεεεεδδδδ −−−−−−−−∆∆∆∆ ========К

AСQ

Д

)1(

исх)1(

пов

)1(

пов

(5.14)

Оставшаяся на поверхности активность складывается из активности, обусловленной предель-

ным КД и активности, оставшейся с раствором (εεεε):

++++====

====++++====++++====

δδδδεεεε

δδδδεεεεεεεε

1К

1А

К

1A

К

1АС

К

1АА

Д

)1(

исх

Д

)1(

исх

Д

)1(

исх

)1(

пов

Д

)1(

исх

)1(

пов (5.15)

Отсюда эффективный или фактический коэффициент дезактивации составит:

δδδδεεεε

δδδδεεεε ++++

====

++++

========

1

К

1К

11

А

АКд

Д

Д

)1(

пов

)1(

исх)1(

эфф

(5.16)

Если раствора на поверхности не остается (при идеальном собирании раствора), то эффектив-ный КД будет равен элементарному или предельному КД.

Удельная активность в емкости после дезактивации 1-го участка составляет: (((( ))))

εεεεεεεεδδδδ

δδδδεεεεεεεεδδδδ

εεεε −−−−====

−−−−====

−−−−==== −−−−−−−−∆∆∆∆

VК

AV

С

VQ

С0Д

)1(

исх

0

)1(

пов

0

)1(

пов)1(

емк

(5.17)

Дезактивация 2 участка

124

После нанесения на очищаемую поверхность дезактивирующего раствора, уже содержащего активность, в него дополнительно переходит активность, определяемая уравнением (5.3). Математи-ческое описание получается достаточно громоздким, но ясно одно – коэффициент дезактивации ока-жется меньше, чем на первом участке.

Поэтому представим процесс дезактивации как непрерывный, в которой емкость с дезакти-вирующим раствором и поверхность обмениваются активностью (см. рис. 5.9).

Введем дополнительно понятие скорости дезактивации поверхности (м2/с) и обозначим ее αααα.

Q Емкость V=V0-εαεαεαεαt

А0 Поверхность

dtdq

1

dtdq

2

Q Емкость V=V0-εαεαεαεαt

А0 Поверхность

dtdq

1

dtdq

2

Рисунок 5.9 – Схема потоков активности при дезактивации пола. Поступление радионуклидов на поверхность определяется уровнем активности в емкости:

δαδαδαδαεαεαεαεαtVQ

dtdq

0

1

−−−−====

(5.18)

Очевидно, что в начальный момент времени раствор чистый и поступление активности на по-верхность равно нулю.

Поступление в емкость определяется количеством собираемого раствора и количеством пе-решедшей в него активности

(((( )))) ααααααααεεεεδδδδεαεαεαεα

−−−−++++

−−−−==== −−−−

К

11А

tV

Q

dtdq

Д

0

0

2

(5.19)

На основании этих двух уравнений можно написать уравнения для изменения активности на поверхности и в емкости:

ααααεαεαεαεαεαεαεαεα

−−−−++++

−−−−−−−−====

К

11А

tVQ

dtdQ

Д

0

0

(5.20)

Уравнение для поверхности можно получить из условия сохранения материального баланса.

Поскольку ααααt по сути, является продезактивированной площадью, то в любой момент времени спра-ведливо:

Aααααt + Q = A0ααααt (5.21) Продифференцировав уравнение (5.12) получим:

(((( ))))A

dtdQ

dtt*Ad

0αααααααα ====++++ (5.22)

Заменяя dQ/dt на выражение (5.11) получим систему уравнений, однозначно определяющую массоперенос в процессе дезактивации горизонтальных поверхностей:

(((( ))))

++++

−−−−====

−−−−++++

−−−−−−−−====

см

Ки

К

А

tVQ

dtt*Ad

с

Ки

К

11А

tVQ

dtdQ

2

Д

0

0

Д

0

0

εεεεεαεαεαεα

ααααεαεαεαεαεαεαεαεα (5.23)

В начальный момент времени активность в емкости равна нулю, а активность на поверхности А0. В ходе дезактивации все большая активность переходит в раствор и все большая активность оста-ется на поверхности. В какой-то момент времени активность на поверхности станет равна исходной. Дальнейшая дезактивация приведет только к загрязнению поверхности, т.е. А превысит А0. В емко-сти активность нарастает по мере проведения дезактивации и достигает максимума, после чего коли-чество активности в емкости начнет уменьшаться за счет уменьшения объема раствора. В конечном итоге в емкости не останется раствора и активность в емкости станет равна нулю.

Введем две замены:

[[[[ ]]]]

[[[[ ]]]]сV

сКиК

11А

0

Д

0

εαεαεαεαγγγγ

ααααββββ

====

−−−−====

(5.24)

125

Тогда первое уравнение системы можно записать в виде (0≤t≤γγγγ):

ββββγγγγ====

−−−−++++

tQ

dtdQ (5.25)

Решая соответствующее однородное уравнение (правая часть 0), получим

====

++++====

====

−−−−

−−−−−−−−

tCQ

C)t(LnLnQ

tdt

QdQ

00

00

γγγγγγγγ

γγγγ (5.27)

Решаем общее уравнение, которое представляем в виде:

ββββγγγγ

γγγγ ====

−−−−−−−− Q

t1

dtdt (5.28)

Решение этого дифференциального уравнения может быть легко найдено:

(((( ))))

−−−−−−−−

−−−−−−−−

−−−−−−−−−−−−∫∫∫∫ −−−−−−−−

−−−−−−−−

====

====

++++

−−−−====

====

====

γγγγγγγγββββ

γγγγγγγγγγγγββββ

γγγγγγγγββββγγγγγγγγββββγγγγββββγγγγ

ββββγγγγγγγγ

/t1

1lnt

tlnt

)ln(ttlntdxx

tQ

Qt

1dtdt

t

0

(5.29)

При t=γγγγ весь раствор из емкости окажется на полу и активность в емкости будет равна нулю.

Существует момент времени, когда производная dQ/dt меняет знак, т.е. в этот момент она равна нулю. Из (5.25) следует, что на этот момент времени ττττ можно записать:

−−−−==== t)(Q γγγγββββττττ (5.30)

Подставляя решение (5.29) в (5.30) получим

(((( ))))

γγγγγγγγ

γγγγ

γγγγ

γγγγββββγγγγ

γγγγββββ

6321,0e1et

e1/t1

1/t1ln

t/t1

1lnt

========

====

====−−−−

−−−−====

−−−−

−−−−

−−−−

−−−−−−−−

(5.31)

Таким образом, площадь, которая может быть продезактивирована, определяется объемом емкости и потерями раствора на поверхности:

εεεεαααα V6321,0tS 0äåçäåç

======== (5.22)

Остаточное загрязнение поверхности определяем из (5.22) и (5.29):

(((( ))))t

lnt

tA)t(A 0 −−−−

−−−−−−−−====

γγγγγγγγγγγγ

ααααββββ (5.23)

Если уравнение (5.23) привести к виду:

t

tln

A)t(A

t

0

−−−−

−−−−

−−−−====γγγγγγγγ

ααααββββ

γγγγ

(5.24)

то можно показать, что в момент t=0

KA

K1

1AA00

A)t(AД

0

Д

000====

−−−−−−−−====

⋅⋅⋅⋅−−−−====

ααααββββ (5.25)

126

Это соответствует физическому смыслу величины остаточного загрязнения.

При t=γγγγ соответственно A(t)=A 0. На рис. 5.35 и 5.36 показано изменение активности в емкости м эффективного Кд в соответст-

вии с исходными данными, приведенными в таблице 5.5. Таблица 5.5 Исходные данные для расчета

Альфа (скорость дезактивации) αααα 10 см2/с

Загрязнение исходное A0 1,00E-07

Ки/см2

Коэффициент дезактивации исходный Kd 10

Объем бака с раствором V0 10000 см3

доля раствора на поверхности εεεε 0,01 см3/см2

наносится раствора δδδδ 0,01 см3/см2

вспомогательные величины

A0/Kd 1,00E-08

Ки/см2

ββββ 9,00E-07

Ки/см2

γγγγ 100000 с

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0 5 10 15 20 25 30

tдезактивации, час

Количество активности

в емкости

, Ки

tкр = 17,55 ч

Рисунок 5.35 – Изменение активности в емкости в ходе дезактивации

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 5 10 15 20 25 30

tдезактивации, час

Эффективный

Кд

Рисунок 5.36 – Изменение эффективности дезактивации горизонтальной поверхности Следствия из изложенной теории и рекомендации по дезактивации горизонтальных поверх-

ностей большой площади: 1. Отмывка в направлении от чистого к грязному. 2. Возможно более полное удаление дезактивирующего раствора с поверхности. 3. Обязательная промывка водой или 2-ой цикл дезактивации. 4. Для механических устройств мойки пола с зацикловкой раствора – обязательный непре-

рывный контроль загрязненности дезактивирующего раствора.

24

Обработка лазерным лучом и сухим льдом

а б Рисунок 5.33 – Принцип метода дезактивации путем воздействия лазерного

луча и обдувки сухим льдом (а) и используемое оборудование (б): 1 − воздуш-ное сопло; 2 − лазер; 3 − обрабатываемый материал

Сочетание воздействия лазерного излучения и химической реакции Удаление лакокрасочных покрытий Лазерная дезактивация бетона Дезактивация металлических поверхностей реактивной холодной плазмой

==================================== 6. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕЗАКТИВАЦИИ РАСТВО-РАМИ. ТРЕБОВАНИЯ К ДЕЗАКТИВИРУЮЩИМ РАСТВОРАМ

N — СН2 — СН2 — N

С

О

OH

С

О

OH

С

О

OH

С

О

OH

N — СН2 — СН2 — N

С

О

OH

С

О

OH

С

О

OHС

О

OH

С

О

OH

С

О

OH

С

О

OH

С

О

OH С

О

OH

С

О

OH

Рис. 6.1 Структурная формула ЭДТА

Таблица 6.1. Распределение радионуклидов (°/о) между окисли-тельным и восстановительным растворами при дезактивации

двухванным способом Раствор 51Cr 59Fe

60Со 54Мn 1. 1% NaOH + 0,2% KMnO4, 24 ч 80 0,1 0,1 3,1

2. 1% (NH4)2C2O4, 24 ч 20 99,9 99,9 96,9 1, 18% NaOH + 3% КМпО4, 2 ч 51 11,7 4,2 28

2. 9% NH2SO3H (ингибированный), 12 ч 49 88,3 95,8 72

CH2C2O4, %

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0 2 4 6 8 10 12

СNaOH, %

lgK

д

1 50 432

1

2

3

CKMnO4, %

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 2 4 6 8 10 12

СNaOH, %

lgW

1 50 432

1

2

3

CH2C2O4, %

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0 2 4 6 8 10 12

СNaOH, %

lgK

д

1 50 432

1

2

3

CKMnO4, %

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 2 4 6 8 10 12

СNaOH, %

lgW

1 50 432

1

2

3

1 50 432

1

2

3

1 50 432

1

2

3

CKMnO4, %

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 2 4 6 8 10 12

СNaOH, %

lgW

1 50 432

1

2

3

CKMnO4, %

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 2 4 6 8 10 12

СNaOH, %

lgW

1 50 432CKMnO4, %

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 2 4 6 8 10 12

СNaOH, %

lgW

1 50 432

1

2

3

Рис. 6.2. Зависимость эффективности дезактивации натурных образцов двухванным способом (а ) и скорости растворения Cr2О3 и удаления 51Cr ( б ) от концентрации

компонентов дезактивирующих растворов

(1-й раствор: 1–10% NaOH+0,5– 5% KMn04, 90–95 °С, 1 ч; 2 -й раствор : 0,5–5% Н2С204, 90–95 °С, 1 ч):

а : 1 , 3 – NaOH; 2 – Н2С204 (1 – 2 цикла обработки; 2, 3 -- 1 цикл);

б : 1 , 3 – КМпО4 (Cr2О3), 3 – 51Cr); 2 – NaOH (Cr2О3)

Окислительное воздействие щелочного раствора перманганата обу-словлено реакциями: 4МnО4

– + 4ОН–↔4МnО42– + О2 + 2Н2О; [ϕ = –0,564 В];

МnО4– + 2Н2О ↔ МnО2 + 4ОН– , [ϕ = +1,692–0,078*рН]

Окисление Сr (III) и магнетита протекает по следующим реакциям:

25

3Fe3О4+ МnО4– + 2H2О ↔ 3FeOOH + 3Fe2O3+MnО2+OH–

[ϕFe3O4/Fe(OH)3 = – 1,208-0,059*рН]; [ϕFе3о4/Fе2о3 –0,221–0,059*рН]; Cr2О3+ МnО4

–+2ОН–↔2СrO42– + 2МnО2+Н2О;

[ϕСr3+/СrO42–= 1,335 – 0,1182*рН].

Сопоставление потенциалов реакций в кислых и щелочных растворах дает значения, приведенные в табл. 6.2. Таблица 6.2 Потенциалы реакций (В) в кислых и щелочных рас-творах

МnО4–/ МnО2 Сr3+/СrO4

2 Fe3O4/Fe(OH)3 Fе3о4/Fе2о3 рН=1 +1,616 +1,195 -- -0,162 рН=13 +0,59 -0,20 +0,441 -0,546

0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5

N, цикл

Кд

0

1

2

3

4

5

Актив

ность 51

Cr в растворе

, 10-6

Ки/л

15 30 45 60t, мин

1

2

3

0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5

N, цикл

Кд

0

1

2

3

4

5

Актив

ность 51

Cr в растворе

, 10-6

Ки/л

15 30 45 60t, мин

1

2

3

Рис. 6.3. Влияние длительности обработки раствором состава 5% NaOH4+0,5% КМnO4 (80–90 °С) на переход в раствор 51Cr ( 2 ) и цикличности обработки двухванным спосо-бом по 1 ч в каждом растворе) на дезактивацию нержавеющей стали ( 1 ) и Ст 3 ( 3 )

7. ДЕЗАКТИВАЦИЯ ОСНОВНЫХ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ

КОНТУРОВ АЭС зависимость коллективной дозы за время ремонта соотносится с общими

трудозатратами как

Д=а1*Тb (7.1) Множитель а1 ≈ 2,0; показатель степени b ≈ 0,5. Коэффициент корреляции

такой зависимости составляет 0,97.

y = 1,98x0,53

R2 = 0,94

10

100

1000

10 100 1000 10000 100000Трудозатраты , чел.час

Дозовые затраты

, чел

.сЗв

общие дозозатраты дезактивация 1,2 бл 1999 Общая линия Рисунок 7.1 ⎯ Связь между суммарными трудозатратами на ремонт и ре-

монтными дозовыми затратами персонала ЛАЭС (суммарными трудозатрата-ми на дезактивацию и суммарными дозовыми затратами при дезактивации)

26

2-2002

1-2004

Комплексная дезакти-вация с применением

химреагентов(ЛАЭС и САЭС)



Безреагентная или малосолеваядезактивация (КупАЭС и САЭС)


2-2005

4-2004

4-1999

3-2001

4-2003

1-2000

3-2000

3-2005

y = 14,66e0,004x

R2 = 0,93y = 23,51e0,0072x

R2 = 0,84

10

100

1000

10 100 1000Количество заменяемых ТК

Колл

ективн

аядо

запо

всем

ТК, чел

.-сЗв

САЭС КАЭС ЛАЭС

ЛАЭС-3 2005 комплексная д/а малосолевая д/а

2-2002

1-2004

2-2002

1-2004







2-2005

4-2004

4-1999

3-2001

4-2003

1-2000

3-2000

3-2005

y = 14,66e0,004x

R2 = 0,93y = 23,51e0,0072x

R2 = 0,84

10

100

1000

10 100 1000Количество заменяемых ТК

Колл

ективн

аядо

запо

всем

ТК, чел

.-сЗв

САЭС КАЭС ЛАЭС

ЛАЭС-3 2005 комплексная д/а малосолевая д/а

Рисунок 7.2 – Изменение дозовых затрат на замену ТК от числа заменяемых ТК и способов проведения дезактивации

все значения укладывались на отрезке [-1; +1]:

minmax

ii

^

ZZZZZ

−−

=

−

, (7.2)

minmax

ii

^

nnnnn

−−

=

−

(7.3)

где i^n и i

^x - нормированные значения количества дефектных элементов или продуктов

коррозии железа для зависимости ni=f(Fe); ni, xi – среднее (для модулей СПП) или текущее (для ТВС) количество за год на блоке дефектных элементов оборудования и вынесенного в

КМПЦ железа; соответственно, −n ,

−x - среднее значение для всех блоков дефектных эле-

ментов и железа для зависимости ni=f(Fe); соответственно nmax, nmin, xmax, xmin –максимальное или минимальное значения количества дефектных элементов и железа для зависимости ni=f(Fe).

y = 0,98xКК = 0,92

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8

Fe

ni

Коллективная доза при эксплуатацииКоллективная доза при капремонтеНГ ТВСПерегрузки по парению пробок технологических каналовОтглушенные модели сепараторов параЛинейный (Вместе)

Рисунок 7.3 – Корреляция между нормированными значениями показателей надежности элементов оборудования РБМК-1000, коллективными дозами и нормируемыми значениями выноса с питательной водой железа в виде про-

дуктов коррозии

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

Год

Количество железа,

поступивш

его в

КМПЦ

за год,

кг

27

Рисунок 7.4 – Количество железа, поступающего из КПТ в КМПЦ за год (ЛАЭС)

y = 0,7708x - 4,727R2 = 0,9788

0

100

200

300

400

500

600

0 100 200 300 400 500 600

Фактические дозозатраты на 1 блоке 2004 г., мЗв

Ожидаемые фактические

дозозатраты

при условии химдезактивации

, мЗв

Эффект дезактивации

Рисунок 7.5 ⎯ Сравнение фактических доз и ожидаемых после дезактивации фактиче-

ских доз на 1 блоке 2004 г.

Таблица 7.1 ⎯ Фактическая коллективная доза и фактическая доза при усло-вии проведения химической дезактивации 1 блока ЛАЭС в 2004 г.

Сэкономленная доза %

Наименование Фактическая коллективная

доза

Фактическая доза при ус-ловии прове-дения химде-зактивации

мЗв %

Персонал ЛАЭС 1164 857 307 26 Привлекаемые организа-ции 1296 978 318 25

Прочие непланируемые дозозатраты 302 302

Итого 2762 2137 625 23

600

700

800

900

1000

1100

1200

11.7.08 31.7.08 20.8.08 9.9.08 29.9.08 19.10.08 8.11.08

Дата

Тепл

овая

мощ

ность реактора

, МВт

2,78

2,8

2,82

2,84

2,86

2,88

2,9

2,92

2,94

2,96

Перепад

давлени

я, кг/см

2

W ПДР Рисунок 7.6 – Изменение мощности и перепад давления на реакторе 3 блока НВАЭС в

начале 34 кампании

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 2 4 6 8 10 12 14

Время от начала 15 цикла, неделиИзменение

температуры

на вы

ходе

, о С

Среднее значение по 4 циркониевымсборкам с высокимэнерговыделениемсреднее значение по 4 нержавеющимсборкам с высокимэнерговыделением, 1 цикл2 цикл, сборка из нерж стали

2 цикл, сборка из нерж стали

3 цикл, сборка из нержавеющей стали

Рисунок 7.7 – Изменение температуры сборок различного года облуче-

ния, Loviisa 2, 1994 [23]

28

а) б)

Основной металл

Пассивный слой < 1-2 мкм

кристаллы

oxide layer ~ 8-11 µm

Рисунок 7.8 – а) Защитная оксидная пленка (1-2 мкм) на поверхности

стали в исходном состоянии до дезактивации; б) Толстый рыхлый слой отложений, формирующийся на внутренней

поверхности трубок парогенератора после проведения деак-тиваций [24]

Согласно руководящему документу РД ЭО 0047-04 [25] в настоящее время для дезактивации контура могут использоваться только три раствора:

1) 5÷10 г/дм3 H2C2O4 + 1,5÷3 г/дм3 KNO31

2) 0,3÷1 г/дм3 H2C2O4 + 75÷100 мг/дм3 НNO3

3) 75÷100 мг/дм3 НNO3

Н2О2+Н2С2О4=2Н2О+2СО2

1 На ЛАЭС используют растворы 9-10 г/л по Н2С2О4 и 1,7-2,3 г/л азотно-

кислого калия

0

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15 20 25 30t, ч

Концентраци

я, мг/л

1

2

3

0

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15 20 25 30t, ч


я, мг/л

0

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15 20 25 30t, ч


я, мг/л

1

2

3

Рисунок 7.9 – Изменение концентрации железа в дезактивирующем растворе [26]:

1 — общее количество; 2 — растворенное железо; 3 — взвешенные продукты

y = 4,1729e -0,5726x

R2 = 0,951

0,001

0,01

0,1

1

10

0 2 4 6 8 10 12рН

Доля I2, %

Рисунок 7.10 – Зависимость содержания молекулярного йода (%) в воде

АЭС с РБМК при различных рН [27]

29

y = 7,8582e-0,6715x

R2 = 0,9663

0,001

0,01

0,1

1

10

0 2 4 6 8 10 12рН

Уно

с I в

% от общего

коли

чества

Рисунок 7.11 – Доля йода, уносимого с паром в зависимости от рН [28]

Таблица 7.3 Растворы для дезактивации 1-го контура ВВЭР-440

/ № раствора Состав раствора Примечание

1 а) 2–5 г/л KMnO4 + 30–40 г/л NaOH Двухванный метод

б) 10–30 г/л Н2С2О4 + 0,5 г/л Н2О2

или 1 г/л HNO3

2 a) 1,5–0,5 г/кг KMnO4 Однованный метод с трансформацией

растворов, окисление

б) 3–5 г/кг ЭДТА + 0,8-1,2 г/л лимонная кислота травление

в) 250÷350 мг/кг N2H4OH + 150÷250 мг/кг NH3

пассивация

3 а) HMnO4

Siemens технология CORD - Chemical

Oxidating Reducing Decontamination

окисление

б) Н2С2О4 разложение диоксида

марганца в) Н2О2 пассивация

Таблица 7.4 Дезактивация 1-го контура реактора ВВЭР в сборе

АЭС, энергоблок, реактор

Год пуска энер-го-

блока

Год про-ведения дезакти-вации

Наличие на внутренней поверхности

корпуса реакто-ра коррозионно-стойкой наплав-

ки

Проведение дезактивации первого кон-тура с невы-груженной (+) или выгру-женной

(-) из реактора активной зо-

ной Нововоронежская АЭС

энергоблок № 1 Реактор ВВЭР-210

1964 1984 Имеется +

Нововоронежская АЭС энергоблок № 2

Реактор ВВЭР-365 1969 1981

1985 Отсутствует + +

АЭС Козлодуй энергоблок № 1 Реактор ВВЭР-440 1974 1993 Отсутствует –

Ловиса № 2 Реактор ВВЭР-440 1980 1994 Имеется

АЭС Козлодуй энергоблок №3 Реактор ВВЭР-440 1980 1994 Имеется –

Нововоронежская АЭС энергоблок № 3 Реактор

ВВЭР-440 1971 2001 Отсутствует –

Нововоронежская АЭС энергоблок № 4 1972 2002 Отсутствует –

Таблица 7.2 Дезактивирующие растворы и эффективность ее применения на РБМК-1000 АЭС БЛОК Год Химическая

дезактивация Объем отходов Время обработки Коэффициент дезактивации

Выведено Fe, кг Выведено

РН, Ки м3 час калачи Боксы

ГЦН РГК БС ОТ Ср. геом.

ЛАЭС 1 1976 Н2С2О4+NH4OH+Н2О2 926 10000 н/д1 100 2,1 2,95 н/д н/д н/д 2,5 ЛАЭС 2 1977 Н2С2О4+NH4OH+Н2О2 1300 6000 4300 95 2,8 5,85 н/д 5,05 н/д 4,4 ЛАЭС 4 1998 Н2С2О4+Н2О2 820 3000 н/д н/д 5,4 1,30 1,10 0,74 2,50 1,7 Fugen

(Япония) 1999 1) KMnO4 + NaOH 2) Н2С2О4+N2H4

62 460 2580 270+180(ФСД2) н/д 14,5 н/д 4,2 3,2 5,8

ЛАЭС 1 1982 20 % Н2С2О4+Н2О2 6900 н/д 92 н/д н/д н/д н/д н/д 3,2 ЛАЭС 1 1989 Н2С2О4+KNO3+Н2О2 500 1000 н/д 118 25 2,9 2,1 10,1 6,3 ЛАЭС 3 1995 Н2С2О4+KNO3+Н2О2 900 1940 2460 160+280(ФСД) 18 1,4 0,5 3,2 2,5 ЛАЭС 3 2001 Н2С2О4+KNO3 290 2732 1200 62+108(ФСД) 3,15 3 1,1 1,1 4,2 2,2 ЛАЭС 4 2003 Н2С2О4+KNO3 370 5000 1200 55+96(ФСД) 3,2 4,3 1,4 0,6 4,3 2,2 САЭС 1 2000 HNO3 (2 цикла) 94 387 н/д 216 1,22 1,21 1,21 1,21 1,2 САЭС 1 2004 HNO3+Н2С2О4 514 6595 н/д 337 2,5 1,5 0,74 1,4 1,4 САЭС 2 2000 HNO3 86 893 н/д 72 5,81 1,54 1,37 0,96 1,8 САЭС 2 2001 HNO3 86 1420 н/д 53 4,9 5,3 1,2 1,2 2,5 САЭС 2 2002 HNO3+Н2С2О4 664 9775 686 119 9,0 2,6 1,75 0,80 2,4 САЭС 3 2000 HNO3 60 188 н/д 84,5 1,6 САЭС 3 2001 HNO3 113 289 н/д 65 1,9

1 Нет данных 2 Время, затраченное на доведение теплоносителя до стояночных норм с помощью очистки его на фильтрах смешанного действия (ФСД)

Ct = C0exp(–ft/V) (7.4)

где Ct — концентрация к определенному моменту t, г/л; С0 — концентрация в на-чальный момент, г/л; f – расход промывной воды, л/ч; V — объем системы, л; t — время, через которое будет получена концентрация Ct , ч.

Для упрощения расчета времени удаления растворов выражение (7.1) преобразуем к виду:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

CCln

fVt

t

0 (7.5)

Количество вводимых в контур реагентов при одновременном сливе вытесняемой воды можно рассчитать по выражению

Ct = Cf[1 – exp (–ft/V)] (7.6)

где Cf – концентрация вводимого в систему раствора, г/л; f – скорость введения раствора, м3/ч.

ЛЕКЦИЯ 8. Технология дезактивации 1-го контура

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25t

A(t

)

Область растворения

Областьнасыщения (принятия решения)

Областьседимен-тации

ti-1 ti

Ci-1

Ci

C(t)

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25t

A(t

)




ti-1 ti

Ci-1

Ci

C(t)

Рисунок 8.1 – Изменение удельной активности радионуклидов при

химдезактивации

-1

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20 25t

dA(t

)/dt




ti-1 ti

dC/dt

Критическоезначение

производной

Принятие решения об окончании отмывки

Ложное принятие решения об окончании отмывки

(Ci-Ci-1)/(ti-ti-1)

-1

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20 25t

dA(t

)/dt

-1

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20 25t

dA(t

)/dt




ti-1 ti

dC/dt

Критическоезначение

производной

Принятие решения об окончании отмывки

Ложное принятие решения об окончании отмывки

(Ci-Ci-1)/(ti-ti-1)

Рисунок 8.2 – Изменение производной от удельной активности по вре-

мени при химдезактивации

1

10

100

1000

10000

-5 0 5 10 15 20 25 30

Время, ч


онны

й критерий

(Удельная активность

радионуклидов

, мкК

и/кг

)

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Радиационн

ый критерий

Текущее значение концентрационного критерия

Реальное время определения концентрационного критерия после окончания анализа проб (+2 часа)Граница концентрационного критерияУдельная активностьРадиационный критерий

Возможность принятия решения об окончании этапа

по радиационному критерию


по концентрационному критерию Фактическое начало вытеснения раствора

ΔT0Граничное значение

радиационного критерия

1

10

100

1000

10000

-5 0 5 10 15 20 25 30

Время, ч


онны

й критерий

(Удельная активность

радионуклидов

, мкК

и/кг

)

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Радиационн

ый критерий

Текущее значение концентрационного критерия

Реальное время определения концентрационного критерия после окончания анализа проб (+2 часа)Граница концентрационного критерияУдельная активностьРадиационный критерий


по радиационному критерию


по концентрационному критерию Фактическое начало вытеснения раствора

ΔT0Граничное значение

радиационного критерия

Рисунок 8.3 – Изменение концентрационного и радиационного крите-

риев в ходе химической дезактивации 3 блока ЛАЭС (2005)

32

59Fe

0,1

1

10

0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000

С, мкКи/л

МД, мЗв/ч

+10.8 ОТ (1)

+10.8 ОТ (2)

МД0

А0*Сn

Рисунок 8.4 - Зависимость показаний гамма-датчиков от концентрации 59Fe при дезак-

тивации контура РБМК-1000

При невысокой удельной активности радионуклидов (менее 1-4 мкКи/кг) показания ГД не регистрируют изменения активности, с ростом активности зависимость принимает степенной характер:

МД=

0 k

А *С при С> 1-4 мкКи/кг

0 ±МД Δ±МД ΔМД ΔМД при С< 1-4 мкКи/кг

МД=

0 k

А *С при С> 1-4 мкКи/кгМД=

0 k

А *С при С> 1-4 мкКи/кг

0 ±МД Δ±МД ΔМД ΔМД при С< 1-4 мкКи/кг0 ±МД Δ±МД ΔМД ΔМД при С< 1-4 мкКи/кг±МД Δ±МД ΔМД ΔМД при С< 1-4 мкКи/кг

(8.1)

Полученные результаты позволили сформировать критерий дифференциального типа, основанный на показаниях гамма-датчиков (радиационный критерий). Критерий пред-ставляет собой выражение вида

dtdP

P)t(K α=

(8.2)

P – мощность дозы; сЗв/ч

α - коэффициент имеющий размерность времени и характеризующий промежуток времени между двумя снятиями показаний гамма-датчиков.

∫ ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −= dt)t(C)t(CG)t(A

выхвх (8.3)

G – расход дезактивирующего раствора через СВО.

1

10

100

1000

10000

0 20 40 60 80 100 120 140

t, час

Значение

критерия

0,001

0,01

0,1

1

10

A(t

), Ки

[С(t

), 10

-7Ки/кг

]

A(t) C(t) K (t)

Граничное значение критерия

Химобработка с выведением радионуклидов на СВО

Выведениекислот

Момент окончания химобработки по критерию

1

10

100

1000

10000

0 20 40 60 80 100 120 140

t, час

Значение

критерия

0,001

0,01

0,1

1

10

A(t

), Ки

[С(t

), 10

-7Ки/кг

]

A(t) C(t) K (t)

1

10

100

1000

10000

0 20 40 60 80 100 120 140

t, час

Значение

критерия

0,001

0,01

0,1

1

10

A(t

), Ки

[С(t

), 10

-7Ки/кг

]

A(t) C(t) K (t)

Граничное значение критерия

Химобработка с выведением радионуклидов на СВО

Выведениекислот

Момент окончания химобработки по критерию

Рисунок 8.5 – Суммарная удельная активность и выведение некоторых радионукли-дов (51Cr; 60Со; 54Mn; 95Nb) во время азотнощавелевокислой дезактивации 2-го блока

Смоленской АЭС в 2002 г. Таблица 8.1. Хронология операций по химической дезактивации 3 блока Дата t, час Операция

06.11.01 2:45 0,00 начата подача раствора нитрата калия 06.11.01 3:10 0,42 закончена выдача 15 м3 нитрата калия 06.11.01 3:20 0,58 начата подача раствора щавелевой кислоты 06.11.01 7:05 4,33 закончена подача раствора щавелевой кислоты 06.11.01 10:55 8,17 добавлено 5 м3 нитрата калия 06.11.01 16:40 13,92 начато вытеснение дезактивационного раствора из КМПЦ

06.11.01 21:10 18,42 прекращено вытеснение дезактивационного раствора из КМПЦ из-за дефекта насоса

07.11.01 4:20 25,58 продолжено вытеснение дезактивационного раствора из КМПЦ 07.11.01 19:30 40,75 закончено вытеснение дезактивационного раствора из КМПЦ 07.11.01 22:00 43,25 закончена промывка ПТЗ 08.11.01 4:20 49,58 начата подача нитрита калия 08.11.01 4:45 50,00 закончена выдача нитрита калия 08.11.01 11:10 56,42 начата корректирующая подача нитрита калия 08.11.01 11:25 56,67 закончена корректирующая подача нитрита калия 08.11.01 16:30 61,75 включены в работу ионообменные фильтры БО КМПЦ

Таблица 8.2. Хронология операций по химической дезактивации 4 блока Дата t, час Операция

33

01.02.03 13:15 0,00 начата подача раствора нитрата калия 01.02.03 13:40 0,42 закончена выдача 15 м3 нитрата калия 01.02.03 14:25 1,17 начата подача раствора щавелевой кислоты 01.02.03 19:00 5,75 закончена подача раствора щавелевой кислоты 02.02.03 22:40 33,42 начато вытеснение дезактивационного раствора из КМПЦ

03.02.03 1:45 36,50 закончено вытеснение дезактивационного раствора из КМПЦ, переход к промывке ПТЗ

03.02.03 4:00 38,75 начата промывка НК-ВК 03.02.03 10:35 45,33 начата подача нитрита натрия (1 порция) 03.02.03 12:35 47,33 продолжена подача нитрита натрия (2 порция) 03.02.03 13:40 48,42 закончена выдача нитрита натрия 03.02.03 21:00 55,75 включены в работу ионообменные фильтры БО КМПЦ (4А-0102/2)

0,001

0,01

0,1

1

10

100

1000

0 20 40 60 80 100 120 140 160

t, час

[Fe], мг/л

4-2003

3-2001

Рис. 8.6. Изменение концентрации железа на 3 и 4 блоках при проведении химдезакти-

вации

Zr

0,001

0,01

0,1

1

0 10 20 30 40 50 60

t, час

С , мг/л

3 ЭБ

4 ЭБ

Рис. 8.7. Изменение концентрации циркония на 3 и 4 блоках при проведении химдезак-

тивации

Fe-59

0,01

0,1

1

10

100

1000

-20 0 20 40 60 80 100t, час

С , мг/л

4 ЭБ

3 ЭБ

мКи/л Fe-59

0,01

0,1

1

10

100

1000

-20 0 20 40 60 80 100t, час

С , мг/л

4 ЭБ

3 ЭБ

мКи/л

Рис. 8.8. Изменение концентрации 59Fe во время химдезактивации 3 и 4 блоков

34

Отм

ывк

а 3 ЭБ

200

1"0

"= 6

.11.

01 2

:45

0

3

6

9

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

t, часы

рН

1

10

100

1000

pH

X

X, pH

ввод

H2C

2O4

нач

. вытеснен

ия

кон

. вытеснен

ия

ввод

KN

O3

Вкк

л. БО

вкл.

новый

ИО

фил

ьтр

1 ГЦН

на сторон

у

откл.

ГЦН

Х, мкСим/мин

Рис. 8.9. Изменение химсостава теплоносителя в ходе дезактивации

контура и после очистки дезраствора на ФСД (3 блок 2001 г.)

C

GtGti-1 Gti

Ci-1

Ci

(Ci-1+Ci)/2

QMe=(Ci-1+Ci)(ti-1-ti)G/2C

GtGti-1 Gti

Ci-1

Ci

(Ci-1+Ci)/2

QMe=(Ci-1+Ci)(ti-1-ti)G/2

Рисунок 8.10 – Метод расчета выведенной активности

Ci-1 ⎯ концентрация металла на предыдущем этапе (к концу этапа);

ti-1 ⎯ время окончания предыдущего этапа (начала вытеснения, момента останова вытеснения, момента возобновления вытеснения);

ti ⎯ время начала настоящего этапа (момента останова вытеснения, момента возоб-новления вытеснения);

G ⎯ производительность по вытеснению.

Таблица 8.3 Количество металлов, выведенное из контура

.

0,1

1

10

100

1000

10000

23.04.0412:00

24.04.040:00

24.04.0412:00

25.04.040:00

25.04.0412:00

26.04.040:00

26.04.0412:00

27.04.040:00

27.04.0412:00

28.04.040:00

Дата

Кон

цент

раци

я, мкК

и/кг

1

10

100

1000

10000

100000

Кон

цент

раци

я жел

еза,

мкг

/кг

ПД АПК Zr+Nb Железо

Ввод HNO 32 ввод H 2 С 2 O 4 3 ввод H 2 С 2 O 41 Выведение кислот

Рисунок 8.11 ⎯ Изменение концентрации железа, активированных

продуктов коррозии нержавеющей стали, продуктов деле-ния и 95Zr + 95Nb в ходе химической дезактивации 1 блока СмАЭС в 2004 г.

Металл Вытеснение НПФК ФСД Fe 235,0 12,6 7,0 Cu 4,9 0,2 1,3 Ni 8,8 0,3 0,5 Cr 5,0 0,4 0,6 Zr 0,29 0,3 0,01

35

1

10

100

1000

10000

23.04.0412:00

24.04.04 0:00 24.04.0412:00

25.04.04 0:00 25.04.0412:00

26.04.04 0:00 26.04.0412:00

27.04.04 0:00 27.04.0412:00

28.04.04 0:00

Дата

Кол

ичеств

о вы

веденн

ой акт

ивно

сти,

Ки

(жел

еза,

кг)

PH Fe

Ввод HNO 32 ввод H 2 С 2 O 4 3 ввод H 2 С 2 O 41 Выведение кислот

Рисунок 8.12 ⎯ Изменение выведенной активности и железа в ходе

химической дезактивации 1 блока СмАЭС в 2004 г.

y = 38831e-1,65x

R2 = 0,93

y = 32949,97e-1,60x

R2 = 0,83

y = 165794e-1,891x

R2 = 0,985

y = 17107e-1,84x

R2 = 0,76

y = 11741e-1,41x

R2 = 0,93

y = 3831e-1,50x

R2 = 0,78

0,1

1

10

100

1000

10000

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5

рН

Удельная активность

дезактивирующего раствора

, мкК

и/кг

САЭС-4-2006 САЭС-2-2005 САЭС-1-2004 ЛАЭС-3-2001ЛАЭС-4-2003 ЛАЭС-4-2006 С-3-06 С-2-05С-1-2004 Л-3-01 Л-4-03 Л-4-06

С-3-06

С-2-05

С-1-04

Л-3-01

Л-4-03

Л-4-06

Рисунок 8.13 – Зависимость суммарной удельной активности радио-

нуклидов от рН дезактивирующего раствора, содержащего щавелевую кислоту

Таблица 8.4 Коэффициенты дезактивации по отдельным видам обору-дования и трубопроводов при дезактивации 4 блока НВАЭС

Оборудование и трубопроводы Коэффициент дезактивации

Оборудование и трубопроводы петель ГЦН 3,5 Коллекторы парогенераторов 4,1

Верхний блок 4,6 Компенсатор объема 2,9

Регенеративный теплообменник продувки первого конту-ра 6,1

0,01

0,1

1

10

100

1000

12.11.96 13.11.96 14.11.96 15.11.96 16.11.96 17.11.96

Удельня

а активн

ость

, кБк

/дм3

50

100

150

200

250

300

Температура

, оС

Fe-59 Со-58 Со-60 Zr-95 I-131 Т

Рисунок 8.14 – Изменение активности радионуклидов при «мягкой» де-зактивации 5 блока НВАЭС

Таблица 8.5 Эффективность безреагентных способов дезактивации

АЭС БЛОК Год Барботажная промывка

Циркуляционная промывка Выведено Fe Выведено РН Объем

отходов Время

обработки Коэффициент дезактивации

кг Ки м3 час калачи Боксы ГЦН РГК БС ОТ Ср.

геом. ЛАЭС 2 2000 -* X** 142 0 103

ЛАЭС 2 1984 - Х (О2)*** 670 69 2,4 2 2,46 1,14 1,82 1,9

ЛАЭС 3 1984 - Х (О2) 2,3 227 63 4,2 1,1 0,9 1,9 1,7

ЧАЭС 2 1984 - Х (СО2) 2,6 427 64 6,4 10,4 1,28 1,05 2,4 2,9

ЧАЭС 3 1984 - Х (СО2) 142 2,3 3,5 1,8 1,6 1,25 2,0

ЧАЭС 1 1984 - Х (СО2) 160 92 3,1 2,6 1,5 1,22 2,0

ИАЭС 1 2000 Х Х 20 1140 до 120

ИАЭС 2 2001 Х Х 37 1543 до 120

ИАЭС 1 2002 Х Х 17 1420 до 120

САЭС 1 2002 - Х 4,5 530 65

САЭС 2 2003 - Х 10,7 852,3 173 2,0 2,2 2,7 2,28

САЭС 2 2004 Х Х 34 644 135 1,3

САЭС 3 2002 - Х 11,7 217 57 1,62

САЭС 3 2003 - Х 21,5 1300 84,5 1,41

САЭС 3 2004 Х Х 28 2680 0 103 2,8 2,4 1,3 1,3 1,84

кг Ки м3 час калачи Боксы ГЦН РГК БС ОТ Ср.

геом.

* Операция не проводилась

** Операция проводилась

*** Введение газов в теплоноситель

y = 1E-12x3,9784

R2 = 0,92 (1)

y = 6E-13x3,8983

R2 = 0,67 (2)

0,1

1

10

100

1000 10000

W, МВт

С, мкКи/кг

1 сутки послеостанова

2-5 сутки послеостанова

1 сутки послеостанова

2-5 сутки

1

2

Рисунок 8.15 - Изменение концентрации 131I после останова в зависимости от мощности

реактора перед остановом

131 I

133 I

134 C

s

137 C

s

99M

o

Сум

ма ПД

131 I

133 I

134 C

s

137 C

s

99M

o

Сум

ма ПД

0,1

131 I

133 I

134 C

s

137 C

s

99M

o

Сум

маПД

131 I

133 I

134 C

s

137 C

s

99M

o

Сум

маПД

1

10

100

1000

10000

Удельнаяактивность

, кБ

/кг

Через 16 ч после остановаПеред остановом

3 блок 1 блок

131 I

133 I

134 C

s

137 C

s

99M

o

Сум

ма ПД

131 I

133 I

134 C

s

137 C

s

99M

o

Сум

ма ПД

0,1

131 I

133 I

134 C

s

137 C

s

99M

o

Сум

маПД

131 I

133 I

134 C

s

137 C

s

99M

o

Сум

маПД

1

10

100

1000

10000


, кБ

/кг

1

10

100

1000

10000


, кБ

/кг

Через 16 ч после остановаПеред остановом

3 блок 1 блок

Рисунок 8.16 – Удельная активность ПД в теплоносителе перед остановом и через 16 часов после останова на Смоленской АЭС в 2004 г. (1 блок – останов с 50 % мощности,

3 блок – останов со 100 % мощности)

151413121110985 764321

0,01

0,1

1

10

100

1000

18 апр 19 апр 20 апр 21 апр 22 апр 23 апрДата

Удельная активность

, мкК

и/кг

0

1

2

3

4

5

6

Гамма-датчик

на БО

, мкР

/с

Cr-51 Fe-59 Zr+Nb I-131 БО-1

расхолаживание барботаж

Рисунок 3.6 – Изменение удельной активности некоторых радионукли-

дов коррозионного происхождения и 131I при расхолажива-нии и барботаже 1 блока САЭС (2004).

№ Дата и время Время от оста-нова, час Наименование операции

18.04.04 0:27 0 АЗ-5

1 18.04.04 10:27 10,0 Продувка СПиР

2 18.04.04 16:00 15,5 Схема работы СПиР: НК→СПиР→БС

3 19.04.04 3:15 26,8 Переход СПиР: НК→СПиР→БС

4 19.04.04 20:50 44,3 Включение НР-2

5 20.04.04 0:50 48,4 Закрыли ПРГК; НР-1 включен

6 20.04.04 2:39 50,2 начало продувки дренажей КМПЦ

7 20.04.04 4:30 52,1 промывка коллекторов САОР с помощью АПЭН-13

8 20.04.04 16:00 63,5 Настой 30 мин. Включение НР-1

9 20.04.04 22:20 69,9 Конец этапа расхолаживания. Включение СВО-12. Начало бар-ботажного режима

10 21.04.04 0:30 72,1 Начало закрытия ЗРК. Перевели возврат воды из СПиР в БС.

11 21.04.04 5:38 77,2 Начало промывок ПРГК

12 21.04.04 15:00 86,6 Открыты все ПРГК

13 22.04.04 0:00 95,6 Промывка ТК обратным током.

14 22.04.04 7:25 103 Все ЗРК по П1 и П2 закрыты. Все ПРГК - открыты.

15 22.04.04 15:15 110,8 Открытие ЗРК на П1 и П2 Конец барботажного режима.

Таблица 8.6 – Выведение железа и радионуклидов при проведении операций останова,

барботажа и промывки на РБМК-1000 по данным актов САЭС и ЛАЭС

38

АЭС Блок Год Этап Длитель- ность, час

Выведено Fe, кг

Выведено радио-

нуклидов, Ки**

Актив- ность на 1 кг Fe, Ки

1/2 W0 168 -* 115 Барботаж 192 -* 131 ЛАЭС 3 2001

Цирк. промывка 120 -* -* Расхолажива-ние 24 1,5 75 50

Барботаж 48 22,6 1363 60 3 2004 Цирк. промывка 24 2,6 256 98

1/2 W0 82 0,04 50 1250 Расхолажива-ние 61 1,4 146 104

Барботаж 43 23,2 843 36 1 2004

Цирк. промывка 20 4,3 383 89 Расхолажива-ние, 1

этап 16 0,01 27 2700

Расхолажива-ние, 2 этап 41 0,15 54 360

Барботаж 26 4,8 212 44

САЭС

2 2005

Цирк. промывка 16 3,8 57 15 Примечания. *Не производили замеров. **Только по радионуклидам активационного происхождения (сумма 51Cr;

54Mn; 58Co; 59Fe; 60Co; 95Zr и 95Nb)

10

100

1000

10000

Кислотная

дезактивация

Промывка

Барботаж

Промывка

Кислотная

дезактивация

Повторный

барботаж

Повторная

пром

ывка

А, Ки

Дезактивация 3 блока в 2001 г.Дезактивация в 2 этапа 1995 г.

Технология Т1 Технология Т2

■ – Zr-95+Nb-95; - Fe-59+Co-58+Co-60+Mn-54+Cr-51

Рисунок 8.17 – Пооперационный вывод удаленной активности при проведении дезактиваций КМПЦ на 3 блока ЛАЭС

Таблица 8.7 – Состав мазков с внутренней поверхности оборудования 2 блока во время останова 2005 г. (% ).

Дата Место отбора Cr51 Mn54 Co58 Fe59 Co60 Zr95 Nb95 Hf181 Ru103 Sb124 Zn65

23.03 НК 38,6 8,9 2,9 16,0 4,3 6,4 11,2 0,4 0,1 6,6 0,8

29.03 ОК РГК 27,9 12,2 7,4 18,2 10,9 5,4 9,7 0,4 7,4 0,5

04.04 НЗ. ГЦН-

22 50,5 4,3 1,6 7,1 3,3 5,9 15,3 0,5 11,5

04,04 НЗ ГЦН-

23 66,9 5,6 2,3 8,8 3,7 3,7 5,5 0,2 3,3

11.04 НЗ ГЦН-

24 36,5 7,5 2,9 9,1 5,9 3,0 14,4 0,1 1,6 17,6 0,1

11.04 НЗ ГЦН-2 47,9 4,1 1,7 4,8 4,9 5,4 20,0 0,2 0,7 9,7

1 0 2 1 2 2 0 4 2143

5 4 121 10 0 3 16 1 1

375152

135

286

464

270

41

199

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 02 03

Количество заглушенных ТОТ

Бескоррекционный ВХР

Глушение ТОТ только по фактам течейГлушение по данным ВТК

Коррекционный ВХР

Рисунок 9.1 - Динамика глушения дефектных трубок в парогенераторах энергоблока

№3 Нововоронежской АЭС

9. ДЕЗАКТИВАЦИЯ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ ВВЭР

При проведении дезактивации ПГ АЭС с ВВЭР-440 применяются следующие рецептуры дезактивирующих растворов.

АР-ОХ метод дважды применялся на АЭС «Ловииса» (Финляндия). Первый (окислительный) раствор:

39

едкое кали (KOH) - 50 г/л;

перманганат калия (KMnO4) - 5 г/л Второй (восстановительный) раствор:

щавелевая кислота (H2C2O4) - 12 г/л;

перекись водорода (H2O2) - 1 г/л;

Продолжительность обработки поверхностей каждым раствором - до 4 ч.

После обработки каждым раствором проводится водная промывка дистиллятом.

AP-Сitrox метод применяется на АЭС «Пакш» (Венгрия): Первый (окислительный) раствор:

едкий натр (NaOH) - 10 г/л;



лимонная кислота (H6С6O7) - 10 г/л;

Пассивация осуществляется раствором перекиси водорода, затем осуществляется промывка аммиаком. С целью ускорения растворения отложений в раствор щавелевой и лимонной кислот в ряде случаев добавлялись соли ванадия. Длительность обработки каж-дым раствором - до 4 ч. После обработки каждым раствором проводится водная промывка дистиллятом.

На АЭС с ВВЭР-440 в России, Украине и Болгарии для дезактивации ПГ при-меняется АР-ОХ метод при использовании раствора следующего состава:

Первый (окислительный) раствор:

едкое кали (KOH) - 30 г/л;



азотная кислота (HNO3) - 10 г/л;

Дезактивация трубчатки и коллекторов ПГ согласно инструкции по эксплуа-тации ПГ предусматривает следующие стадии:

- заполнение отсеченного ПГ раствором перманганата и гидроксида калия с концен-трациями 2-5 и 30-40 г/л соотв.

- циркуляция раствора насосом по трубкам при 90-95°С в течение 1-3 ч (подогрев со стороны со стороны 2 контура)

- вытеснение раствора сжатым воздухом - промывка ПГ чистым дистиллятом в течение 1 ч - заполнение ПГ раствором щавелевой кислоты 10-30 г/л и азотной кислоты 1 г/л

(или перекиси водорода 0,5 г/л) - циркуляция раствора по трубкам ПГ в течение 1-3 ч - удаление раствора из ПГ - промывка трубок раствором гидроокиси калия 2 г/л - промывка трубок ПГ дистиллятом

9.3 Обобщение опыта проведения дезактиваций парогенераторов

9.3.1 Дезактивация парогенераторов на энергоблоках 3 и 4 Нововоро-нежской АЭС

1 стадия – обработка при температуре раствора 80÷90оС в течение 1÷2 ч щелочным раствором:

Щелочной раствор перманганата калия выполняет следующие функции:

Окисление окиси хрома Сr2О3 до хромата иона СrO42–;

Окисление нерастворимого феррохромата FeCr2O4 до растворимой формы хромат-иона СrО4

2–;

Окисление двухвалентного железа (Fe2+) до трёхвалентного (Fe3+);

Последующее уменьшение окисной пленки.

При обработке щелочным раствором с поверхности дезактивируемого оборудова-ния удаляется практически весь радиоактивный хром (Сr2+).

2 стадия – обработка при температуре 80÷90оС в течение 2,5÷3 ч кислотным рас-твором

Основная цель обработки дезактивируемой поверхности кислотным (щавелевокис-лым) раствором заключается в снятии и удалении радиоактивных продуктов коррозии, со-держащих долгоживущие радионуклиды железа, кобальта, марганца, хрома и осколков деле-ния.

Химическое уравнение процесса выглядит следующим образом:

Me2O3 + 3H2C2O4 ↔ Me2 (C2O4) + 3H2O

где: Me2O3 – трёхвалентные оксиды металлов в пленки и слоя отложений на по-верхности металла.

9.3.2 Обобщение опыта дезактиваций парогенераторов на энергоблоках 1-4 Кольской АЭС

Таблица 9.1 Технические данные установки дезактивации «Маруся» [24] Наименование Значение

40

Объемная подача, м3/ч 860

Напор, м 3

Давление на входе в насос, кгс/см2 2

Мощность электродвигателя насоса, кВт 18,5

Число оборотов на валу, об/мин 975 Средняя скорость циркуляции в трубном пучке ПГ, м/с 0,63

Коэффициент дезактивации 50-90

1-я стадия - обработка щелочным раствором (3% КОН + 0,5% КМnО4) продолжи-тельностью до 2,5 ч.

2-я стадия - обработка кислотным раствором (3% Н2С2О4 + 0,1% НNO3) продол-жительностью до 2,5 ч.

Дезактивация парогенераторов на Кольской АЭС с 1996 г. не проводится.

9.3..3 Обобщение опыта дезактиваций парогенераторовна энергобло-ках Ровенской АЭС

Таблица 9.2 - Техническая характеристика установки автономной дезактивации парогенераторов [24]

ХАРАКТЕРИСТИКИ Параметры

Коэффициент дезактивации 50-90 Время дезактивации одного парогенератора Не более 2-х суток Способ дренирования отработанных растворов Вытеснение сжа-

тым воздухом Давление воздуха для дренирования отработанных растворов

Не более 5 кгс/см2

Производительность насоса 860 м3/ч Диаметр насосного устройства Ø 700мм Средняя скорость в трубном пучке парогенератора 0,63 м/с Напор, развиваемый насосом 3 м Давление на входе рабочего колеса насоса 2 атм Тип электродвигателя привода насоса А-02-71-40М2 Асинхронный, трехфазный,

закрытый, обдуваемый Исполнение электродвигателя насоса по монтажу Вертикальный Мощность электродвигателя насоса 22 кВт Рабочий объём растворного бака 3м3

38

4

9 2 5 6 7

1 Рисунок 9.2 - Схема используемой на Ровенской АЭС установки дезактивации парогенера-

торов «УАДПГ»: 1 – корпус парогенератора; 2 – трубчатка парогенератора; 3 – сжатый воздух; 4 – электродвигатель; 5 – насосное устройство; 6 – коллекторы; 7 – устройство “холостое”; 8 – бак для приготовления дезрастворов; 9 – сброс отработанных растворов

41

9.3.4 Обобщение опыта дезактиваций парогенераторов на энергобло-ках №1-4 АЭС Богунице

Автоматизированная установка «Dekoz PG» применяется на блоках ВВЭР-440 АЭС Богунице и Дукованы с 1980-х г. для дезактивации ПГ по технологии «АP/Citrox»:

Первый (окислительный) раствор:

- 1% NaOH+0,5% KMnO4

Второй (травильный) раствор:

- 1% лимонной и щавелевой кислот

Кроме того, опробованы добавки солей ванадия V2+ и ЭДТА.

Таблица 9.3 - Результаты химического контроля дезактивирующего раствора в процессе дезактивации ПГ-16 АЭС Богунице

Дата Дезраствор Проба Концентрация продуктов коррозии, мг/л pH Цикл 1 Fe Co Ni Cr

11.4.2002 AP 1 12,2 12,0 < 0,5 151,4 13,3 11.4.2002 AP 2 15,0 9,8 9,6 520,8 11.4.2002 AP 3 14,6 9,6 4,2 632,6 11.4.2002 AP 4 10,2 5,2 < 0,5 573,8 12.4.2002 Citrox 1 868,8 5,8 7,0 84,0 1,4 12.4.2002 Citrox 2 977,8 6,4 3,4 99,6 12.4.2002 Citrox 3 1048,0 3,4 9,6 116,6 12.4.2002 Citrox 4 1299,4 14.0 11,4 162,6 Цикл 2

13.4.2002 AP 1 < 0,2 6,0 11,2 335,8 13,3 13.4.2002 AP 2 9,4 6,6 5,6 422,8 13.4.2002 AP 3 9,4 5,2 7,6 442,8 13.4.2002 AP 4 6,8 0,8 3,8 433,2 14.4.2002 Citrox 1 392,0 5,2 11,4 63,0 1,4 14.4.2002 Citrox 2 349,8 2,8 8,6 69,6 14.4.2002 Citrox 3 393,8 3,0 8,2 75,8 14.4.2002 Citrox 4 387,8 6,2 9,2 79,2 14.4.2002 Вода + H2O2 1 33,8 3,6 10,6 12,4 2,7 14.4.2002 Вода 1 8,4 3,0 11,6 3,4 4,2 15.4.2002 Вода 2 14,6 10,8 14,8 5,6 6,4 15.4.2002 Вода 3 14,6 14,0 20,4 5,8 6,3 15.4.2002 Вода 4 13,2 6,6 42,4 3,8 6,5 15.4.2002 Вода 5 15,8 14,4 19,0 6,0 6,4 15.4.2002 Пассивация* 1 22,6 11,8 28,2 18,6 9,9

* - для пассивации использован раствор аммиака с гидразингидратом - NH3 + N2H4

Таблица 9.4 - Результаты измерений удельной активности дозообразующих радионуклидов коррозионного происхождения в дезактивирующем растворе в процессе

дезактивации ПГ-16 АЭС Богунице

Дата Раствор Проба Удельная активность, кБк/л

Цикл 1 умма Cr-51 Mn-54 Co-58 Fe-59 Co-60

11.4.2002 AP 1 6,8 E+3 9,8 E+2 7,4 E+1 6,9 E+1 2,0 E+1 4,2 E+1 11.4.2002 AP 2 1,5 E+4 1,5 E+3 7,8 E+1 7,2 E+1 - 3,2 E+1 11.4.2002 AP 3 1,4 E+4 1,4 E+3 6,1 E+1 6,0 E+1 - 2,4 E+1 11.4.2002 AP 4 1,6 E+4 1,4 E+3 6,1 E+1 4,5 E+1 - 1,8 E+1 12.4.2002 Citrox 1 4,9 E+4 6,2 E+2 9,1 E+3 8,3 E+3 2,4 E+3 7,3 E+3 12.4.2002 Citrox 2 5,2 E+4 7,0 E+2 9,7 E+3 9,8 E+3 2,5 E+3 8,3 E+3 12.4.2002 Citrox 3 5,9 E+4 7,1 E+2 9,9 E+3 1,4 E+4 2,4 E+3 1,1 E+4 12.4.2002 Citrox 4 4,4 E+4 7,1 E+2 9,7 E+3 5,7 E+3 2,5 E+3 5,1 E+3 Цикл 2

13.4.2002 AP 1 3,2 E+3 1,4 E+2 2,6 E+2 8,1 E+2 - 6,5 E+2 13.4.2002 AP 2 2,9 E+3 1,5 E+2 2,5 E+2 5,6 E+2 - 4,5 E+2 13.4.2002 AP 3 2,5 E+3 1,5 E+2 2,4 E+2 5,0 E+2 - 4,0 E+2 13.4.2002 AP 4 2,0 E+3 1,6 E+2 2,1 E+2 1,7 E+2 - 1,3 E+2 14.4.2002 Citrox 1 1,0 E+4 - 2,3 E+3 1,2 E+3 8,5 E+2 1,5 E+3 14.4.2002 Citrox 2 1,0 E+4 - 2,3 E+3 1,2 E+3 8,3 E+2 1,5 E+3 14.4.2002 Citrox 3 1,1 E+4 - 2,4 E+3 1,2 E+3 8,5 E+2 1,5 E+3 14.4.2002 Citrox 4 1,0 E+4 - 2,4 E+3 1,1 E+3 8,7 E+2 1,4 E+3

Таблица 9.5 - Результаты химического контроля дезактивирующего раствора в процессе дезактивации ПГ-26 АЭС Богунице

Дата Дезраствор Проба Концентрация продуктов коррозии, мг/л Цикл 1 Fe Co Ni Cr 5.9.2002 AP 1 < 0,5 < 0,5 < 0,5 278,6 5.9.2002 AP 2 < 0,5 < 0,5 < 0,5 321,6 5.9.2002 Citrox 1 1476,0 < 0,5 17,2 79,6 5.9.2002 Citrox 2 1086,2 < 0,5 6,0 56,0 Цикл 2 5.9.2002 AP 1 - - - - 5.9.2002 Citrox 1 - - - - 6.9.2002 H2O2 1 26,2 < 0,5 3,2 < 0,4 6.9.2002 Вода 1 33,4 < 0,5 2,8 < 0,4 7.9.2002 Вода 2 < 0,5 < 0,5 1,9 < 0,4

42

Таблица 9.6 - Результаты измерений удельной активности растворенной (Р) и нерастворенной (Н) фракции радионуклидов коррозионного происхождения в дезакти-

вирующем растворе первого цикла дезактивации ПГ-26 АЭС Богунице

Дата Раствор Проба Удельная активность, кБк/л

Цикл 1 умма Cr-51 Mn-54 Co-58 Fe-59 Co-60

5.9.2002 AP 1Р 6,0 E+0 2,9 E+1 5.9.2002 AP 1Н 4,6 E+3 2,6 E+2 3,6 E+1 1,3 E+2 6,5 E+1 5.9.2002 AP 2Р 6,5 E+0 3,3 E+1 5.9.2002 AP 2Н 4,5 E+3 3,1 E+2 3,2 E+1 1,1 E+2 2,7 E+1 6,5 E+1 5.9.2002 Citrox 3Р 4,9 E+2 1,6 E+1 1,7 E+2 2,5 E+1 3,4 E+1 2,8 E+1 5.9.2002 Citrox 3Н 5,5 E+4 2,4 E+3 2,4 E+4 2,2 E+2 2,6 E+4 5.9.2002 Citrox 4Р 4,7 E+2 9,0 E+0 1,7 E+2 2,2 E+1 3,3 E+1 2,6 E+1 5.9.2002 Citrox 4Н 5,5 E+4 2,3 E+3 2,4 E+4 1,8 E+2 2,6 E+4 6.9.2002 Вода 5Р 3,7 E+1 1,5 E+0 1,1 E+1 1,4 E+1 6.9.2002 Вода 5Н 5,5 E+4 8,0E+2 2,3 E+4 2,8 E+4 6.9.2002 Вода 6Р 3,0 E+1 1,0 E+0 9,0 E+0 1,2 E+1 6.9.2002 Вода 6Н 3,8 E+4 5,5 E+2 1,6 E+4 1,9 E +4 7.9.2002 Вода 7Р 3,4 E+1 1,1 E+0 9,0 E+0 1,2 E+1 7.9.2002 Вода 7Н 2,2 E+4 3,3 E+2 9,0 E+3 1,1 E+4

9.3.5 Обобщение опыта дезактиваций парогенераторов на энергоблоках №1-3 АЭС Пакш

Для дезактивации парогенераторов использована штатная двухванновая технология AP-CITROX с добавками ванадия на ранней стадии. Основные стадии технологии AP-CITROX:

Таблица 9.7 - Этапы технологии дезактивации AP-CITROX

Параметры дезактивации №

Этап

Дезактивирующий рас-

твор

Продол-житель-

ность, минТемпература, oC

1. Водная отмывка Чистый конденсат 30 70-90

2. Щелочная обработка Раствор

10 г/л NaOH + 5 г/л KMnO4

180 90


4. Кислотная обработка

Раствор 10 г/л лимонной кислоты

+ 10 г/л щавелевой ки-слоты

180 90


6. Обработка раствором перекиси водорода

Раствор 1 г/л H2O2-

60

70-90

7. Отмывка аммиачной водой

Раствор 1 г/л NH3

30 70-90

8. Водная отмывка Чистый конденсат 30 30

Таблица 9.8 - Данные радиохимического контроля дезактивирующего рас-твора на этапах проведения первого цикла дезактивации парогенератора 3ПГ-4

Удельная активность продуктов коррозии, кБк/кг Этап

Cr-51 Mn-54 Fe-59 Co-58 Co-60 Ag-110m Общее Водная отмывка 7,66E+01 2,35E+01 1,23E+01 9,12E+01 2,75E+02 8,41E+01 5,63E+02

Щелочная обработка 7,56E+02 8,58E+02 4,46E+01 2,08E+02 1,11E+03 1,05E+02 3,08E+03 Водная отмывка 7,40E+01 2,73E+01 2,17E+01 8,14E+01 3,65E+02 2,59E+01 5,95E+02

Кислотная обработка 3,35E+02 1,27E+03 1,33E+03 2,89E+03 9,53E+03 2,32E+02 1,56E+04 Водная отмывка 2,19E+02 1,31E+02 9,36E+01 2,04E+03 5,69E+03 2,20E+01 8,20E+03

В таблице 9.9 представлены результаты радиохимического контроля на этапах вто-рого цикла дезактивации парогенератора 3ПГ-4.

Таблица 9.9 - Данные радиохимического контроля дезактивирующего раствора на этапах проведения второго цикла дезактивации парогенератора 3ПГ-4

Удельная активность продуктов коррозии, кБк/кг Этап

Cr-51 Mn-54 Fe-59 Co-58 Co-60 Ag-110m Общее Водная отмывка 1,83E+02 1,19E+02 7,38E+01 1,38E+03 3,53E+03 8,41E+01 5,37E+03

Щелочная обработка 1,88E+02 7,36E+01 7,68E+01 1,57E+03 4,13E+03 7,20E+01 6,11E+03 Водная отмывка 2,74E+03 6,74E+02 1,10E+03 3,22E+04 9,07E+04 1,91E+01 1,27E+05

Кислотная обработка 5,36E+02 3,55E+02 1,97E+02 1,22E+04 3,38E+04 1,89E+02 4,73E+04 Водная отмывка 3,67E+02 9,12E+01 1,45E+01 5,97E+03 1,65E+04 2,20E+01 2,30E+04

Таблица 9.10 - Интегральное количество выведенных радионуклидов в течение второго цикла дезактивации парогенератора 3ПГ-4 Пакш Суммарная выведенная активность во втором цикле дезактивации, MБк

Cr-51 Mn-54 Fe-59 Co-58 Co-60 Ag-110m Общее 4,24E+04 1,35E+04 1,51E+04 5,39E+05 1,50E+06 4,22E+03 2,12E+06

Разовые дезактивации трубного пучка и коллекторов ПГ на АЭС Пакш в 1993-1999 г. не приводили к существенным эксплуатационным проблемам. Массовые дезактивации ПГ блоков 1-3 АЭС Пакш проводились перед их реконструкциями в 2000-2002 г. Для растворе-ния радиоактивного оксидного слоя использовалась смесь лимонной и щавелевой кислот,

43

нейтрализованная до рН=3 аммиаком, причем для ускорения процесса в качестве восстано-вителя применяли реагент, содержащий ионы ванадия (V2+).

Рисунок 9.3 - Насосный блок для обеспечения циркуляции в высокоскоростной ус-

тановке дезактивации ПГ АЭС Пакш

Рисунок 9.4 - Система обвязки трубопроводов в высокоскоростной установке дезак-

тивации ПГ АЭС Пакш •

Рисунок 9.5 – Внутриколлекторное устройство высокоскоростной установке

дезактивации парогенераторов АЭС Пакш

9.3.6 Обобщение опыта дезактиваций парогенераторов на АЭС Ловииса

На АЭС Ловииса имеется опыт химической дезактивации двух парогенераторов - YB13, YB15. Для дезактивации использован двухванновый метод. При этом использованы следующие три композиции растворов:

⎯ Щелочно-перманганатный раствор:

Едкое кали (KOH) - 50 г/кг

Перманганат калия (KMnO4) - 5 г/кг ⎯ Щавелевокислотный раствор:

Щавелевая кислота (H2C2O4) - 12 г/кг

Перекись водорода (H2O2) - 1 г/кг

леная» зона).

9.4 Электрохимическая дезактивация парогенераторов

Сущность метода заключается в электрохимическом травлении дезактивируемой поверх-ности в электролите под действием постоянного электрического тока плотностью 15÷20 А/дм2. В качестве электролита используется ортофосфорная кислота (Н3РО4) – 30-50 г/л или серная кислота (H2SO4) – 20-40 г/л, а в качестве наполнителя электролита для выносных ка-тодов (диэлектрика) - материал из шерсти, асботкани, углеродной ткани. Дезактивации элек-трохимическим методом подвергались только коллектора парогенератора, без воздействия на трубчатку. Эффективность разработанных режимов ЭХДА проверена и подтверждена на натурных

образцах контурного оборудования 1-го блока БАЭС. Натурные испытания разработанной

44

технологии ЭХДА оборудования АЭС проводились на Кольской и Калининской АЭС. На КоАЭС дезактивации подвергались рабочее колесо и ротор ГЦН и др. Коэффициент дезак-тивации за 1 цикл равен 10 – 15, производительность обработки – 1 – 2 дм2/мин. На Калининской АЭС в 1985 г. дезактивировали поверхности коллектора ПГ 1-го блока и

патрубков реактора ручным электродом. Длительность процесса осветления снижена в 10 – 30 раз, объемы ЖРО- более чем в 30 раз по сравнению с механическими или химическими. Фланец устанавливается на горловине коллектора ПГ и крепится шпильками с возможно-

стью центровки относительно центра горловины. В опорном фланце закреплен верхний ко-нец штанги. На нижнем конце штанги при помощи крестовины крепится монжюс, который центруется в шахте при помощи уплотнения, обеспечивающего герметичное перекрытие шахты. Из монжюса отработанный электролит выдается давлением воздуха в соответствую-щую емкость. На верхней части штанги установлена лебедка, над центром лебедки установлен редуктор,

выходной вал редуктора соединен с корпусом лебедки и при своем вращении поворачивает лебедку с присоединенной к ней штангой. На штангу одевается каретка и прикрепляется к тросу. На каретке при помощи подпружиненных рычагов и тяг установлены три рабочих электрода. При помощи отдельного шлейфа к электродам подводится электролит и электро-питание. Пружины обеспечивают постоянное прижатие рабочей части электродов к стенкам коллектора. Устройство работает следующим образом. Каретка из крайнего верхнего положения мед-

ленно движется по штанге, увлекаемая тяговой силой троса. Одновременно штанга соверша-ет вращательное движение относительно вертикальной оси на 1200 попеременно в обе сто-роны. В сумме этих движений электроды протирают всю цилиндрическую поверхность кол-лектора ПГ. Когда каретка достигнет крайнего нижнего положения, происходит переключе-ние в электрической цепи питания лебедки, каретка изменит направление своего вращения и будет двигаться вверх. Аналогичное переключение происходит и в крайнем верхнем поло-жении. Выдача отработанного электролита из монжюса, подача воздуха в уплотняющую камеру производится по трубам, установленным на штанге и являющихся ее неотъемлемой частью, входящей в конструкцию штанги и придающей ей необходимую прочность и жест-кость.

Рисунок 9.7 ⎯ Устройство для электрохимической обработки внутренней поверхно-

сти коллектора ПГ 1 ⎯ редукторы; 2 ⎯ реактивный кронштейн; 3 ⎯ лебедка; 4 ⎯ опорный фланец; 5

⎯ каретка; 6 ⎯ электроды; 7 ⎯ трос; 8 ⎯ штанга; 9 ⎯ крестовина; 10 ⎯ монжюс

45

9.5 Негативные последствия дезактивации парогенераторов ВВЭР-440

В последнее время отмечаются некоторые негативные моменты, в частности, интен-сивное накопление отложений в активной зоне АЭС с ВВЭР-440, которые достаточно четко коррелируют с фактами проведения автономных дезактиваций парогенераторов. Имеются достаточно аргументированные предположения о том, что после дезактива-ции снижаются защитные свойства окисной пленки. При анализе нескольких случаев повышения перепада давления на реакторах ВВЭР были

установлены следующие причины роста перепада давления на реакторе: 1. Попадание в теплоноситель органических загрязнений или углерода; 2. Попадание в теплоноситель оксида бора. 3. Рост массопереноса продуктов коррозии в контуре, особенно в момент пуска реак-

тора. 4. Несовершенная технология дезактивации парогенераторов (появление остаточных

шламовых ПК, недостаточная пассивация и увеличение скорости коррозии) приводит к зна-чительному увеличению поступления в контур ПК, которые в силу уже описанных причин оседают в активной зоне, преимущественно на дистанционирующих решетках.

y = 0,0144x + 0,0289Коэфф. корр. = 0,76

0,00

0,03

0,05

0,08

0,10

0,13

0,15

0 1 2 3 4 5 6NПГ

(i-1)

ΔΔ P(i)

Рисунок 9.8 ⎯ изменение перепада давления в реакторе за время останова (разница

значений в начале i-ой кампании и в конце i-1 кампании) в зависимости от числа про-дезактивированных после i-1 кампании парогенераторов

10. ДЕЗАКТИВАЦИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ ОБОРУДОВАНИЯ КОНТУРА РБМК

И ВВЭР

10.1 Подготовка рабочих мест к проведению ремонтных работ на РБМК

10.1.1. Дезактивация барабан-сепараторов. Мероприятия по снижению МД в помещении БС включают в себя: дезактивация внутренних огибающих поверхностей внутрикорпусных устройств

БС; дезактивация отглушенных ВУТ и ПВК; дезактивация тепловых рубашек ОТ; дезактивация горизонтальных участков ОТ; продувка и промывка ВУТ; установка биозащиты на горячие точки. В боксах ГЦН проводятся нижеследующие работы по снижению гамма-фона: Дезактивация оборудования ГЦН и внутренних поверхностей трубопроводов Ду

800. Дезактивация дренажных трубопроводов; Дезактивация полов и поверхностей помещений и оборудования; Установка биозащиты.

2 Дезактивация "калачей" включает в себя: циркуляционную промывку "калачей"; промывку потоком воды; установку биозащиты; дезактивацию полов помещений. зы.

10.2 Дезактивация оборудования ВВЭР Дезактивации оборудования на энергоблоках АЭС ВВЭР выполняются согласно соответ-

ствующим инструкциям, разработанным на основе паспортов технологического оборудова-ния, монографии "Дезактивация в ядерной энергетике /Н.И.Ампелогова и др.", рекоменда-ций по дезактивации технологического оборудования в атомной энергетике и др. На энергоблоках АЭС с ВВЭР применяются следующие методы дезактивации оборудова-

ния: физико-механический с использованием пылесосов и других электроинструментов, физико-химические с использованием водоструйных и пароструйных машин с и без

химических реагентов, химические с использованием емкостей для приготовления растворов, ванн дезакти-

вации и т.д. Для дезактивация поверхностей оборудования, изготовленного из углеродистой стали, по-

гружным методом используются следующие растворы.

Первая композиция:

фосфорная кислота (H3PO4) - 20-50 г/л

трилон Б - 5-10 г/л

каптакс - 0,2 г/л

поверхностно-активное вещество - 0,2 г/л

46

(ОП-7)

Вторая композиция:

щавелевая кислота (H2C2O4) - 5 г/л

гексаметафосфат - 3,5 г/л

сульфонол - 1,5 г/л Третья композиция предназначена для поверхностей с антикоррозионным покрытием:

гексаметафосфат - 3,5 г/л

сульфонол - 1,5 г/л Для дезактивации приводов СУЗ

Окислительный раствор:

едкое кали (KOH) или едкий натр (NaOH) - 40 г/л

перманганат калия (KMnO4) - 10 г/л

Восстановительный раствор:

динатриевая соль хромотроповой кислоты - 30 г/л

Электрохимический метод дезактивации применяется для дезактивации и снятия окисной пленки со следующего оборудования: - патрубки корпусов реактора; - коллектора парогене-раторов; - улитки ГЦН, ГЗЗ; - внутренние поверхности чехлов СУЗ.

11. ДЕЗАКТИВАЦИЯ СЪЕМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 11.1 Дезактивация съемного оборудования на АЭС с РБМК

Участок дезактивации АЭС обычно включает: 1) Поддоны для дезактивации оборудования пароэмульсионным способом. 2) Ванну для дезактивации погружным способом крупногабаритного оборудования, арма-

туры и деталей. 3) Ванну для дезактивации мелкогабаритных деталей, датчиков КИП, инструмента, с ис-

пользованием ультразвука. 4) Насосы для перекачки растворов и воды. 5) Столы разборки, шкафы для мойки пароэмульсионным способом. Переносные средства дезактивации: 1) Распылители РП-1М и пистолеты пароэмульсионные ПП-2 (ПЭР-2). 2) Установка электрохимической дезактивации. 3) Переносные емкости дезактивирующих растворов.

1

2

35

Пар

4

Пар1

2

35

Пар

4

Пар

Рисунок 11.1 – Ультразвуковая ванна: 1 − магнитострикторные генераторы ультразвука: 2 − па-ровой змеевик: 3 − корпус ван-ны; 4 − корзина для изделия; 5 −

й

1

6

4

5

2

3

1

6

4

5

2

3

Рисунок 11.2 – Дезактивационная ванна струйного типа [173]: 1 − корпус: 2 −

крышка; 3 − поворотные сопла; 4 − сопло системы привода турбины; 5 − турбинка;

6 − поворотный стол с корзиной

5

6

1 2

34

СдувкаПереливРаствор

5

6

1 2

34

СдувкаПереливРаствор

Рисунок 11.3 –Ванна специально-го назначения для дезактивации выемной части ГЦН: 1 − крышка; 2 − выемная часть ГЦП; 3 − кор-пус; 4 − опорное кольцо; 5 − бар-

ботер: 6 − паровой змеевик

Рисунок 11.4 – Дезактивация выем-

ной части ГЦН: 1 —дезактивирующий раствор; 2 —

греющий пар; 3 —сжатый воздух; 4 —слив

47

Сдувка

5

6

1

2

34

ПереливРаствор

Сдувка

5

6

1

2

34


5

6

1

2

34


Рис. 11.5. Ванны специального назначения для дезактивации СУЗ :

1 — устройство для закрепления привода; 2 — крышка; 3 — корпус 4 – привод СУЗ; 5—паровой змеевик; 6—барботер

Рис. 11.6. Схема циркуляционного стенда:

1 — реакторы для приготовления раствора; 2— дезактивируемый аппарат (теплооб-менник); 3 — поддон; 4 — циркуляционный насос

11.2 Дезактивация съемного оборудования на АЭС с ВВЭР

части ГЦН; привода СУЗ, Применяется двухстадийный химический метод. 1 стадия – обработка щелочным раствором: 24 г/л NaОН + 2÷5 г/л КМnО4, температура раствора 90÷95оС. Время отработки 1÷2 часа. 2 стадия – обработка кислотным раствором:

Щавелевая кислота (Н2С2О4) - 20÷30 г/л, перекись водорода (Н2О2) - 1÷3 г/л. Лимонная кислота – 20 г/л, перекись водорода (Н2О2) - 1÷3 г/л. (для приводов СУЗ). Температура раствора 90÷95оС, время обработки 1÷2 часа. После каждой стадии проводится отмывка «чистым» конденсатом. Количество циклов оп-

ределяется по результатам дозиметрического контроля. Коэффициенты дезактивации: ГЦН – 10; СУЗ - 6.

12. ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАЩЕНИЯ С РАДИОАКТИВНЫМИ ОТХОДАМИ ЯЭУ 12.1 Классификация ЖРО

.Таблица 12 .1 Классификация жидких и твердых радиоактивных от-ходов по удельной активности

Удельная активность, кБк/кг

Категория отходов

Бета-излучающие радионуклиды

Альфа-излучающие радионуклиды (ис-ключая трансурано-

вые)

Трансурановые ра-дионуклиды

Низкоактив-ные Менее 103 Менее 102 Менее 101

Средне-активные От 103до 107 От 102 до 106 От 101 до 105

Высокоактив-ные Более 107 Более 106 Более 10̂

Таблица 12 .2 Классификация твердых радиоактивных отходов по

уровню радиоактивного загрязнения

Уровень радиоактивного загрязнения, част./(см2мин)

Категория отходов

Бета-излучающие ра-дионуклиды

Альфа-излучающие ра-дионуклиды (ис-ключая транс-урановые)

Трансурановые радионуклиды

Низкоак-тивные От 5 · 102до 104 От 5 101 до 103 От 5 до 102

Средне-активные От 104до 107 От 103до 106 От 102до 105

Высокоак-тивные Более 107 Более 106 Более 105

48

Рисунок 12.1 – Принципиальная схема очистки жидких радиоактивных отходов на

выпарной установке: 1 — исходный раствор; 2 — механический фильтр; 3 — греющий пар; 4 — бак с пено-гасителем; 5 — охлаждающая вода; 6 — конденсатор; 7 — слив очищенного конденса-та; 8 — доупариватель; 9 — выпарной аппарат; 10 — на отверждение и захоронение; 11

— сборник кубового остатка; 12 — подогреватель; 13 — насос; 14 — бак

Рис. 12.2. Принципиальная технологическая схема очистки жидких радиоактивных

отходов на намывных и ионообменных фильтрах: 1 — исходный раствор; 2 — намывной фильтр; 3 — ионообменные фильтры; 4 —

сдувка; 5 — сжатый воздух; 6 — очищенная вода; 7 — слив; 8 — вода; 9 — фильтрую-щий ионообменный порошок; 10 — бак намыва; 11 — насос намыва фильтропорошка; 12 — насос перекачки пульпы в хранилище; 13 — бак приема отработавшей пульпы;

14 — насосы подпитки фильтропорошка; 15 — баки подпитки фильтропорошка.

Устные вопросы (отвечать сразу) по курсу «Дезактивация»

№ п.п. Вопрос

1. Что такое поглощенная доза и единицы поглощенной дозы. 2. Что такое эквивалентная доза и единицы эквивалентной дозы. 3. Что такое экспозиционная доза и единицы экспозиционной дозы. 4. Что такое мощность дозы. Единицы. 5. В каких единицах измеряется загрязнение поверхности. 6. Какими методами измеряется загрязнение поверхности. 7. Что такое снимаемое (нефиксированное) загрязнение. 8. Что такое неснимаемое (фиксированное) загрязнение. 9. Допустимая мощность дозы для полуобслуживаемых помещений. 10. Допустимая мощность дозы для помещений постоянного пребывания персонала.

11. Допустимое загрязнение поверхности помещений постоянного пребывания персонала альфа-частицами.

12. Допустимое загрязнение поверхности помещений постоянного пребывания персонала бета-частицами.

13. Допустимое загрязнение поверхности полуобслуживаемых помещений альфа-частицами.

14. Допустимое загрязнение поверхности полуобслуживаемых помещений бета-частицами.

15. Что такое коэффициент дезактивации. 16. Что такое степень дезактивации 17. Что такое индекс дезактивации 18. Показатели эффективности дезактивации 19. Что такое Грей 20. Что такое Зиверт 21. Чем отличается Зиверт от Грея 22. Коэффициент качества гамма, альфа и бета-излучения 23. Чем отличается эффективная доза от эквивалентной 24. Дать определение рентгена. 25. Дать определение гамма-эквивалента. 26. Как формулируется в НРБ-99 допустимая годовая индивидуальная доза 27. Закон радиоактивного распада 28. Что такое дезактивация - определение. 29. Виды связи радиоактивных загрязнений с поверхностью.

30. Какое количество железа и радионуклидов удаляется при высокореагентной или комплексной дезактивации контура РБМК

31. Какое количество железа и радионуклидов удаляется при азотнощавелевокислой дезактивации контура РБМК

32. Какие есть способы удаления щавелевой кислоты из контура РБМК

33. Какие есть способы переработки отработавших дезактивирующих растворов, содержащих щавелевую кислоту.

34. Какое количество железа и радионуклидов удаляется при безреагентной дезактивации контура РБМК

Письменные вопросы к зачету по теме "Дезактивация"1

№ п.п. Вопрос

1. Радиоактивность. Дозы. Загрязнение поверхности. Единицы измерения. Нормативы 2. Активация продуктов коррозии в реакторе под действием нейтронов

3. Понятие дезактивации. Виды загрязнений поверхности. Снимаемое и неснимаемое загрязнение. Цели и задачи дезактивации

4. Физико-химические основы загрязнения внутренней поверхности контура. 5. Физико-химические основы загрязнения наружных поверхностей оборудования и контура 6. Адгезия. Сорбция радионуклидов 7. Физико-механические способы и устройства для осуществления дезактивации 8. Погружная дезактивация. Устройство ванн. Объекты дезактивации. Растворы. 9. Сухие и маложидкостные способы дезактивации. 10. Дезактивация паром. 11. Струйная дезактивация. 12. Ультразвуковая дезактивация. 13. Электрохимическая дезактивация. Объекты дезактивации. 14. Типы дезактивирующих растворов. Требования к дезактивирующим растворам. 15. Необходимость контурной дезактивации АЭС. Критерии проведения дезактивации.

16. Высокореагентная щавелевокислотная дезактивация КМПЦ РБМК. Дезактивация контура 3 и 4 блоков ЛАЭС.

17. Малореагентная азотнощавелевокислотная дезактивация КМПЦ на СмАЭС 18. Безреагентная дезактивация контура на СмАЭС и Игналинской АЭС 19. Дезактивация 1-го контура ВВЭР-440 20. Негативные последствия дезактивации контура на РБМК 21. Дезактивация парогенераторов. Причины дезактивации ПГ. 22. Негативные последствия дезактивации парогенераторов и 1-го контура ВВЭР 23. Комплексная дезактивация контура РБМК (7 этапов). 24. Подготовка рабочих мест к ремонту на РБМК. Барабан-сепараторы. 25. Подготовка рабочих мест к ремонту на РБМК. РГК. 26. Подготовка рабочих мест к ремонту на РБМК. Боксы ГЦН. 27. Подготовка рабочих мест к ремонту на РБМК. Подаппаратное помещение, "калачи". 28. Дезактивация оборудования ВВЭР 29. Обращение с ЖРО

Литература основная 1. Ампелогова Н.И., Симановский Ю.М., Трапезников А.А. / Дезактивация в ядерной

энергетике // М.- Энергоатомиздат, 1982.- 256 с. http://www.twirpx.com/file/271770/ 2. Крицкий В.Г., Родионов Ю.А. и др. Мероприятия по снижению мощности дозы в

помещениях 1-го контура АЭС, 2010 http://www.twirpx.com/file/243011/ Литература дополнительная 1. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). http://www.twirpx.com/file/243019/ 2. Санитарные правила проектирования и эксплуатации атомных станций. СП АС-03. http://www.twirpx.com/file/243021/t 3. Правила радиационной безопасности при эксплуатации атомных станций. ПРБ АС-

99. 4. ДЕЗАКТИВАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ КОНТУРА

МНОГОКРАТНОЙ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ С РЕАКТОРАМИ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ КАНАЛЬНЫМИ. ТИПОВАЯ ПРОГРАММА // Росэнергоатом, РД ЭО 0047-04, 2004 г. http://ww.twirpx.com/file/243026/

1 Письменный ответ не более чем на полстраницы!

Дезактивация оборудования АЭС - Лекции

Documents